Monografia  Daniel  V28 D B
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Monografia Daniel V28 D B

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Monografia Daniel V28 D B Document Transcript

  • 1. 0 UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ DEPARTAMENTO DE FÍSICA CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM ENSINO E PRÁTICA DE FÍSICA DANIEL BARROS DE FREITAS FORMAÇÃO DE PROFESSOR DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO: MOTIVANDO APRENDIZAGEM SIGNIFICAVA VIA USO DE LABORATÓRIO DE EXPERIMENTAÇÃO E AMBIENTE VIRTUAL DE APRENDIZAGEM FORTALEZA 2007
  • 2. 1 DANIEL BARROS DE FREITAS FORMAÇÃO DE PROFESSOR DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO: MOTIVANDO APRENDIZAGEM SIGNIFICAVA VIA USO DE LABORATÓRIO DE EXPERIMENTAÇÃO E AMBIENTE VIRTUAL DE APRENDIZAGEM Monografia apresentada ao Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará, para obtenção do grau de especialista em Ensino de Física. Orientador: Prof. Dr. Júlio Wilson Ribeiro FORTALEZA - CE 2007
  • 3. 2 Freitas, Daniel Barros Formação de Professor de Física do Ensino Médio: Motivando Aprendizagem Significava via uso de Laboratório de Experimentação e Ambiente Virtual de Aprendizagem / Daniel Barros de Freitas – Fortaleza, 2007. 107 páginas Monografia (Pós-Graduação) – Universidade Federal do Ceará. Departamento de Física. 1 Introdução. 2 Motivação. 3 Revisão Bibliográfica. 4 Desenvolvimento. 5 Metodologia. 6 Resultados e Discussão. 7 Protótipo do Ambiente Virtual de Aprendizagem. 8 Conclusão e Sugetões. I Título.
  • 4. 3 Esta monografia foi submetida à Coordenação do Curso de Especialização em Ensino e Prática de Física, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Especialista em Ensino de Física, outorgado pela Universidade Federal do Ceará – UFC e encontra-se à disposição dos interessados na Biblioteca da referida Universidade. Aprovada em ___/___/2007 Banca Examinadora: ______________________________________________ Professor Dr. Júlio Wilson Ribeiro - UFC Orientador ______________________________________________ Professor Dr. Paulo de Tarso Cavalcante Freire - UFC Co-orientador ______________________________________________ Professor Dr. Antonio Mauro Barbosa de Oliveira - CEFET-CE ______________________________________________ Professor Dr. Hermínio Borges Neto - UFC
  • 5. 4 À Virgínia, minha amada esposa, ao nosso filho Daniel Filho e aos meus pais, Zélio e Jocabede.
  • 6. 5 AGRADECIMENTOS Ao professor Júlio Wilson, pela amizade, paciência e excelente orientação, sem a que ficaria significativamente mais difícil a realização deste trabalho. Aos meus pais, Zélio e Jocabede, pelos ensinamentos de toda a vida e todo amor, carinho, companheirismo e força que me deram durante toda minha vida. A minha esposa Virgínia e a meu filho Daniel Filho, pelo incentivo, pela paciência e compreensão que tiveram durante o período de realização deste trabalho. E por todas as vezes que não pude estar presente em programas familiares, por conta do desenvolvimento deste trabalho. A todos os professores, amigos e funcionários do curso de especialização em ensino e prática de física, pelas contribuições e trocas de experiências que tivemos durante o curso. A todos que direta ou indiretamente contribuíram para a realização deste trabalho. À inspiração do universo, pelo dom da vida e por me dar força para superar todas as barreiras.
  • 7. 6 “Sonho que se sonha só é só um sonho que se sonha só, mais sonho que se sonha junto é realidade”. Raul Seixas, 1974
  • 8. 7 RESUMO Argumenta-se, a partir da literatura e de uma intervenção pedagógica na escola de ensino médio da rede pública da cidade de Fortaleza, ser necessário se repensar o ensino de física, a partir de uma necessidade de se trabalhar a valorização de conteúdos, repensando-se um processo de ensino e aprendizagem, que favoreça o uso conjugado de laboratório de práticas experimentais e a utilização de tecnologias digitais. Tais procedimentos podem servir de caminho que questione o papel e contribua para reformular estratégias e ações pedagógicas do professor, na busca da construção de saberes de forma mais significativa. Para desenvolvimento da pesquisa, fundamentou-se na teoria de aprendizagem de Ausubel, mapas conceituais de Novak, LDB e PCNs, técnicas de ensino de práticas experimentais, informática educativa com ênfase na abordagem pedagógica do uso do computador na escola. Para contextualizar a realidade da escola nos aspectos em discussão, foi escolhido um grupo de quatro alunos-monitores, do laboratório de práticas experimentais de física, do segundo ano do nível médio. Nesta ação de interveniência pedagógica, numa primeira investida, procedeu-se à realização de uma sondagem do nível de conhecimentos sobre conteúdos do tema eletricidade, constatando-se que os mesmos apresentavam deficiência de formação em conhecimentos prévios de física, para poderem realizar uma prática sobre circuitos de resistores elétricos. Em seguida, após uma reflexão, promoveu-se uma formação continuada, para trabalhar a formação de subsunçores, seguido da aplicação de um questionário para reavaliar o impacto. Tais resultados foram analisados, partindo-se para se reestruturar a metodologia de realização da prática de circuitos, de modo a valorizar a aprendizagem significativa, organizaram-se os procedimentos e conteúdos da prática, partindo-se de conceitos gerais para os mais específicos e com adoção de mapas conceituais, visando a indução de organizadores prévios. A segunda ação pedagógica, caracterizada pelo projeto e construção do protótipo de um ambiente virtual de aprendizagem, AVA, foi concebida em função da análise dos progressos e dificuldades alcançados pelos alunos durante a prática experimental, cuja maturação muito foi construída em função dos relatos dos mesmos. O AVA possui um forte apelo de visualização gráfica, onde interativamente se pode ter contato com diferentes formas de comportamento de resposta de um circuito elétrico, quando se variam parâmetros de entrada de dados: tensão da fonte, valor e número de resistores, tipo de associação de circuitos de resistores. Algumas situações de aprendizagem são sugeridas tanto para atividades de experimentação como para o AVA, permitindo a autonomia e discussão em grupo, favorecendo a aprendizagem significativa e o construtivismo. Palavras-chave: Ensino de física; Aprendizagem científica e experimental; Circuitos de resistores elétricos,Teoria de Ausubel; Ambiente virtual de aprendizagem; Computação simbólica.
  • 9. 8 ABSTRACT According the literature and an educational intervention in the brazilian public high school the city of Fortaleza, it is be necessary to rethink the teaching of physics. It is necessary to give more priority to contents. His actions call the necessity to stronger links to promote the use of combined laboratory of experimental practices and the use of digital technologies. Such procedures may serve as a way to question the role and helping to reshape strategies and actions of the teacher teaching in pursuing the construction of knowledge in a more meaningful learning strategy. The research is based according the theory of meaningful learning of Ausubel, conceptual maps of Novak, LDB and PCNs, the teaching techniques of experimental practices, computer education with emphasis on pedagogical approach of the use of the computer at the school. To contextualize the reality of the school in the present scenario, it was chosen a group of four students, tutors, from the laboratory of experimental practices of physics and at the second year of the average level. On this action of interference teaching, a first foray, proceeded to the realization of a survey of the level of knowledge about the subject content electricity, noting that the same disabilities had training in previous knowledge of physics, to conduct a practice on electrical circuits of resistors. Then, after an analysis, it was promoted a continuous training for working the formation of subsunçores, followed then by the application of a questionnaire to measure the impact. These results were analyzed, what points to restructure the methodology of implementation of the practice of circuits, in order to enhance the learning meaningful, one organizes the procedures and contents of the practice, following from general concepts for the more specific. It was also adopted conceptual maps, to the induction of previous organizers. The second pedagogical action, characterized by the design and construction of the prototype of a virtual environment for learning, AVA, It has been designed according to the analysis of the progress and difficulties achieved by the students, during the experimental practice, where the maturing was built according the students speeches. The AVA has a strong appeal for visualization, where one can interactively have contact with different forms of behavior of a response of the electrical circuit, when one varies data input parameters as: voltage of the source, value and number of resistors, type of association the circuit of resistors. Some of learning situations were suggested for both learning activities: on the scientific experimentation laboratory or in the AVA, allowing the autonomy and group discussion, encouraging learning and the significant constructivism. Keywords: Physics teaching; Scientific and experimental learning; Circuits of electrical resistors; Ausubel Theory; Learning virtual environment; Symbolic computation.
  • 10. 9 LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 - Mapa conceitual que apresenta a estrutura da monografia, nele concebe-se uma visão preliminar do que se constituem as propostas de cada capítulo da monografia. .........................................................................19 Figura 3.1 - Mapa conceitual dos conceitos básicos da teoria de Ausubel (MOREIRA e BUCHWEITZ, 1993 apud MOREIRA, 1997) ............................................41 Figura 3.2 - Mapa conceitual sobre mapas conceituais (DUTRA, FAGUNDES, JOHANN e PICCININI, 2006).........................................................................43 Figura 4.1 - Mapa Conceitual que representa a estrutura deste capítulo. ...................53 Figura 4.2 -Mapa Conceitual caracterizando circuitos elétricos, detalhando algumas situações de aprendizagem relacionadas ao estudo de resistores elétricos, enfocando aspectos fenomenológicos e efeitos que ocorrem na vida cotidiana. ...................................................................................................54 Figura 4.3 - Circuito elétrico, composto por uma resistência, R, e uma fonte de tensão representada por V, onde circula uma corrente elétrica, i............56 Figura 4.4 - Curva característica de um resistor elétrico ôhmico. .................................57 Figura 4.5 - Curva característica de um resistor elétrico não-ôhmico. .........................57 Figura 4.6 - Esquema representativo de uma associação de resistores em série. ....58 Figura 4.7 - Representa uma simplificação do circuito da figura 4.5 ............................59 Figura 4.8 - Esquema representativo de uma associação de resistores elétricos em paralelo...............................................................................................................60 Figura 4.9 - Mapa Conceitual caracterizando associação de resistores elétricos em série e paralelo, detalhando algumas situações de aprendizagem relacionadas ao estudo citado, considerando-se o valor do potencial elétrico da fonte constante e supondo que os fios do circuito condutores ideais. .................................................................................................................61 Figura 5.1 - Mapa conceitual que descreve as etapas da pesquisa, estabelecendo a ligação entre elas. ............................................................................................65 Figura 7.1 - Mapa conceitual descrevendo numa primeira abordagem, os recursos pedagógicos do AVA. ......................................................................................80 Figura 7.2 - Amostragem destacando o trecho inicial do Notebook principal, do protótipo do ambiente virtual de aprendizagem, concebido como estratégia para motivação de aprendizagem significativa de circuitos de resistores elétricos. ..........................................................................................83 Figura 7.3.a - Notebook que expressa a variação da diferença de potencial em função da corrente, para se analisar graficamente algumas situações físicas, decorrentes durante o primeiro estágio da prática laboratorial de circuito de resistores elétricos. Os dados de entrada são fornecidos pelos valores medidos de tensão da fonte e corrente de saída da fonte, segundo a tabela 7.1. Os pontos experimentais estão ligados por segmentos de retas..........................................................................................85
  • 11. 10 Figura 7.3.b - Notebook que expressa a variação da diferença de potencial em função da corrente, para se analisar graficamente algumas situações físicas, decorrentes durante segundo estágio da prática laboratorial de circuito de resistores elétricos, onde se associa um segundo resistor a fim de minimizar o aquecimento. Os dados de entrada são fornecidos pelos valores medidos de tensão da fonte e corrente de saída da fonte, segundo a tabela 7.2. Os pontos experimentais estão ligados por segmentos de retas................................................................................86 Figura 7.3.c - Notebook que expressa a variação da diferença de potencial em função da corrente, para se analisar graficamente algumas situações físicas, decorrentes durante os dois estágios de medidas da prática laboratorial de circuito de resistores elétricos. Os dados de entrada são fornecidos pelos valores medidos de tensão da fonte e corrente de saída da fonte, segundo as tabelas 7.1 e 7.2. Os pontos experimentais estão ligados por segmentos de retas. ............................................................87 Figura 7.4 - Notebook que trata da solução analítica e numérica de associação de resistores elétricos para promoção de aprendizagem significativa..........89 Figura 7.5 - Notebook que aborda a visualização gráfica da variação da corrente em função do número de resistores, na associação em paralelo, para promoção de aprendizagem significativa. ....................................................90 Figura 7.6 - Notebook que aborda a visualização gráfica da variação da corrente em função do número de resistores, na associação em paralelo, para promoção de aprendizagem significativa. ....................................................91 Figura 7.7 - Notebook que aborda a visualização gráfica da variação da corrente em função do número de resistores tanto na associação em paralelo ou série, para promoção de aprendizagem significativa. ................................92 Figura A.III. 1 - Fonte de tensão elétrica variável (Contínua e Alternada) ..............106 Figura A.III. 2 - Multímetro Digital DT-830B.............................................................106 Figura A.III. 3 - Placa para associação de resistores elétricos Amorim...................107 Figura A.IV. 1 - Esquema representativo do circuito proposto para os alunos durante as seções didáticas enfocando o tema ................................................108
  • 12. 11 LISTA DE TABELAS Tabela 5.1 Resultados experimentais obtidos da variação da corrente, i (mA), em função da variação de tensão V(V), e arranjo de circuito elétrico adotado. Os valores da corrente são medidos pelo aluno e o arranjo de resistores é definido em função da prática. ............................................................69 Tabela 6.1 Levantamento do nível de conhecimento em um universo de quatro alunos, da segunda série do ensino médio, expresso em percentagem, destacando conceitos relevantes relacionados ao tema eletricidade, para concepção de uma atividade laboratorial, enfocando o estudo de circuitos elétricos....................................................................................71 Tabela 7.1 Resultados experimentais obtidos durante o primeiro estágio de medição de valores experimentais numa sessão de prática de laboratório, expressando a variação da corrente, i (mA), em função da variação de tensão V(V), e arranjo de circuito elétrico adotado. Os valores da corrente são medidos pelo aluno e o arranjo de resistores é definido em função da prática. Houve um processo de aquecimento crítico quando o valor de voltagem da fonte se aproximou de 12V. .................................84 Tabela 7.2 Resultados experimentais obtidos durante o segundo estágio de uma sessão de prática de laboratório, expressando a variação da corrente, i (mA), em função da variação de tensão V(V), e arranjo de circuito elétrico adotado. Os valores da corrente são medidos pelo aluno e o arranjo de resistores é definido em função da prática. Neste caso, não houve aquecimento nos resistores.........................................................85 Tabela A.I.1: Relação de competências da área e especificas da física...................99 Tabela A.II.1: Levantamento do nível de conhecimento em um universo de quatro alunos, da segunda série do ensino médio, expresso em percentagem, destacando conceitos relevantes relacionados ao tema eletricidade, para concepção de uma atividade laboratorial, enfocando o estudo de circuitos elétricos..................................................................................104
  • 13. 12 LISTA DE QUADROS Quadro 5.1 Atividade de avaliação preliminar para avaliar os subsunçores dos alunos relativos a conteúdos necessários à aprendizagem de associação de resistores elétricos. ......................................................66 Quadro 5.2 Objetivos traçados para realização da atividade pedagógica de prática experimental de associação de resistores elétricos em série e paralelo .............................................................................................................67 Quadro 5.3 Material utilizado para realização da atividade pedagógica da prática experimental de associação de resistores elétricos em série e paralelo. .............................................................................................................67 Quadro 5.4 Descrição das etapas de medição e aquisição de dados experimentais para realização da atividade pedagógica da prática experimental de associação de resistores elétricos em série e paralelo. .......................68 Quadro 5.5 Atividade pedagógica de avaliação posterior à realização da atividade, para avaliar os subsunçores dos alunos relativos aos novos conteúdos adquiridos durante o experimento de associação de resistores elétricos. .............................................................................................................69
  • 14. 13 LISTA DE EQUAÇÕES Equação 4.1 Lei de Ohm.........................................................................................56 Equação 4.2 Relação entre as correntes do circuito em série ................................58 Equação 4.3 Relação entre as diferenças de potencial no circuito em série ..........59 Equação 4.4 Equação para determinação da resistência equivalente do circuito em série ...................................................................................................59 Equação 4.5 Equação da resistência equivalente para uma associação de resistores em série.............................................................................59 Equação 4.6 Relação entre as diferenças de potencial no circuito em paralelo .....60 Equação 4.7 Relação entre as correntes do circuito em paralelo ...........................60 Equação 4.8 Equação para determinação da resistência equivalente do circuito em paralelo ..............................................................................................60 Equação 4.9 Equação da resistência equivalente para uma associação de resistores em paralelo........................................................................61
  • 15. 14 LISTA DE ANEXOS Anexo I - Competências e habilidades na área de Ciências da Natureza, na disciplina específica, Física. ...................................................................99 Anexo II - Questionário aplicado com os alunos para sondagem de subsunçores presentes na estrutura cognitiva dos alunos........................................104 Anexo III - Fotos ilustrativas dos materiais utilizados para a realização da atividade experimental........................................................................................107 Anexo IV - Problema proposto para os alunos durante as seções didáticas exemplificando situações cotidianas ...................................................109
  • 16. 15 SUMÁRIO 1. Introdução ..........................................................................................................16 2. Motivação...........................................................................................................21 2.1 Cenários da contribuição do computador no ensino ...................................22 2.2 Objetivos .....................................................................................................24 3. Revisão bibliográfica ..........................................................................................25 3.1 O computador no ensino.............................................................................25 3.1.1 Breve Histórico.....................................................................................25 3.1.2 Abordagens didático-pedagógicas.......................................................26 3.1.3 Classificação de softwares educacionais destacando a classificação de Valente .............................................................................................................28 3.1.4 Características da qualidade do software educacional ........................30 3.2 O papel do laboratório de práticas experimentais no ensino de física ........31 3.2.1 Uma visão pedagógica de uso de laboratório de práticas experimentais .............................................................................................................33 3.3 Teoria da aprendizagem de Ausubel ..........................................................38 3.3.1 Visão geral ...........................................................................................38 3.3.2 Tipos de aprendizagem .......................................................................39 3.3.3 Aquisição e organização de conceitos.................................................40 3.4 Mapas conceituais ......................................................................................42 3.5 A lei de diretrizes e bases da educação nacional e as transformações que ela propõe para o ensino médio ............................................................................44 3.6 Os parâmetros curriculares nacionais.........................................................45 3.6.1 Quais os objetivos do novo ensino médio e a reforma curricular?.......45 3.6.2 Interdisciplinaridade e contextualização ..............................................50 3.6.3 Habilidades e competências em física propostas pelos PCNs ............51 4. Desenvolvimento................................................................................................53 4.1 Apresentação do conteúdo de circuitos elétricos e estratégias pedagógicas de aprendizagem ...................................................................................................53 4.1.1 Resistores ............................................................................................56 4.1.2 Associação de resistores elétricos em circuitos...................................57 4.1.3 Associação de resistores elétricos em série ........................................58 4.1.4 Associação em paralelo.......................................................................59 5. Metodologia........................................................................................................63 5.1 Procedimentos metodológicos ....................................................................64 6. Resultados e discussão .....................................................................................71 7. Protótipo do ambiente virtual de aprendizagem: motivação para uma aprendizagem significativa. .......................................................................................78 7.1 Descrição do AVA para estudo de circuitos de resistores elétricos ............79 8. Conclusões e Sugestões....................................................................................93 Bibliografia.................................................................................................................96 Anexos ......................................................................................................................99
  • 17. 16 1. Introdução A cada dia as competências dos professores vêm sendo mais exigidas, pois continuamente fica mais difícil concorrer com os atrativos tecnológicos que surgem no mercado. Por conta disto, o cenário aponta que é quase impossível se manter como profissional da educação, pensando naquela proposta pedagógica de aula tradicional tipo giz e quadro, que há muito tempo vem se mostrando defasada da nova realidade e apresentando resultados insatisfatórios. É comum escutar professores destacando a falta de interesse dos alunos, no que diz respeito a tais aulas. Mas será que isto não é uma forma de sinalizar que os mesmos não estão satisfeitos com estas metodologias de ensino? Uma alternativa para tentar minimizar este desestímulo com relação às aulas, aqui em especial as de física, é o uso do laboratório didático de práticas experimentais, doravante, laboratório didático (CARVALHO, 2004, GIL-PÉREZ e CARVALHO, 2006, YAMAMOTO e BARBETA, 2001, GRANDINI e GRANDINI, 2004). Não é de agora que se percebe a importância da experimentação para o estudo da física, porém vale salientar que, no ensino da física, o laboratório didático não pode solucionar todas as dificuldades de aprendizagem dos alunos. Na maioria das vezes, quando se pretende trabalhar com o laboratório didático deve-se visualizar uma variedade de barreiras que dificultam o processo de aprendizagem. Tais aparecem, na maioria das vezes, pelo fato de caber ao estudante a compreensão da natureza do problema, o procedimento experimental, a adoção da perspectiva teórica relevante, o acompanhamento da leitura e assimilação das instruções do experimento, entre outros. (HODSON 1990 apud LABURÚ 2003). Nesta concepção, percebe-se que o problema da falta de motivação que a maioria dos nossos alunos encontra no ensino da física não é proveniente exclusivamente da aula tradicional. Matthews (1995 apud SANTANA; TEIXEIRA 2005) destaca a grande evasão de alunos e professores das salas de aula, bem como os elevados índices de analfabetismo científico. Segundo o autor existe um mar de falta de significação, repleto de fórmulas e equações que são recitadas por professores, sem a real compreensão do que significam.
  • 18. 17 Para Moreira (1983), este problema é decorrência de: falta de experimentos realizados pelos alunos, salas superlotadas, conteúdos excessivamente longos e descontextualizados, o reduzido número de aulas, professores que não dominam o conteúdo ou não possuem métodos eficientes de ensino, o grande quantidade de problemas (questões) sobre o conteúdo apresentado e a enorme quantidade de fórmulas. O cenário caracterizado destaca a inadequação do ensino de física no Brasil, causada, segundo Moreira (1983), por um fator fundamental: “Não levar em conta, especificamente, aquilo que o aluno já sabe. Ou seja, não considerar que o aluno é um ser que aprende, usando para isso aquilo que já sabe e o que já tem em sua mente”. Com isto, percebe-se que não há uma receita mágica para fazer com que o aluno tenha aprendizagem mais eficaz. Acredita-se que se deve procurar incorporar mais apropriadamente as novas tecnologias da comunicação e informação na sala de aula, para se poder dotar nos conteúdos trabalhados uma maior significação. Mas como estabelecer condições de efetivar isto no Ceará e no Brasil? Será que as políticas educacionais de nossas escolas e ações empreendidas por governantes têm contribuído efetivamente para isto? Os governantes medem seu grau de sintonia com a sociedade da informação e comunicação baseando-se no número de escolas conectadas a internet e a proporção de computadores por aluno (BRUNNER, 2004). Sendo que grande parte delas não registram profissionais qualificados, e nem espaços adequados, para desenvolver e até mesmo utilizar as novas tecnologias da comunicação e informação. Com isto, a aula tradicional continua se tornando a tecnologia predominante. Por estes motivos o problema atual não consiste em encontrar determinada informação, mas sim em como oferecê-la de maneira clara e ao mesmo tempo ensinar a interpretá-la, classificá-la e usá-la. Diante da grande quantidade de informação, vem sendo exigido cada vez mais que os estudantes tenham a capacidade de filtrar as que lhe são passadas, além de sintetizá-las para uma posterior aplicação destes conhecimentos. O indivíduo que for capaz de examinar esses corpos de conhecimento e determinar o que vale a pena saber, será altamente demandado no mercado de trabalho. “Ainda mais requerida será a pessoa que possa sintetizar esses campos de
  • 19. 18 conhecimento que crescem exponencialmente, de maneira que a informação crucial esteja disponível para o cidadão” (GARDNER apud BRUNNER, 2004). Apesar das novas tecnologias contribuírem para as mudanças educacionais, não se deve cometer o erro de imaginar que a mudança educacional será guiada predominantemente pelas novas tecnologias da informação e da comunicação, por mais abrangentes e recursivas que estas se tornem. A educação é muito mais que seus suportes tecnológicos; encarna um princípio formativo, é uma tarefa social, metodológica e cultural que, sejam quais forem as transformações que experimente, continuará dependendo, antes de tudo, de seus componentes humanos, ideais e valores. Por último, não cabe postular que a revolução educacional chegará a nossas cidades independentemente do que façam seus agentes sociais. “Em épocas de globalização, a ameaça não é ficarmos para trás, é ficarmos excluídos” (BRUNNER, 2004). A seguir, é apresentado um mapa conceitual, que apresenta a estrutura da monografia, nele concebe-se uma visão preliminar do que se constituem as propostas de cada capítulo da monografia.
  • 20. 19 Figura 1.1 - Mapa conceitual que apresenta a estrutura da monografia, nele concebe-se uma visão preliminar do que se constituem as propostas de cada capítulo da monografia. No capítulo dois apresenta-se a motivação da pesquisa, destacando-se os cenários da contribuição do computador no ensino e os objetivos da pesquisa. No capítulo três, foi desenvolvida uma revisão bibliográfica, para fundamentação teórica e metodológica. Neste aborda-se, no primeiro subitem, a aprendizagem auxiliada por computador, onde se caracterizam o histórico do computador como ferramenta de ensino, os tipos mais utilizados de abordagens pedagógicas, a classificação dos softwares educacionais e suas características referentes à qualidade. No subitem seguinte do mesmo capítulo, encontra-se a teorização referente ao papel do papel do laboratório de práticas experimentais no ensino de física, onde se destaca a visão pedagógica do uso do laboratório de práticas experimentais. Logo após este, apresenta-se a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, onde se expressa uma visão geral da citada teoria, dos tipos de aprendizagem e da forma como acontecem a aquisição e organização dos conceitos, incorporando-se a proposta do uso de mapas conceituais e seus impactos
  • 21. 20 no processo de ensino e aprendizagem. Ainda neste capítulo, no subitem seguinte, apresentam-se os aspectos relevantes da lei de diretrizes e bases da educação nacional e as transformações que esta propõe para o ensino médio. E por último, destacam-se pontos relevantes nos parâmetros curriculares nacionais, enfatizando os seus objetivos e propostas de mudança curricular, seguido das habilidades e competências propostas pelo mesmo. No capítulo quatro abordam-se os conteúdos referentes ao estudo de circuitos elétricos, além de apresentar propostas de estratégias pedagógicas de aprendizagem. No conteúdo de circuitos, enfatiza-se o estudo de circuitos formados por resistores elétricos, onde se destaca a associação em série e paralelo. No capítulo cinco, apresenta-se a metodologia utilizada para a efetivação da pesquisa. Discute uma proposta de aplicação de questionário para se identificar conhecimentos prévios de alunos-monitores na temática eletricidade, para posterior realização de uma formação continuada e a concepção de se realizar uma posterior atividade experimental. Finalizando, reflete-se criticamente sobre visões expressas pelos alunos, em função de um processo avaliativo e, a partir deste cenário, parte-se para a concepção de uma proposta de desenvolvimento de um protótipo de um ambiente virtual de aprendizagem, fundamentado na literatura discutida. No capítulo seguinte, apresentam-se os resultados e discussões a partir da prática laboratorial aplicada junto aos alunos e do questionário aplicado, onde se destacam as narrativas dos alunos e os comentários a respeito das mesmas. No capítulo sete, descreve-se o ambiente virtual de aprendizagem. Sem perda de generalidade, apresentam-se exemplos de telas deste ambiente onde são discutidas situações de aprendizagem, valorizando situações físicas referentes ao comportamento do circuito de resistores elétricos. No último capitulo, oitavo, apresenta-se as conclusões e sugestões das atividades referentes a pesquisa. Finaliza-se com a apresentação da bibliografia e anexos. Reenfatizando, no capítulo seguinte apresenta-se a motivação onde destaca-se os cenário do computador no ensino, a estrutura da escola onde foi desenvolvida a pesquisa e os objetivos.
  • 22. 21 2. Motivação É comum se observar nos corredores das escolas, em salas de aulas e às vezes até fora dos “muros”, comentários de alguns alunos a respeito do baixo desempenho em algumas disciplinas. Disciplinas estas, que na grande maioria dos casos são da área de ciências da natureza e mais precisamente a disciplina de física. Dentre os vários fatores que vêm contribuindo para o que foi citado anteriormente, um outro que se pode adendar, e que muito contribui para dificultar as sessões didáticas constitui na redução da carga horária de física, o que vem acontecendo progressivamente nos últimos anos. Ultimamente vem sendo comum a redução da carga horária de física nas escolas e em especial na escola pública. Pessoalmente, também constitui parte de minha vivência e reflexões a visão de tal realidade educacional, na função de professor de escola pública, nos últimos onze anos, destacando a coordenação de laboratório didático de física, para séries de ensino médio durante três anos, concentrados em períodos alternados. Genericamente, esta redução tem levado os professores a selecionarem alguns conteúdos de física considerados importantes, para os mesmos, o que vem transformando o curso de física no ensino médio numa espécie de novo ramo da matemática. Assim acaba se priorizando com muita ênfase a manipulação de fórmulas matemáticas, sem uma abordagem e conexão mais significativa junto às leis e conceitos físicos associados, além de às vezes se tornar um sinônimo apenas de conteúdos da mecânica clássica, ou muitas vezes provocando distorções por serem feitas abordagens extremamente superficiais em relação à fundamentação teórica (PIRES, M. A.; VEIT, E. A. 2006). Reenfatizando, infelizmente este é o retrato no que vem se transformando a maioria das escolas da rede oficial de ensino, onde se observa uma tendência de matematização da física. Com esta redução de carga horária que a disciplina de física vem sofrendo no decorrer dos anos, esta ficando cada vez mais difícil fugir dos exercícios de fixação e das outras formas de “ensinar” física “mecanicamente”. Com o auxílio de recursos computacionais na educação, o tempo de aula presencial poderia ser melhor planejado e utilizado para promover a aprendizagem significativa de conceitos. Conseqüentemente contribuiria para mudar a idéia de que
  • 23. 22 a física é só um ramo da matemática, pois o tempo que se perderia com atividades puramente mecânicas e matemáticas seria utilizado para a contextualização dos conceitos a serem trabalhados pelos alunos de maneira mais prazerosa e empolgante. Pensando no que foi citado nos parágrafos anteriores é que foi pensado em se trabalhar a física para além da matematização. Para isto, pretende-se aplicar as novas tecnologias da comunicação e informação assim como as novas metodologias, através do desenvolvimento de um ambiente virtual de aprendizagem, doravante AVA, que tem como objetivo buscar ajudar os alunos a trabalharem cooperativamente e superar as dificuldades de ensino e aprendizagem em discussão. Mesmo sabendo da grande carência tecnológica da maioria das escolas públicas do Ceará e, de maneira geral, do Brasil acredita-se ser viável qualquer tentativa de buscar fazer do ensino de física mais significativo e prazeroso para os nossos alunos. 2.1 Cenários da contribuição do computador no ensino Na sociedade moderna perceber-se uma popularização do computador seja para armazenar dados, fazer operações matemáticas, entre outras funções. Apesar desta popularização não é tão comum encontrar o mesmo sendo utilizado de maneira mais fundamentada metodologicamente como uma ferramenta para auxiliar e facilitar a aprendizagem. Este quadro vem sendo alterado gradativamente nos últimos tempos com o uso de programas que vem se mostrando como uma das formas mais recorrentes da utilização do computador nas atividades didáticas (SABBATINI, 1983; VALENTE 1999 apud YAMAMOTO; BARBETA 2001). Estes programas vêm despontando como uma grande oportunidade para a popularização do computador como ferramenta de ensino pelo fato de se poder, por exemplo, realizar experimentos virtuais, que muitas vezes seriam inviáveis de serem desenvolvidos em laboratórios didáticos, além de ser viável mesclar a visualização do experimento com gráficos e tabelas geradas na própria simulação. Apesar da praticidade e interatividade que as simulações apresentam, vale a pena lembrar que nenhum programa pode, por si só, funcionar como estímulo à aprendizagem, destaca-se então que a formação do professor e gestores para uso do computador na escola é fundamental (VALENTE, 1997, CARMO FILHO et al., 2006). Porém se o uso do computador como ferramenta pedagógica for integrado ao
  • 24. 23 currículo de forma a respeitar as características sócio-culturais de cada região pode-se conseguir resultados bastante significativos. Observando estes fatores, acredita-se que a utilização do computador em sala de aula possa contribuir para que o aluno fique mais motivado para estudar e aprender física num cenário mais recursivo, telecolaborativo e personalizadamente, aprendendo assim de forma mais significativa. Sem perda de generalidade, as ações desenvolvidas na presente monografia estarão focadas para se trabalhar atividades de aulas para a disciplina de física, do terceiro ano do ensino médio, no Liceu do Conjunto Ceará, localizado na periferia da cidade de Fortaleza, que conta com um público de cerca de 1.700 alunos matriculados nos três turnos. É composta de um Núcleo Gestor (Diretora, Coordenadora Pedagógica, Coordenador de Gestão e Secretária), Professores Coordenadores de Área (5 ao todo) e Professores Coordenadores de Laboratório (3 professores, com metade do tempo de lotação em laboratório e metade em sala de aula, sendo um destes professores o autor deste trabalho). É complementada também com Organismos Colegiados (Conselho Escolar e Grêmio). Referência de escola modelo da região, modalidade de Ensino Médio. Quanto aos professores, apresenta em 2007 um quadro de 53 professores de nível superior, todos com habilitação na área de ensino. A escola conta com os principais documentos exigidos para um bom funcionamento que são: GIDE (Gestão Integrada da Escola) e Regimento Escolar. Quanto ao espaço físico, conta com um total de 12 salas de aulas, 02 salas de núcleo gestor, 01 sala de informática1, 01 biblioteca com sala de leitura, 01 sala de professores, 03 laboratórios de ciências (física, química e biologia), 01 secretaria, 01 pátio coberto, 01 pátio descoberto, 01 auditório, 01 cantina, 06 banheiros. Equipamentos auxiliares: 03 videocassetes, 03 televisores, 02 retro projetores, 01 máquina copiadora, 45 ventiladores em sala de aula, 02 aparelhos de som, 13 microcomputadores2 , inoperantes e 03 impressoras. A seguir são apresentados os objetivos da presente pesquisa. 1 A sala de informática encontra-se inoperante por conta do sucateamento das máquinas. No final de junho de 2007 chegaram à escola 12 computadores novos e estão esperando para serem instalados. 2 Dos 13 computadores dois deles estão na secretaria e estão funcionando.
  • 25. 24 2.2 Objetivos Objetivo Geral Desenvolver metodologias e ferramentas que contribuam para mudanças da visão pedagógica, focando a formação de professor de física do ensino médio, valorizando os conteúdos e a criação de atividades de aprendizagem significava, via uso de laboratório de experimentação e ambiente virtual de aprendizagem. Objetivos Específicos - Construir uma fundamentação teórica de forma a atender a proposta do objetivo geral. - Promover intervenções pedagógicas, no laboratório de práticas experimentais de física, para avaliar e refletir sobre a formação de alunos monitores, concernente a conteúdos de eletricidade, necessários à realização de práticas de circuitos de resistores elétricos. - Conceber propostas metodológicas que auxiliem este processo de superação de dificuldades de aprendizagem nos processos de ensino e aprendizagem de física. - Redimensionar, aplicar e avaliar uma nova proposta metodológica de uma prática de circuitos de resistores elétricos, em função dos objetivos específicos anteriores e das limitações de formação dos alunos em subsunçores ligados à prática de circuitos elétricos. - Em função dos resultados alcançados dos objetivos específicos anteriores, procede a estudos para efetivar o projeto e construção de um algoritmo, utilizando programação simbólica, para implementação de um AVA que contribua para promover a motivação e aprendizagem significativa. No capítulo seguinte, apresenta-se a revisão bibliográfica necessária para fundamentação teórica e metodológica. Neste aborda-se, a aprendizagem auxiliada por computador, a teorização referente ao papel do papel do laboratório de práticas experimentais no ensino de física, a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, mapas conceituais, os aspectos relevantes da lei de diretrizes e bases da educação nacional e as transformações que esta propõe para o ensino médio e pontos relevantes nos parâmetros curriculares nacionais e suas propostas de mudança curricular.
  • 26. 25 3. Revisão bibliográfica 3.1 O computador no ensino 3.1.1 Breve Histórico A aprendizagem auxiliada por computador tem como passo inicial a máquina de corrigir questões de múltipla escolha criada por Sidney Pressey por volta de 1924 (CARMO FILHO, 2006). Segundo Pressey o comportamento do aluno sofria alterações consideráveis quando o resultado dos testes de avaliação dos alunos era fornecido de maneira imediata, o que sinalizava mudanças favoráveis no processo educativo (MAGALHÃES; CARPINTEIRO, 2004; VALENTE 1998 apud CARMO FILHO, 2006). A partir daí o computador começou a ser usado como uma máquina de ensinar. No início de 1950 a idéia de Pressey foi aperfeiçoada por Skinner que propôs uma máquina de ensinar baseada na instrução programada (VALENTE, 1997). A tarefa consistia em dividir os conteúdos a serem trabalhados em módulos seqüenciais e no final de cada módulo o aluno deveria responder questões, preenchendo espaços em branco ou escolhendo a resposta correta dentre outros itens. Caso o aluno apresentasse como resposta o que se julgava como correta, o mesmo passaria para o módulo seguinte, mas se a resposta fosse errada, dar-se-ia a resposta certa e pediria para o aluno rever os módulos anteriores ou ver outros módulos com o objetivo de remediar o processo de ensino (VALENTE, 1998a). Esta forma de ensinar através de módulos era apresentada na forma impressa e foi muito utilizada do final dos anos 50 a início dos anos 60, contudo a idéia não se tornou popular, pois o mesmo não possuía nenhuma padronização, o que dificultava a sua disseminação (VALENTE, 1998 a). Com o aparecimento do computador percebeu-se que os módulos do material instrucional poderiam ser apresentados por essa máquina e a partir do início dos anos 60 vários programas foram implementados. Nascia a instrução auxiliada por computador (CAI – Computer Aided Instrucion) (VALENTE, 1998a). A partir daí, várias empresas3 passaram a investir no desenvolvimento da CAI para a comercialização, porém existia um grande problema, que era o custo dos computadores. Como os mesmos eram muito caros, somente as universidades tinham condições de desenvolver estes recursos educacionais (VALENTE, 1998a). 3 Empresas como IBM, RCA e Digital investiram no desenvolvimento da CAI.
  • 27. 26 Com o aparecimento dos microcomputadores4 a CAI começou a ser disseminada fora das universidades. Devido a diminuição do tamanho e custos, os microcomputadores ficaram mais acessíveis e, com isso, puderam ser adquiridos por escolas e residências, o que permitiu que aumentasse a produção de softwares educativos e uma diversificação dos tipos de CAI (CARMO FILHO, 2006). Esta ampliação passou a ter maior representatividade nos anos 90 com a expansão da internet, fazendo com que novos aplicativos fossem desenvolvidos e disponibilizados na web (CAMPOS; CAMPOS, 2001; FERRAZ et al.,1999 apud CARMO FILHO, 2006, p.34). Este cenário proporcionou o aparecimento da terceira geração da educação a distância, EAD, sendo a primeira por correspondência e a segunda por emissões de rádio e televisão (ARAUJO, 2000 ; SIQUEIRA, 2003 apud CARMO FILHO 2006). Esta nova geração da EAD é considerada uma solução aberta e flexível para superar as novas necessidades dos aprendentes. Desta forma, o uso do computador na educação aponta para uma nova direção, que é o uso desta tecnologia não como “máquina de ensinar", mas, como uma nova mídia educacional, onde o computador passa a desempenhar o papel de uma ferramenta educacional, de aperfeiçoamento e de potencial melhora no processo de ensino (YAMAMOTO et al., 2001). 3.1.2 Abordagens didático-pedagógicas Quando se fala em aprendizagem auxiliada por computador as abordagens pedagógicas são bastante variadas, porém oscilam entre dois paradigmas que são a instrucionista e a construcionista. As duas são caracterizadas pelos mesmos componentes que são o computador, o software e o aluno. O que diferencia um paradigma do outro é a forma como estes componentes se relacionam. Na abordagem instrucionista o computador instrui o aluno através do software é na abordagem construcionista o aluno é quem instrui o computador através do software e constrói seu conhecimento (VALENTE, 1998a). A abordagem instrucionista é fundamentada na teoria behaviorista de Skinner (1972), cujo modelo baseava-se nos princípios psicológicos estabelecidos a partir do exame experimental do comportamento no campo do programa do reforço ou condicionamento operante. Skinner propôs um método de aprendizagem por ensino programado usando máquinas de ensinar, no qual o ensino é caracterizado como 4 No início dos anos 80 (CARMO FILHO, 2006).
  • 28. 27 um programa de recompensas oportunamente administradas. Com o objetivo de modelar a conduta do aluno, a ele são proporcionados estímulos. Se o aluno acerta as respostas, recebe reforços positivos (YAMAMOTO et al., 2001). Pelo que se pode perceber e o que foi escrito anteriormente, nota-se que esta abordagem consiste na informatização dos métodos tradicionais de ensino (VALENTE 1998a). ... as principais características dos softwares educacionais que representam a abordagem instrucionista são: definição de objetivos educacionais mensuráveis, definição da estratégia de ensino, avaliação objetiva, informação aos alunos sobre suas notas e reforço para as respostas corretas.(CAMPOS;CAMPOS, 2001 apud CARMO FILHO 2006) Reenfatizando, na abordagem construcionista o aprendente constrói seu próprio conhecimento, usando o computador como uma ferramenta, que deve ser instruída pelo aluno a partir do software. Neste tipo de abordagem, o software é uma linguagem de programação ou um aplicativo, o que permite ao aprendiz representar suas idéias (VALENTE 1998b). Apesar da aparente igualdade entre o construcionismo e construtivismo de Piaget, para Papert (1986 apud CARMO FILHO) existe diferenças entre as duas. No construcionismo, o aluno constrói algo do seu interesse, e por isso torna-se bastante motivado, resultando numa aprendizagem com um envolvimento afetivo e por conseqüência mais significativa. No construtivismo, o conhecimento adquirido é uma construção que resulta desde a infância até a fase adulta, através de interações com os objetos que procura conhecer. Já para Valente (1998b) a diferença primordial entre os dois é a presença do computador, i.e., o aprendiz constrói o conhecimento através do computador que é utilizado como uma ferramenta na aprendizagem do aluno. O computador dentro desta abordagem não é um fim, mas um meio no processo de ensino-aprendizagem, já que o mesmo é uma máquina a ser ensinada. ... as características dos softwares educacionais voltados para essa abordagem são: definição de macro objetivos e de contextos para incentivar a construção do conhecimento e a participação do aluno no processo de aprendizagem; avaliação qualitativa; escolha de caminhos de navegação por parte do aluno e liberdade na busca da informação (não-linearidade); apresentação de problemas reais, interessantes e relevantes para que os alunos possam testar diversas soluções; e colaboração, diálogo e negociação no trabalho em grupo.(CAMPOS;CAMPOS, 2001 apud CARMO FILHO 2006) Pelo que foi citado anteriormente, percebe-se que na abordagem construcionista o aprendente possui liberdade para escolher seus próprios caminhos de navegação, tendo assim uma maior responsabilidade no gerenciamento de suas ações. Já dentro deste processo ensino-aprendizagem, cabe ao professor o papel
  • 29. 28 de mediador, orientador e/ou facilitador. Percebe-se que a ênfase deste tipo de abordagem está na autonomia do aluno, que pode navegar através do software, tendo liberdade para buscar caminhos além do domínio pré-definido do conhecimento a ser adquirido (CAMPOS; CAMPOS, 2001 apud CARMO FILHO). O papel da escolha de metodologias de ensino e mediação pedagógica constituem importante pilar para a definição de estratégias pedagógicas, fazendo pontes entre as metodologias e tecnologias digitais (BARROS, 2007). 3.1.3 Classificação de softwares educacionais destacando a classificação de Valente Com relação a softwares educacionais utilizados no processo de ensino-aprendizagem, observam-se na literatura várias classificações (CARMO FILHO, 2006). Como exemplo, cita-se Taylor (1980 apud CARMO FILHO, 2006) que classifica os softwares em tutor, tutorando e ferramenta. O tutor representa os softwares que instruem o aluno, com isso percebe-se que este tipo de software educacional representa a linha instrucionista. Já os dos tipos tutorando e ferramenta representam a abordagem construcionista, sendo que o tutorando é um programa pelo qual o aprendente instrui o computador e o ferramenta é um software com o qual o aluno manipula informações. Por sua vez Valente (1998a) classifica os softwares segundo as duas abordagens5. Com relação à abordagem instrucionista, ou seja, programas que apresentam uma versão computadorizada dos meios tradicionais onde o computador e tido como uma máquina de ensinar, os mais comuns. Segundo Carmo Filho (2006) as classes representativas são: • Tutoriais: neste o material didático é apresentado a partir de diversos recursos multimídia como: animação, som e recursos para facilitar a administração das seções didáticas. Apresentando assim uma versão informatizada da didática já empregada em sala de aula tradicional, sendo bastante utilizados pelo fato de introduzirem o computador no ensino sem provocar mudanças consideráveis. • Exercício-e-prática: apresenta exercícios elaborados através de instrução programada, exigindo a resposta do aluno e fornecendo respostas imediatas. 5 Instrucionista e construcionista.
  • 30. 29 São utilizados principalmente para a revisão de conteúdos vistos em sala de aula, principalmente os que envolvem memorização e repetição. • Jogos: Nesta categoria os conteúdos pedagógicos são apresentados na forma de jogos, tornando-se uma maneira mais divertida de aprender, o que motiva e estimula o aluno. Porém a pedagogia por trás desta abordagem é a de exploração auto-dirigida ao invés da instrução explícita e direta. • Simulação: Este tipo de software possibilita a criação de modelos dinâmicos e simplificados do mundo real, permitindo a exploração de situações fictícias ou arriscadas, e de experimentos complicados, caros ou que levam muito tempo para se processarem. A simulação oferece, portanto, a possibilidade do aluno desenvolver hipóteses, testá-las, analisar resultados e refinar os conceitos. No entanto apresentam paradigmas prontos a serem “aprendidos” pelos alunos. Por outro lado, o computador pode ser usado como ferramenta educacional. Desta forma, ainda segundo Valente (1998a) ... o computador não é mais o instrumento que ensina o aprendiz, mas a ferramenta com a qual o aluno desenvolve algo, e, portanto, o aprendizado ocorre pelo fato de estar executando uma tarefa por intermédio do computador. Estas tarefas podem ser as elaborações de textos, usando os processadores de texto; pesquisa de banco de dados já existentes ou criação de um novo banco de dados; resolução de problemas de diversos domínios do conhecimento e representação desta resolução segundo uma linguagem de programação; controle de processos em tempo real, como objetos que se movem no espaço ou experimentos de um laboratório de física ou química; produção de música; comunicação e uso de rede de computadores; e controle administrativo da classe e dos alunos. Com isso citam-se, segundo Carmo Filho (2006), como exemplos: • Aplicativos: São softwares que manipulam informação, como exemplos podem ser citados programas de processamento de texto, planilhas, sistemas de banco de dados, construção e transformação de gráficos, sistemas de autoria e calculadores numéricos. • Resolução de problemas: estes softwares propiciam um ambiente de aprendizado baseado na resolução de problemas, onde o aprendiz tem que expressar a solução através uma linguagem de programação. Porém deve-se notar que o objetivo não é ensinar programação de computadores, e sim representar a solução de um problema segundo uma linguagem computacional.
  • 31. 30 • Controle de Processo: Estes programas permitem ao aprendiz entender processos e controlá-los. Como exemplo, cita-se a construção de um veículo, na qual o aprendiz tem a oportunidade de manusear dispositivos que alteram a direção, engrenagens, eixos e opera com conceitos de velocidade, atrito e deslocamento. • Comunicação: Estes softwares têm como função transmitirem dados através de uma rede de computadores. Como exemplo cita-se os programas de correio eletrônico, mensagens instantâneas, bate-papo etc. Também se inclui nesta categoria os softwares que complementam certas funções dos nossos cinco sentidos, facilitando o acesso ou o fornecimento da informação. Isto é especialmente interessante quando o computador é usado por indivíduos portadores de deficiência física. Pelo que foi mostrado anteriormente, não há uma classificação padrão para softwares educacionais e, além disso, estas classificações na maioria das vezes apontam para direções bem distintas. 3.1.4 Características da qualidade do software educacional Segundo Campos e Campos (2001 apud CARMO FILHO 2006, P.38) algumas características devem ser consideradas no desenvolvimento de softwares educacionais, são elas: Características Pedagógicas: Referem-se à conveniência e á viabilidade de utilização do software em situações educacionais, isto é, o software deve permitir a identificação do ambiente educacional e do modelo de aprendizagem que ele privilegia, ser adequado e pertinente a um dado contexto educacional ou disciplina específica e possuir aspectos didáticos, tais como conteúdos claros, corretos e recursos motivacionais. Facilidade de Uso: O software deve ser fácil de se aprender a usar e as informações importantes para o seu uso devem ser fáceis de se memorizar. Além disso, ele deve manter o processamento corretamente a despeito de ações inesperadas (robustez). Interface Amigável: O software deve possuir meios e recursos que facilitem a sua interação com o usuário. A concepção da interface deve ser conservada idêntica em contextos idênticos e diferente em contextos distintos, devendo haver adequação entre as informações apresentadas ou solicitadas. Além disso, também é importante a existência de mecanismos que permitam evitar ou reduzir a ocorrência de erros, e que favoreçam a sua correção quando eles ocorrerem. Adaptabilidade: O software deve ser capaz de se adaptar às necessidades e preferências do usuário e ao ambiente educacional selecionado. Assim, a sua interface deverá ser facilmente personalizada para o uso por diferentes usuários e o software deve ser adequado ao modelo e aos objetivos educacionais pretendidos.
  • 32. 31 Documentação: A documentação para instalação e uso do software deve estar completa, consistente, legível e organizada. Deve haver também uma ajuda on-line disponível. Portabilidade: O software deve ser capaz de adequar-se aos equipamentos do laboratório de informática, isto é, as tecnologias utilizadas pelo software devem ser compatíveis com as facilidades disponíveis no mercado e na instituição de ensino. Pelo que foi exposto anteriormente, pode-se perceber que uma característica fundamental de um software que será usado na aprendizagem auxiliada por computador é o seu critério didático-pedagógico. Segundo estas características, as abordagens podem ser instrucionista ou construcionista (VALENTE 1997). O programa desenvolvido tem como critério didático-pedagógico uma abordagem construcionista, pois se pretende que através dele se possa interagir com o mesmo escolhendo seus caminhos de navegação bem como alterar valores e testar diversas soluções e com isto, construir seu próprio conhecimento de maneira autônoma e com liberdade para escolher seus caminhos de navegação. Mesmo não havendo uma classificação padrão de softwares educacionais, o ambiente desenvolvido será do tipo resolução de problemas, segundo a classificação de Valente (1998a), pois, através do ambiente proposto, se apresenta condições de representar a solução de um problema através de uma linguagem de programação. Lembrando que isto não quer dizer que o ambiente terá como função propiciar condições para que se aprenda uma linguagem de programação, mas sim, que utilize o ambiente como uma ferramenta para auxiliar na aprendizagem. 3.2 O papel do laboratório de práticas experimentais no ensino de física Nas ultimas décadas, as escolas vêm sendo criticadas por sua baixa eficácia na qualidade de ensino, por sua incapacidade de preparar o estudante para ingressar no mercado de trabalho e por não conseguir formar cidadãos capazes de tomar decisões, interpretar situações cotidianas que envolvam a compreensão de informações relacionadas a temas científicos mesmo elementares, como apresentados, por exemplo em jornais de grande circulação ou telenoticiários e ainda, avaliar possibilidades de maneira critica e independente (BORGES, 2002). Várias são as causas que se pode apontar para este quadro de incapacidade. Dentre elas exemplifica-se a não valorização dos espaços educacionais, a desvalorização da profissão de professor e a falta de programas para o desenvolvimento e aperfeiçoamento dos mesmos. Na tentativa de modificar este
  • 33. 32 quadro em que se encontra a escola, vêm sendo propostas novas formas de organização do currículo e de metodologias de ensino, a fim de superar estas dificuldades. Como é o caso dos PCNs e PCNs+ (PCNs, 1999; PCNs+, 2002), que trazem propostas de como se deve organizar o currículo, procurando minimizar a compartimentalização das disciplinas, além de propor situações contextualizadas para o estudo das mesmas. Estas transformações procuram estabelecer mudanças que acarretam em modificações nos conteúdos propostos e nas técnicas a serem utilizadas. Desta forma, percebe-se que estas mudanças espelham como principais metas viabilizar caminhos, de forma que o aluno, no caso das ciências, adquira mais eficazmente conhecimento cientifico, aprenda a trabalhar com métodos e processos da ciência e especialmente adquira um posicionamento crítico para poder estabelecer relações entre ciência, tecnologia e sociedade. Com isto, pretende-se que o mesmo adquira familiaridade com os principais produtos da ciência, saiba como acontece a produção destes conhecimentos e como isto interfere no seu mundo cotidiano. Isto pode ser facilmente observado nos PCNs (1999), que acreditam que o ensino de ciências deve proporcionar ao educando “compreender as ciências como construção humana, entendendo como ela se desenvolve por acumulação, continuidade ou ruptura de paradigmas, relacionando o desenvolvimento científico com a transformação da sociedade”. Uma forma de buscar desenvolver nos estudantes estas competências é o uso do laboratório didático. É unânime entre os professores que para isto ocorra é fundamental que aulas práticas sejam inseridas no currículo (ALVES FILHO, 2000). Porém, percebe-se que na maioria das escolas que possuem o laboratório, estes são pouco ou quase nunca utilizados. Dentre as várias razões que podem ser levantadas para se justificar este fato, podemos citar segundo Borges (2002), a falta de formação do professor, escassez de recursos para reposição de componentes e materiais laboratoriais, falta de tempo para o professor planejar suas atividades como parte do programa de ensino e até mesmo laboratórios continuamente fechados e sem manutenção. Vale ressaltar que alguns professores até se dispõem a propor aulas praticas, mas a maioria acaba desistindo por não conseguir resultados satisfatórios. Vale ressaltar que é um equívoco, segundo Borges, confundir a atividade prática com a necessidade de um ambiente com equipamentos especiais para a realização de atividades experimentais. No subitem que se segue, se falará do
  • 34. 33 laboratório didático e seu papel no ensino de ciências e, especificamente, no ensino de física. 3.2.1 Uma visão pedagógica de uso de laboratório de práticas experimentais Há mais de meio século existe a preocupação em se estabelecer metas para uma melhor condução de práticas no laboratório didático. A partir da década de setenta, vêm sendo trabalhadas propostas de mudanças nos currículos, a fim de adequar o crescente avanço das concepções alternativas dos vários tópicos de conhecimento da física, de modo a motivar e facilitar a aprendizagem dos alunos, quando da execução de práticas experimentais de física. Assim estas mudanças tentam principalmente deixar claros os objetivos do laboratório didático de física, conceber novas metodologias para a realização de práticas experimentais, de modo a estabelecer novas relações entre a valorização dos conteúdos teóricos e os passos associados á realização de uma prática. Porém ainda permanece crítica a visão pedagógica de determinados professores, para quem os objetivos e estratégias de condução de uma prática não estão claros, o que acaba ocasionando a mesma visão junto aos estudantes. Por conta disso, muitos destes docentes continuam achando que o papel da atividade experimental é simplesmente verificar e comprovar leis científicas (BORGES, 2002). Em contra partida, pode-se dizer que o bom aproveitamento da atividade experimental deve perpassar pela preparação adequada da mesma. Preparação esta que, por exemplo, deve ser planejada e focada na observação de teorias e leis e não em procedimentos “mecanizados” que compõem uma seqüência de atividades de realização de uma prática. Assim o aluno acaba seguindo uma espécie de “receita de bolo” e obtém resultados de forma induzida, sem refletir progressivamente na construção de relações de associação entre o que está a observar, no desenrolar de uma prática, e conseguir promover uma associação junto à fundamentação teórica requerida, passo essencial para promover mudanças conceituais nas suas concepções prévias. Ainda nesta direção, o que geralmente vemos na realização de uma atividade experimental são alunos e professores preocupados principalmente com os resultados (dados) a serem medidos em detrimento ao estudo do fenômeno. Não pretendemos com isso negar a importância dos dados a serem medidos em algumas
  • 35. 34 atividades experimentais. Com isso, destaca-se que a aquisição de dados não deve prevalecer sobre o estudo e interpretação dos fenômenos. Uma vez que, por conta disto, o aluno, por achar que seus resultados não estejam corretos, passem a manipular os dados em vez de procurar as possíveis causas do ‘erro’ encontrado. Muitas vezes os próprios professores são vitimas deste fato. O que leva os mesmos a não realizarem uma determinada experiência, pelo fato da mesma não apresentar os resultados esperados. (BORGES, 2002) Dentro do que foi exposto, acredita-se que uma forma de tentar superar estas barreiras citadas para a realização de uma atividade experimental, seja através da sua inclusão no currículo. Inclusão esta que deve acontecer de forma planejada e com objetivos claros. Objetivos estes, que devem deixar clara a participação efetiva dos alunos na coleta e principalmente na analise de resultados, para que de posse destes resultados os estudantes possam testar suas próprias teorias. Para que isto ocorra, se faz necessário se estabelecer como os alunos discussões anteriores à prática, relativo aos conteúdos teóricos associados aos fenômenos a serem trabalhados no laboratório, caracterizando-se como atividade pré-experimental (BORGES, 2002). Desta forma, o aprendente terá momentos em que ele possa refletir sobre tais conhecimentos antes da realização da atividade prática e compartilhar o processo de construção do conhecimento com seus colegas. Neste processo o professor, a cada momento da realização da atividade, vai interagindo através de um processo dialógico amplo com o intuito de tirar as dúvidas dos alunos e preencher lacunas referentes ao conteúdo. Desta forma fazendo com que “termos como velocidade, aceleração, força, pressão, temperatura, etc, e suas relações, em conjunto com variado número de habilidades e destrezas necessárias para suas determinações, façam sentido no contexto experimental” (ARRUDA et al, 2001). Desenvolvendo assim competências e habilidades necessárias a realização da atividade experimental, de modo à “adaptar” o conteúdo à atividade experimental para que o aluno possa aprender de forma significativa os conceitos a serem estudados.
  • 36. 35 Tais atividades podem ser desenvolvidas com um nível maior de abstração, funcionando assim como um organizador prévio6 (MOREIRA, 1997). O papel do organizador prévio, bem como as idéias de Ausubel a respeito da aprendizagem significativa de conceitos serão discutidos no subitem 3.3. Outro passo importante na atividade experimental é a discussão em grupo das conclusões a que chegaram os alunos ao final da execução da prática, o que pode ser denominado de atividade pós-experimental (Borges, 2002). Pode até parecer um paradoxo falar de laboratório didático no Brasil, onde na maioria das escolas públicas ocorrem poucas aulas práticas. Seja por falta de um laboratório ou pelos fatores citados no início do capítulo. É fato que dentro do modelo tradicional de ensino o laboratório é desaconselhado, por conta dos impactos negativos que pode provocar sobre a aprendizagem dos alunos. Isto porque resultados de pesquisas sobre o uso do laboratório decepcionam “pois conflita com teorias e expectativas. Prefere-se pensar que os laboratórios funcionam porque acrescenta cor, a curiosidade de objetos não – usuais e eventos diferentes, e um contraste com a prática comum em sala de aula...” (WHITE, 1996 apud BORGES 2002). Dentre as formas mais comuns de utilização do laboratório, destaca-se o laboratório tradicional. Nesta abordagem, o aluno realiza práticas com a atribuição de manipular os equipamentos e os dispositivos que tem como objetivo principal a tomada de dados e a construção de gráficos. Geralmente neste tipo de atividade é acompanhado de um roteiro o qual apresenta de maneira estruturada todo o procedimento a ser seguido pelo aluno. Neste tipo de prática o estudante não participa ativamente da tomada de decisão sobre o que medir e sobre a interpretação do fenômeno a ser estudado (ALVES FILHO, 2000; BORGES, 2002). Neste contexto o objetivo é o de ‘verificar’ na prática os conteúdos estudados nas aulas teóricas. Desta forma, segundo Borges, este tipo de atividade é pouco eficiente em provocar alterações nas concepções prévias dos alunos além de apresentar as atividades de forma descontextualizadas e sem se incorporar recursos metodológicos, didáticos apropriados para trabalhar a visão pedagógica do professor numa sessão didática laboratorial. 6 Segundo a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel (1968) o organizador prévio funciona como um material introdutório que é apresentado ao aluno. Este material apresenta os conceitos num nível mais geral de abstração fazendo assim com que os novos conceitos possam ser ancorados aos já existentes.
  • 37. 36 Acredita-se que esta ineficiência acontece por se tentar comparar as atividades experimentais com as práticas dos cientistas. Segundo Borges (2002), estas atividades são bem distintas e com objetivos bastante diferentes. No caso dos cientistas, quando propõem suas práticas já têm passado muitos anos de sua vida pesquisando sobre o tema e a experimentação proposta busca resolver um problema que lhe interessa. Desta forma, para chegar à prática, ele já refletiu bastante e tem, na maioria dos casos, uma idéia do que pretende medir e que procedimentos devem tomar para a efetivação do experimento. (BORGES, 2002) Não se pretende negar a importância das atividades experimentais no processo de ensino aprendizagem de física. Acredita-se que estas possam ser utilizadas para este fim desde que seus objetivos não sejam exclusivamente comprovar teorias e que permitam uma participação efetiva do educando na interpretação e analise dos resultados assim como na autonomia do que medir e como fazer isto e associar as atividades da prática para refletir e analisar sobre as leis e conceitos físicos correspondentes. Para isto percebe-se a necessidade do aluno já possuir experiência na manipulação dos aparelhos e uma certa base no tocante aos conteúdos a serem estudados. De que forma o laboratório deve ser organizado para ter um papel relevante no processo de ensino aprendizagem? Apesar dos procedimentos adotados para se realizar as práticas, o laboratório da forma como vem sendo trabalhado na maioria das escolas, precisa de uma reformulação na condução das sessões didáticas. Em nenhum momento pode-se negar a sua importância. È prudente que continuamente sejam repensados os seus objetivos e buscar maneiras criativas de trabalhar as atividades práticas. Um primeiro passo para a busca de uma aprendizagem significativa no laboratório, é a definição clara de seus objetivos. Uma alternativa seria a integração efetiva entre o ensino experimental e o ensino teórico. Neste cenário a formação continuada do professor e sua mudança de visão pedagógica na condução das práticas constituem ações primordiais para se valorizar o ensino científico. “Uma concepção do laboratório didático que entende as atividades que estão sendo desenvolvidas como um esforço em dar uma unidade ao discurso teórico e experimental, poderia ser designada como uma concepção adaptativa do laboratório didático. Nesse sentido, uma tal concepção, estando fundamentada nas idéias de Kuhn, consideraria o aprendizado científico, essencialmente, como a aquisição de um vocabulário ou de uma linguagem, por meio da exposição do estudante aos exemplares - inclusive as situações experimentais - e suas soluções (Kuhn, 1990). Em outras palavras, o que deve ocorrer, seja em uma aula teórica, seja em uma aula no laboratório, é o aprendizado de novos termos, que
  • 38. 37 devem ser empregados de uma certa maneira, a qual é indicada ao aluno pelo professor, pelos livros, etc. Portanto, de um modo geral em um laboratório didático sob uma concepção adaptativa, a preocupação central do professor não seria com a contrastação empírica (confirmação ou falseamento) de hipóteses, teorias, etc, ou seja, não se trata de opor a teoria ao experimento, mas de articular os dois de maneira integradora, de modo a permitir que o estudante possa ter uma visão do todo (do paradigma). (ARRUDA et al., 2001) Acredita-se que, desta forma um laboratório de práticas experimentais pode constituir-se numa poderosa ferramenta didática. Permitindo auxiliar na busca e superação de dificuldades de aprendizagem de conceitos de física funcionando, quando trabalhado de forma pedagogicamente estabelecida, como uma ponte para o aluno ligar a experimentação científica, aprendizagem conceitual e a motivação. Porém, se o mesmo não for utilizado de forma a proporcionar uma aprendizagem prazerosa e significativa, pode se caracterizar numa atividade enfadonha, mecanizada, tornando-se uma nova forma de aula tradicional, de caráter predominantemente instrucionista e sem a participação efetiva dos alunos7. Na literatura especializada é possível constatar que as atividades de laboratório apresentam uma variedade de barreiras que dificultam a aprendizagem (Ryder, Leach 2000; Sandoval 1990 apud Laburú 2003). Na maioria das vezes estas barreiras são impostas por : “ficar implícita na atividade que aos estudantes deve caber a compreensão da natureza do problema, o procedimento experimental, a adoção da perspectiva teórica relevante relacionada com o tema em estudo, o acompanhamento da leitura e a assimilação das instruções do experimento, a compreensão, ou pelo menos, o manejo correto dos aparatos em questão” (HODSON 1990 apud LABURÚ 2003). Segundo Moreira (1980 apud Laburú 2006), certas atividades de laboratório são perdas de tempo, pois é possível que se eliminem vários passos que são irrelevantes e só servem para deixar os estudantes perdidos em detalhes irrelevantes. O autor citado diz ainda que é fundamental que se dedique mais tempo à compreensão teórica, a discussão e interpretação dos resultados experimentais do que à realização propriamente dita do experimento. “Para a construção de teorias, a experimentação tem duplo significado: o de testar a adequação empírica da teoria...e preencher os espaços vazios (da teoria), isto é, guiar a continuação da construção ou complementação da teoria. Da mesma forma, a teoria tem um duplo papel na experimentação: formulação de questões a serem respondidas de uma maneira sistemática...e como guia no planejamento de experimentos para responder a essas questões” (van Fraassen 1980 apud Arruda et al, 2001) 7 O que foi dito será reforçado a seguir por Moreira
  • 39. 38 Segundo Villani e Carvalho (1993 apud Marineli e Pacca 2006): Apesar de estarem convencidos da importância das atividades experimentais, os docentes que a utilizam abundantemente em sua prática didática têm consciência de que a experimentação está longe de constituir a panacéia para o ensino da física; a aprendizagem dos estudantes parece sujeita a limitações e ambigüidades, que tornam o problema digno de se analisado mais cuidadosamente. Pelo que foi citado anteriormente, percebe-se que o aluno necessita aprender de forma significativa os conceitos trabalhados. Não fazendo sentido o mesmo participar de aulas práticas no laboratório didático sem que o mesmo possa manipular aparelhos, interpretar fenômenos e discutir resultados com sue colegas. “Dado que a maior parte das leis científicas possuem poucos pontos de contato quantitativos com a natureza, dado que as investigações desses pontos de contato exigem em geral uma instrumentação e aproximação tão laboriosa, e dado que a própria natureza necessita ser forçada a produzir os resultados adequados, o caminho que vai da teoria ou lei à medição quase nunca pode ser feito em sentido inverso. Os números colhidos sem conhecimento da regularidade quase nunca falam por si” (Kuhn 1989:244 apud Arruda et al, 2001) Acredita-se que o laboratório didático, através do que foi citado, principalmente estruturados a partir das idéias de Arruda et al (2001), possa contribuir para superação das dificuldades de aprendizagem de conceitos de física. A partir desta perspectiva o professor terá claro que, neste tipo de atividade experimental, o que está em jogo é a aprendizagem da linguagem científica, que se potencializa através da integração entre o discurso teórico e experimental, compondo assim uma linguagem unificada dos conceitos a serem trabalhados. No subitem a seguir, descreve-se a teoria de aprendizagem significativa de Ausubel, adotada aqui devido seu caráter cognitivista, onde o conteúdo de aprendizagem é trabalhado segundo uma organização hierarquizada do conhecimento, elemento característico da construção de conhecimentos de ciências, os quais exigem dos aprendizes conhecimentos prévios específicos e também hierarquizados. 3.3 Teoria da aprendizagem de Ausubel 3.3.1 Visão geral Quando se fala da teoria de Ausubel o conceito primordial ao qual esta teoria trata é o de aprendizagem significativa. Para que ocorra tal aprendizagem o fator mais importante é o conhecimento anterior que o aprendiz já possui claramente estabelecido em sua mente. A este conhecimento que o aprendiz possui chamamos
  • 40. 39 de subsunçores (Ausubel 1968 apud Moreira 1999). Partindo desta idéia, a aprendizagem ocorre quando uma nova informação é captada pelo aprendiz, por um processo de “ancoragem” e a partir daí é agrupada a conceitos já existentes (MOREIRA, 1999). Dentro desta perspectiva, Moreira fala que o termo ancorar não mostra o real significado deste tipo de aprendizagem no qual tanto os conceitos que o aprendiz já possui quanto o novo conceito a ser aprendido sofrem modificação, formando assim um novo subsunçor, bem mais geral e inclusivo do que o anterior, e que interage com outros. Com isto, a estrutura cognitiva está em constante reestruturação durante o processo de aprendizagem significativa. Segundo Ausubel (1968) o cérebro humano se organiza de maneira hierárquica e organizada, sendo que os conceitos mais específicos se agrupam a subsunçores mais gerais. Para o desenvolvimento destes subsunçores, Ausubel fala em organizadores prévios, que são materiais introdutórios que vão fazer a ligação entre o conhecimento a ser aprendido e o que o aprendente já possui. Tais organizadores devem ser apresentados ao aprendente de uma forma mais geral e num nível mais alto de abstração. Para que ocorra uma aprendizagem significativa duas condições são fundamentais. Uma é que o aprendente deve se dispor a aprender de forma significativa, caso ele não tenha tal disposição irá memorizar de forma arbitrária literal e arbitrária o conhecimento. O que irá caracterizar uma aprendizagem mecânica, sem significado, na qual brevemente o aprendente irá esquecer o que foi aprendido mecanicamente. A outra condição para que a aprendizagem seja significativa é que a informação a ser aprendida deve ser potencialmente significativa, isto é, a informação deve ser lógica e psicologicamente significativa. Sendo que o significado lógico depende da natureza da informação a ser aprendida enquanto que significado psicológico está relacionado com cada indivíduo, ou seja, cada aluno filtra a informação que é ou não mais significativa para ele. 3.3.2 Tipos de aprendizagem Ausubel destaca três tipos de aprendizagem: Representacional: é o tipo mais básico de aprendizagem significativa, do qual os demais dependem. Envolve a atribuição de significados a determinados símbolos (tipicamente palavras), isto é, a identificação, em significado, de símbolos com seus referentes (objetos, eventos, conceitos).
  • 41. 40 Os símbolos passam a significar, para o indivíduo, aquilo que seus referentes significam; Conceitual: é de certa forma, uma aprendizagem representacional, pois conceitos são também representados por símbolos particulares, porém, são genéricos ou categóricos, representam abstrações dos atributos essenciais dos referentes, i.e., representam regularidades em eventos ou objetos; Proposicional: Contrariamente à aprendizagem representacional, a tarefa não é aprender significativamente o que palavras isoladas ou combinações representam, mas sim, aprender o significado de idéias em forma de proposição. (MOREIRA 1983) Segundo Ausubel a aprendizagem significativa pode ocorrer de três formas: Subordinada, Superordenada e Combinatória. A aprendizagem significativa é dita subordinada quando a nova informação é “ancorada” a conceitos já existentes (subsunçores), ocorrendo assim uma relação de subordinação entre o subsunçor e o conceito novo. Vale lembrar que a partir do momento que o novo conceito é ancorado ao subsunçor ele o altera formando assim um subsunçor mais abrangente e mais geral. Já a aprendizagem superordenada acontece quando um conceito mais geral é adquirido e engloba subsunçores, já existentes, que são mais específicos do que o conceito que está sendo adquirido. Por outro lado aprendizagem combinatória ocorre quando a nova informação não se relaciona com um único subsunçor nem de forma subordinada nem superordenada, mas sim com maior parte toda estrutura cognitiva do aprendente. Assim, mesmo se relacionando com estes subsunçores, ainda mantém certa independência. 3.3.3 Aquisição e organização de conceitos Para Ausubel os conceitos são adquiridos ainda na infância por meio de um processo conhecido como formação de conceitos e a partir daí novos conceitos vão sendo adquirido através da diferenciação progressiva e da reconciliação integrativa (MOREIRA 1999 apud CARMO FILHO 2006). O processo de assimilação de conceitos acontece quando um conceito mais específico se relaciona com um conceito mais geral e inclusivo e este subsunçor o absorve por um processo se ancoragem. Neste processo não só o novo conceito mais específico, mas também o subsunçor mais geral e inclusivo que já existente se modificam formando um subsunçor mais geral que o existia anteriormente. Na medida em que esta assimilação vai acontecendo uma vez ou mais estes conceitos vão sendo assimilados por diferenciação progressiva dos subsunçores (MOREIRA
  • 42. 41 1999 apud CARMO FILHO 2006). A seguir um exemplo de mapa conceitual, representado na figura 3.1 (MOREIRA E BUCHWEITZ, 1993 apud MOREIRA, 1997). Figura 3.1 - Mapa conceitual dos conceitos básicos da teoria de Ausubel (MOREIRA e BUCHWEITZ, 1993 apud MOREIRA, 1997) Já no processo de reconciliação o ponto crucial é que o aluno possua uma estrutura cognitiva clara, para a partir daí diferenciar e associar os conceitos. À medida que as novas informações vão sendo adquiridas, se estabelece semelhanças e diferenças entre os conceitos, seja entre subsunçores e conceitos novos ou até mesmo entre os conceitos a serem aprendidos. Desta forma, tanto as novas informações quanto os antigos conceitos vão sendo recombinados, este princípio é, segundo Ausubel, a reconciliação integrativa de conceitos. (RONCA 1980).
  • 43. 42 Segundo Ausubel, estes princípios podem ser desenvolvidos através do uso de organizadores prévios que têm como função principal fazer uma ligação entre o que o aluno já sabe e o que se deseja que ele aprenda. Os organizadores prévios podem ser apresentados de forma expositiva ou de forma comparativa. É sugerido que ele seja apresentado de forma expositiva se o conceito a ser aprendido é inteiramente desconhecido pelo aprendente. Já para o caso do conjunto de informações a ser aprendido não ser completamente novo é sugerido que se usem os organizadores prévios de forma comparativa. 3.4 Mapas conceituais Segundo Moreira (1997) mapas conceituais são “diagramas indicando relações entre conceitos, ou entre palavras que usamos para representar conceitos”. Os mapas conceituais são formados de conceitos que se relacionam com outros por meio de palavras ou pequenas frases. Eles se apresentam organizados hierarquicamente de forma que os conceitos mais gerais e inclusivos se apresentam no topo do mapa conceitual e os mais específicos ou menos inclusivos vão sendo ligados aos conceitos mais gerais por meio de palavras ou frases de ligação. Uma das funções dos mapas conceituais é a de organizar determinado tema destacando os pontos mais significativos entre os conceitos (Moreira, 1999). Os mapas conceituais podem ser formulados a partir de conceitos sobre um determinado tema. Por outro lado, podem ser formulados a partir de parágrafos e até mesmo de textos completos. Além disso, os mapas conceituais podem ser usados até como forma de avaliação. Segundo Moreira (1997) mapas conceituais podem ser usados para se obter uma visualização da organização conceitual que o aprendiz atribui a um dado conhecimento tratando-se basicamente de uma forma de avaliação não-tradicional que busca informações sobre os significados e relações significativas entre conceitos-chave da matéria de ensino segundo o ponto de vista do aluno. Ainda segundo Moreira é necessário algumas considerações quanto à utilização de mapas conceituais como instrumentos de avaliação. Como a aprendizagem significativa implica, necessariamente, atribuição de significados idiossincráticos, mapas conceituais, traçados por professores e alunos, refletirão tais significados. Quer dizer, tanto mapas usados por professores como recurso didático como mapas feitos por alunos em uma avaliação têm componentes idiossincráticos. Isso significa que não existe mapa conceitual “correto”. Um professor nunca deve apresentar aos alunos o mapa conceitual de um certo conteúdo e sim um mapa conceitual para esse conteúdo segundo os significados que ele atribui aos conceitos e às
  • 44. 43 relações significativas entre eles. De maneira análoga, nunca se deve esperar que o aluno apresente na avaliação o mapa conceitual “correto” de um certo conteúdo. Isso não existe. O que o aluno apresenta é o seu mapa e o importante não é se esse mapa está certo ou não, mas sim se ele dá evidências de que o aluno está aprendendo significativamente o conteúdo (MOREIRA, 1997, p. 8). Pelo que foi evidenciado por Moreira anteriormente, observa-se que os mapas conceituais têm significados pessoais e que não existe o mapa conceitual “certo”. Segundo Moreira (1997) “basta pedir a dois professores, com igual conhecimento, que tracem um mapa de conceitos para certo conteúdo: seus mapas terão semelhanças e diferenças”. Pensando desta forma não podemos dizer que existe o mapa conceitual e sim um mapa conceitual. A seguir na figura 3.2 apresenta-se um outro modelo de mapa conceitual (DUTRA, FAGUNDES, JOHANN e PICCININI, 2006). Figura 3.2 - Mapa conceitual sobre mapas conceituais (DUTRA, FAGUNDES, JOHANN e PICCININI, 2006)
  • 45. 44 Da mesma forma que os mapas dos professores podem apresentar semelhanças e diferenças o mesmo ocorrerá para alunos, mas é preciso ter cuidado ao avaliar mapas conceituais, para não cair em relativismo por estes mapas serem bastante pessoais, pois podem surgir em uma avaliação alguns realmente pobres de conceitos que ilustram falta de compreensão. De tudo isso, depreende-se facilmente que mapas conceituais são instrumentos diferentes e que não faz muito sentido querer avaliá-los como se avalia um teste de escolha múltipla ou um problema numérico. A análise de mapas conceituais é essencialmente qualitativa. O professor, ao invés de preocupar-se em atribuir um escore ao mapa traçado pelo aluno, deve procurar interpretar a informação dada pelo aluno no mapa a fim de obter evidências de aprendizagem significativa. Explicações do aluno, orais ou escritas, em relação a seu mapa facilitam muito a tarefa do professor nesse sentido (MOREIRA, 1997). Dentro desta perspectiva, facilmente nota-se que os mapas conceituais, como instrumento de avaliação, não têm lugar no ensino tradicional. No subparágrafo a seguir apresenta-se a lei de diretrizes e bases da educação federal, onde faremos um breve apanhado dos principais artigos que tratam do ensino médio. 3.5 A lei de diretrizes e bases da educação nacional e as transformações que ela propõe para o ensino médio A nova lei de diretrizes e bases da educação federal vem conferir ao ensino médio uma nova identidade, concedendo a ele o título de educação básica. Esta determinação estabelece que o ensino médio deva ser capaz de desenvolver as seguintes funções: • Formar pessoas de maneira a desenvolver valores e competências necessárias á integração do seu projeto individual ao projeto da sociedade onde ele se encontra. • Aprimorar o educando como pessoa humana, fazendo com que ele desenvolva uma formação ética consolidada além do desenvolvimento da autonomia intelectual e do pensamento crítico. • Fornecer ao educando a formação básica para o mundo do trabalho com o desenvolvimento de competências e habilidades que garantam seu aprimoramento profissional assim com acompanhar as mudanças do nosso tempo.
  • 46. 45 • Desenvolver competências para o educando continuar aprendendo de forma autônoma e crítica. Com isso a LDB (Art.35 apud PCN 1999, p.31 p.46) garante ao ensino médio o caráter de terminalidade, o que significa que nesta reta final da educação básica deve ser assegurada ao educando: I. A consolidação e aprofundamento dos conhecimentos adquiridos no ensino fundamental, possibilitando o prosseguimento dos estudos; II. A preparação básica para o trabalho e para a cidadania do educando, para continuara aprendendo, de modo a ser capaz de se adaptar com flexibilidade a novas condições de ocupação ou aperfeiçoamento posteriores; III. O aprimoramento do educando como pessoa humana, incluindo a formação ética e o desenvolvimento da autonomia intelectual e do pensamento crítico; IV. A compreensão dos fundamentos científico-tecnológicos dos processos produtivos, relacionando a teoria com a prática, no ensino de cada disciplina. Pelo que foi exposto nos parágrafos anteriores percebe-se que a LDB vem mostrar que o ensino médio passa a ter um caráter mais geral, onde estabelece que se deva proporcionar ao educando meios para o desenvolvimento de habilidades e competências para que a partir daí ele possa ser um sujeito produtor de conhecimento e participante do mundo do trabalho em vez de um simples reprodutor de conhecimento, tornando-o assim um cidadão. No subparágrafo a seguir apresentaremos uma amostra das propostas estabelecidas pelos parâmetros curriculares nacionais (PCNs e PCNs+) 3.6 Os parâmetros curriculares nacionais Os PCNS surgiram com o objetivo de tentar minimizar as disparidades entre as escolas do Brasil através de propostas, apoiadas na LDB (lei federal 9394/96), de como se trabalhar as disciplinas através das áreas de conhecimento e utilizando a interdisciplinaridade. Para tentar melhorar o nível de aprendizagem dos alunos os PCNs trazem sugestões de como trabalhar as disciplinas de forma a dar significado ao conhecimento escolar mediante a contextualização dos conceitos e evitando a compartimentalização através da interdisciplinaridade. 3.6.1 Quais os objetivos do novo ensino médio e a reforma curricular? O Brasil assim como os demais países da América Latina estão empenhados em promover reformas na área de educação para tentar superar os níveis de
  • 47. 46 desigualdades que eles se encontram em relação aos níveis encontrados nos países desenvolvidos (PCN 1999, p.15). Mesmo com todo o empenho e com tantas inovações tecnológicas levadas à sala de aula, o ensino ainda centra-se na aquisição de conteúdos8. Com isso o professor é colocado na posição central onde ele possui o conhecimento e sua tarefa é transmiti-lo aos alunos, conteúdos estes que na maioria das vezes não apresentam ligações com o cotidiano do aluno. Será que isso é suficiente para atender as necessidades dos alunos? A sociedade atual vem passando por transformações, e cada dia novas informações vão surgindo e com isto, esta sendo criada uma nova cultura e modificando as formas de produção e apropriação dos conhecimentos. Percebendo esta mudança, caberia então aos professores mediar a aprendizagem dos alunos, buscando a promoção de uma aprendizagem significativa e desenvolvendo habilidades importantes para que eles participem de maneira efetiva da sociedade. Nesta perspectiva percebe-se que o professor é uma peça fundamental para a aprendizagem, pois cabe a ele não somente ensinar conceitos ou formulas, mas principalmente ensinar o aluno a aprender a aprender. Pensando desta forma não teríamos o professor como peça principal, mas o aluno, que a partir dos estímulos e das situações diferenciadas de aprendizagem poderia desenvolver habilidades e competências para continuar aprendendo por toda vida. Mas qual a diferença entre competências e habilidades? Seriam estas palavras sinônimos? " As habilidades estão associadas ao saber fazer: ação física ou mental que indica a capacidade adquirida. Assim, identificar variáveis, compreender fenômenos, relacionar informações, analisar situações-problema, sintetizar,julgar, correlacionar e manipular são exemplos de habilidades. Já as competências são um conjunto de habilidades harmonicamente desenvolvidas e que caracterizam por exemplo uma função/profissão específica: ser arquiteto, médico ou professor de química. As habilidades devem ser desenvolvidas na busca das competências."(MORETTO, 2002) Como é possível perceber os conceitos de habilidade e competência estão interligados apesar de serem distintos. O conjunto de habilidades gera a competência em determinada função que o individuo venha a exercer. Vale lembrar que as habilidades presentes em determinada competência podem aparecer em outras, não sendo assim características de uma única competência. 8 retirado do site http://www.centrorefeducacional.com.br/compehab.htm e escrito por Vera Lúcia Camara Zacharias que criou e é diretora do site.
  • 48. 47 Para que possam ser trabalhadas as habilidades e competências, os PCN têm como foco principal uma proposta que visa uma modificação no currículo do ensino médio, tendo em vista dois fatores norteadores que são: “... as mudanças estruturais que decorrem da chamada “revolução do conhecimento”, alterando o modo de organização do trabalho e as relações sociais; e a expansão crescente da rede pública, que deverá atender a padrões de qualidade que se coadunem com as exigências da sociedade”(PCN 1999, p.16). Ainda segundo as diretrizes curriculares nacionais (2004) a reformulação do currículo deve observar vários enfoques: • Propiciar a reinterpretação e reorganização dos PCNEM e das DCNEM, priorizando o aluno-sujeito, respeitando a diversidade cultural, privilegiando o diálogo e a construção coletiva do currículo; • Rever a concepção de avaliação predominante que coloca ênfase no resultado em detrimento do processo de ensino e aprendizagem, ou seja, promover a avaliação qualitativa no lugar da quantitativa; • Criar condições para o desenvolvimento de parâmetros e diretrizes curriculares locais, com a mediação das Secretarias de Educação e do MEC, em consonância com as diretrizes nacionais; • Tratar como política sócio-cultural o tema relativo às orientações curriculares nacionais; • Entender a importância de trabalhar o desenvolvimento da capacidade crítica dos alunos em relação aos padrões universais de conhecimento escolar até hoje instituídos; • Trabalhar o conceito de competência enquanto conhecimento necessário à compreensão e atuação crítica quanto às questões de ordem ética, social e econômica; • O movimento de reorganização da escola deve estar sustentado no tripé: currículo, formação de professores e gestão, a serem plenamente considerados; • Assegurar condições teóricas e materiais para a comunidade escolar assumir papel significativo na elaboração e execução do currículo.
  • 49. 48 Nesta perspectiva o novo ensino médio passa a ter um caráter de aprofundamento dos conteúdos trabalhados no ensino fundamental e “a formação do aluno deve ter como alvo principal a aquisição de conceitos básicos, a preparação científica e a capacidade de utilizar diferentes tecnologias relativas às áreas de atuação” (PCN 1999, p. 15). Seguindo este pensamento, o currículo deve contemplar conteúdos e estratégias de ensino que visem a atuação do estudante na vida em sociedade e na atividade produtiva. Nessa perspectiva a UNESCO (apud PCN 1999) propõe a estruturação do currículo do ensino médio apoiado em quatro eixos: aprender a conhecer, aprender a fazer, aprender a viver e aprender a ser. • Aprender a conhecer “Considera-se a importância de uma educação geral, suficientemente ampla, com possibilidade de aprofundamento em determinada área de atuação. Prioriza-se o domínio dos próprios instrumentos do conhecimento, considerando como meio e como fim. Meio, enquanto forma de compreender a complexidade do mundo, condição necessária para viver dignamente, para desenvolver possibilidades pessoais e profissionais, para se comunicar. Fim, porque seu fundamento é capaz de compreender, de conhecer, de descobrir. O aumento dos saberes que permitem compreender o mundo favorece o desenvolvimento da curiosidade intelectual, estimula o senso crítico e permite compreender o real, mediante a aquisição da autonomia na capacidade de discernir. Aprender a conhecer garante o aprender a aprender e construir o passaporte para a educação permanente, na medida em que fornece as bases para continuar aprendendo ao longo da vida”.(PCN 1999 p. 29) Ao contrário do que era proposto para o ensino médio da década de 60 e 70, onde a finalidade do ensino médio era a formação de especialistas capazes de operar máquinas e dominar processos de produção (PCN 1999, p.15), a partir da década de 90 estamos convivendo com uma grande quantidade de informação que vem aumentando a cada dia. Por este motivo vem sendo exigido cada vez mais que os profissionais que saibam buscar e aplicar os conhecimentos existentes. Neste primeiro eixo proposto pela UNESCO configura-se uma das propostas do novo ensino médio que é a necessidade do aluno aprender a aprender, pois mais importante do que o conhecimento é o fato de saber aproveitá-lo para continuar aprendendo durante toda sua vida. Com o que foi argumentado anteriormente, não se nega a importância do conhecimento mais sim chamando atenção para o aprender a aprender, ou seja, os alunos têm que ter uma formação básica para a partir daí buscar aprofundamento por conta da grande quantidade de informação que surge a cada dia. • Aprender a fazer
  • 50. 49 “O desenvolvimento de habilidades e o estímulo ao surgimento de novas aptidões tornam-se processos essenciais, na medida em que criam as condições necessárias para o enfrentamento das novas situações que se colocam. Privilegiar a aplicação da teoria na prática e enriquecer a vivência da ciência na tecnologia e destas no social passa a ter uma significação especial no desenvolvimento da sociedade contemporânea”. (PCN 1999, p. 29) Neste outro eixo proposto pela UNESCO percebe-se a necessidade da contextualização dos conceitos, onde não interressa para os estudantes conceitos que não tenham uma aplicabilidade. Certamente será muito mais útil e fácil para o aluno se apropriar de um conceito ou de um modelo que esteja sendo vivenciado por ele no seu cotidiano. Para isso é necessário que sejam trabalhadas habilidades e competências para que os mesmos possam através destas aplicá-las no seu dia a dia. Criando assim mecanismos que possam gerar condições para o enfrentamento de situações problemas propostas na sua vivencia como cidadão. • Aprender a viver “Trata-se de aprender a viver juntos, desenvolvendo o conhecimento do outro e a percepção das interdependências, de modo a permitir a realização de projetos comuns ou a gestão inteligente dos conflitos inevitáveis.” (PCN 1999 p. 29) Este terceiro eixo proposto pela UNESCO fala da necessidade do aluno desenvolver a capacidade de aprender a conviver com o outro e que a partir daí ele possa buscar novas formas de aprender convivendo com as diferenças. • Aprender a ser “A educação deve estar comprometida com o desenvolvimento total da pessoa. Aprender a ser supõe a preparação do indivíduo para elaborar pensamentos autônomos e críticos e para formar os seus próprios juízos de valor, de modo a poder decidir por si mesmo, frente às diferentes circunstâncias da vida. Supõe ainda exercitar a liberdade de pensamento, discernimento, sentimento e imaginação, para desenvolver os seus talentos e permanecer, tanto quanto possível, dono do seu próprio destino. Aprender a viver e aprender a ser decorrem, assim, das duas aprendizagens anteriores – aprender a conhecer e aprender a fazer – e devem constituir ações permanentes que visem à formação do educando como pessoa e como cidadão. A partir desses princípios gerais, o currículo deve ser articulado em torno de eixos básicos orientadores da seleção de conteúdos significativos, tendo em vista as competências e habilidades que se pretende desenvolver no Ensino Médio. Um eixo histórico-cultural dimensiona o valor histórico e social dos conhecimentos, tendo em vista o contexto da sociedade em constante mudança e submetendo o currículo a uma verdadeira prova de validade e de relevância social. Um eixo epistemológico reconstrói os procedimentos
  • 51. 50 envolvidos nos processos de conhecimento, assegurando a eficácia desses processos e a abertura para novos conhecimentos.” (PCN 1999, p. 30) Neste último eixo, se percebe que esta aprendizagem é decorrente das anteriores, pois, para que o estudante possua a capacidade de tomar de decisões autônomas é requisitado que o mesmo tenha o conhecimento necessário e a capacidade de aplicá-lo. Para isso o currículo deve ser trabalhado de forma a propiciar ao aluno uma aprendizagem significativa, possuindo assim uma base nacional comum e uma parte diversificada como proposto na LDB que diz: “... uma base nacional comum, a ser complementada, em cada sistema de ensino e estabelecimento escolar, por uma parte diversificada, exigidas pelas características regionais e locais da sociedade, da cultura, da economia e da clientela.” (lei n°9394/96 Art.26 apud PCN p.30) Com isso percebe-se, de acordo com o que foi citado, que o ensino médio passa a desenvolver e estimular no aprendente novas competências e habilidades para que posteriormente ele possa interferir no mundo do trabalho exercendo assim sua cidadania. 3.6.2 Interdisciplinaridade e contextualização No novo ensino médio proposto pelos PCNs percebemos uma grande ênfase à interdisciplinaridade e contextualização dos conhecimentos com o mundo real. Mas qual o significado destas palavras, interdisciplinaridade e contextualização? Segundo os PCNs interdisciplinaridade significa: “... planejamento e desenvolvimento de um currículo de forma orgânica, superando a organização por disciplinas estanque e revigorando a integração e articulação dos conhecimentos...” desta forma, ainda segundo os PCNs, é que: “... a interdisciplinaridade não tem a pretensão de criar novas disciplinas ou saberes, mas utilizar os conhecimentos de várias disciplinas para resolver o problema concreto ou compreender um determinado fenômeno sob diferentes pontos de vista. Em suma, a interdisciplinaridade tem função instrumental. Trata-se de recorrer a um saber diretamente útil e utilizável para responder às questões e aos problemas sociais contemporâneos.” Desta forma entende-se que interdisciplinaridade representa uma interação entre saberes, independente de separação por matérias, por exemplo, numa aula onde tratamos de um assunto da física podemos resgatar como era organizada a sociedade da época como esta sociedade vivia e por quais situações políticas estavam passando ao mesmo tempo em que estaremos trabalhando tópicos
  • 52. 51 estudados na matemática. Devemos perceber que cada uma delas, mesmo sendo relacionadas, permanece com as suas especificidades. No que diz respeito à contextualização temos, segundo os PCNs, que esta representa: “... a existência de um referencial que permita aos alunos identificar e se identificar com as questões propostas. Essa postura não significa permanecer no nível de conhecimento que é dado pelo contexto mais imediato, nem muito menos para o senso comum, mas visa gerar a capacidade de compreender e intervir na realidade, numa perspectiva autônoma e desalienante.” Com isso percebe-se que contextualizar é trazer para a sala de aula aplicações práticas dos tópicos trabalhados para o dia-a-dia do aluno, fazendo com que ele perceba que os conhecimentos gerados dentro de uma sala de aula têm aplicação prática na sua vida. Fazendo com isso que os alunos sintam que o saber não é apenas acumulo de conhecimentos, mas representa uma ferramenta para enfrentar um mundo de significações. 3.6.3 Habilidades e competências em física propostas pelos PCNs A partir dos PCN o ensino da física tem uma nova proposta para a estruturação dos seus conteúdos que é a sua estruturação apoiadas no conjunto de habilidades e competências a serem desenvolvidas no ensino médio. Com isso, percebe-se que o importante não é pensar em o que ensinar da disciplina de física, mas para que ensinar física. Deve-se perceber que o conhecimento da física desenvolvido pela humanidade não pode estar todo presente no ensino médio (PCNM, 2002 p. 61). Mas que temas devem ser selecionados no ensino médio? Que critérios utilizar na seleção destes conteúdos? Segundo os PCNM (2002), a seleção destes conteúdos tem sido feita de forma compartimentalizada em conceitos centrais da física, tornando-a assim uma reprodução dos índices dos livros didáticos, sem levar em consideração o sentido mais amplo da formação do estudante. Não se trata de mostrar ao estudante a física para que ele seja informado da sua existência, mas para que ele possa se apropriar do conhecimento adquirido com a física e usá-lo como uma ferramenta a mais em suas formas de pensar e agir (PCN+, 2002). Sendo assim, pensando não em o que ensinar de física, mas para que ensinar; estaremos formando o jovem capaz de lidar com situações reais como crises de energia, problemas ambientais, manuais de aparelhos, concepções de universo, exames médicos, notícias de jornal, e assim por
  • 53. 52 diante. Desta forma, percebe-se que o conhecimento a ser apreendido em Física “não se reduz apenas a uma dimensão pragmática, de um saber fazer imediato, mas que deve ser concebido dentro de uma concepção humanista abrangente, tão abrangente quanto o perfil do cidadão que se quer ajudar a construir” (PCNM, 2002,p.61). Pelo que foi dito no parágrafo anterior percebe-se que o problema principal para que se forme este cidadão é identificar quais competências devem ser desenvolvidas. Dentro desta perspectiva, cabe ao professor, segundo os PCNM, identificar: ... dentro das condições específicas nas quais desenvolve seu trabalho, em função do perfil de sua escola e do projeto pedagógico em andamento, selecionar, priorizar, redefinir e organizar os objetivos em torno dos quais faz mais sentido trabalhar. É muito provável que uma escola da periferia de uma cidade grande tenha estabelecido prioridades formativas diferentes daquelas de uma escola central de uma cidade de pequeno porte. (PCNM, 2002). Com isso percebe-se que cabe a cada instituição ensino definir suas metas com o intuito de buscar desenvolver nos seus alunos as competências desejadas para a compreensão da física. Para permitir um trabalho integrado entre as áreas do conhecimento9 e facilitar a interdisciplinaride, as competências propostas nos PCN (1999) e nos PCNM (2002) são repassadas de forma a explicitar os vínculos entre estas áreas. Segundo estes documentos as competências gerais a serem desenvolvidas são: representação e comunicação, investigação e compreensão e contextualização sócio-cultural. Vale lembrar que estas competências (Anexo I) são sugestões, e não têm a pretensão de serem as únicas. Estas competências têm como proposta nortear os trabalhos da área e não têm a pretensão de tolher os trabalhos dos professores. Como já foi citado anteriormente elas aparecem como uma sugestão. No capítulo seguinte apresenta-se o conteúdo de circuitos, mas especificamente os que tratam de associação de resistores elétricos, além de estratégias pedagógicas de aprendizagem. 9 Ciências da natureza matemática e suas tecnologias; linguagens e códigos e ciências humanas.
  • 54. 53 4. Desenvolvimento 4.1 Apresentação do conteúdo de circuitos elétricos e estratégias pedagógicas de aprendizagem Neste tópico trata-se da criação de situações de aprendizagem, especificamente enfocando-se a temática circuitos de resistores elétricos. Figura 4.1 - Mapa Conceitual que representa a estrutura deste capítulo.
  • 55. 54 Para a apresentação do conteúdo em sessões didáticas, foram utilizados, como base teórica, os seguintes livros de ensino médio: JÚNIOR, et al, 2003; GASPAR, 2000; ÁLVARES e LUZ, 2006. É comum, em nível de ensino médio, tratar o conteúdo de resistores considerando-os como resistores ôhmicos10. Para se construir uma visão preliminar do corpo de conteúdo, numa primeira abordagem em sala, apresenta-se um mapa conceitual, para a partir desta estratégia pedagógica se promover o processo de ensino e aprendizagem. Sem perda de generalidade, apresenta-se a seguir o mapa conceitual associado ao objeto da discussão. Figura 4.2 - Mapa Conceitual caracterizando circuitos elétricos, detalhando algumas situações de aprendizagem relacionadas ao estudo de resistores elétricos, enfocando aspectos fenomenológicos e efeitos que ocorrem na vida cotidiana. 10 São resistores que, mesmo se variando a corrente elétrica que passa pelo mesmo, permanecem com o valor da sua resistência invariável.
  • 56. 55 Analisando o mapa conceitual da figura 4.2 observam-se os principais conceitos tratados no estudo de circuitos elétricos simples, representados nas caixas do mapa conceitual. Conceitos estes que são organizados hierarquicamente no mapa partindo-se de conceitos mais gerais para conceitos mais específicos. Num impacto inicial, o aluno se depara com toda uma estrutura de conceitos que deverão ser progressivamente trabalhados nas sessões didáticas. Ilustrando a importância do mapa conceitual no processo de construção do conhecimento, vejamos a seguinte situação de aprendizagem: se o aprendiz for convidado a navegar num trecho definido partindo-se da caixa do conceito resistores na direção da caixa de conceito efeito joule, o mesmo analisa a seguinte situação: resistores transformam energia elétrica em energia térmica por efeito Joule. Neste caso, a navegação se processa entre 4 caixas de conceitos do mapa conceitual, ligadas por 3 frases de ligação. Do ponto de vista da construção de aprendizagem, segundo Ausubel, o aprendiz precisa já ter atingido o estágio de domínio conceitual da primeira caixa de ligação, no caso, resistores. A frase de ligação criará uma situação de organizador prévio para que o conceito da caixa subseqüente sofra um processo de ancoragem, facilitando assim o processo de aprendizagem. E assim por diante. Tal ciclo de navegação, quando completado, criará na estrutura do aprendiz um subsunçor mais abrangente e inclusivo, relacionando o resistor ao efeito Joule. Claro que ações de mediação pedagógica do professor ou uma dinâmica de aprendizagem que promova o processo de aprendizagem colaborativa entre um grupo de aprendizes tende a induzir um efeito de participação mais ativa dos alunos, promovendo assim, um trabalho cooperativo de equipe mais participativo e dando margem a discussão e criatividade dos alunos. Partindo-se da análise anterior, o aluno pode navegar no mapa de forma personalizada, escolhendo trechos com percursos de navegação maiores ou menores, permitindo assim identificar eventuais deficiências na internalização de novos conceitos em sua estrutura cognitiva. Procedendo assim, a aprendizagem tende a ser tornar mais significativa, isto é, com uma tendência do aprendiz conseguir eleger os subsunçores mais significativos que permitirão a construção dos conhecimentos necessários sobre circuitos elétricos. O mapa conceitual apresentado, nos seus níveis hierárquicos mais gerais, mostra que há diferentes formas de constituição de circuitos além do tipo circuito de resistores elétricos, podendo incorporar capacitores e leds, mas esta situação de aprendizagem não
  • 57. 56 representa o objeto da presente pesquisa, que objetiva conceber atividades de aprendizagem apenas para circuitos de resistores elétricos. No subparágrafo a seguir apresenta-se a fundamentação da teoria necessária à aprendizagem de conceitos de eletricidade, para alunos do ensino médio, o que caracteriza, do ponto de vista do processo de aprendizagem, que se tratarão de situações específicas, envolvendo a construção de estágios de conceituação fenomenológica e formulação matemática decorrente e associada à fenomenologia. 4.1.1 Resistores Inicialmente define-se resistor elétrico como “um elemento de um circuito que tem como função exclusiva efetuar a conversão de energia elétrica em térmica” (JÚNIOR et al, 2003, p.108). Além desta função, percebe-se que um resistor no circuito também pode funcionar como um limitador de corrente, além de ser usado também para gerar uma queda de tensão em determinado trecho de um circuito elétrico. Observe que na figura 4.3 representa um resistor elétrico de resistência R, mantida constante, submetido a uma diferença de potencial V fixa e percorrido por uma corrente i Figura 4.3 - Circuito elétrico, composto por uma resistência, R, e uma fonte de tensão representada por V, onde circula uma corrente elétrica, i. Variando-se agora a tensão da fonte, decorre uma variação na corrente elétrica. É verificado experimentalmente que esta variação de corrente é proporcional a variação da voltagem da fonte, sendo que a razão entre as duas é a resistência. A partir daí obtém-se a lei de Ohm: V = Ri (Equação 4.1) O resistor que obedece a equação 4.1, classifica-se como resistor ôhmico. Uma outra forma de identificar se o resistor é ôhmico ou não é partir da análise do
  • 58. 57 gráfico da diferença de potencial em função da corrente. Como se percebe na figura 4.3, se o resistor é ôhmico o gráfico da diferença de potencial em função da corrente é uma reta. Se o resistor é não-ôhmico o gráfico da diferença de potencial em função da corrente é não linear (Figura 4.4). Figura 4.4 - Curva característica de Figura 4.5 - Curva característica um resistor elétrico ôhmico. de um resistor elétrico não- ôhmico. A seguir, apresenta-se como estes resistores podem ser associados em circuitos e quais as características de cada tipo de associação. 4.1.2 Associação de resistores elétricos em circuitos A associação de resistores em circuitos é utilizada quando se pretende trabalhar com valores de resistências que não são encontradas nos resistores comerciais ou quando se pretende alterar a corrente que percorre um determinado trecho do circuito. Na vida real, inúmeras aplicações podem ser exemplificadas durante a ocorrência de sessões didáticas, promovendo-se uma discussão junto aos alunos, como elemento motivador para que os mesmos desenvolvam o interesse pelo assunto. Dentre algumas aplicações, podem ser citadas: as instalações elétricas prediais e residenciais, as placas de circuitos presentes nos diversos a parelhos elétricos e eletrônicos, dentre outras. Retornando à discussão fenomenológica, a associação de resistores é muito comum em vários sistemas, principalmente quando se deseja produzir uma resistência à passagem da corrente elétrica em determinado trecho do circuito e numa situação onde somente um resistor não é suficiente. Quando se utiliza de uma associação de resistores, sempre é possível representar a resistência global do
  • 59. 58 circuito pelo denominado Resistor Equivalente. Este representa a resistência equivalente ao conjunto de resistores instalados no circuito. No que diz respeito ao tipo de associação que se pode desenvolver com resistores, é possível diferenciá- las em dois tipos: a associação denominada em série e a em paralelo, o que é analisado no subitem a seguir. 4.1.3 Associação de resistores elétricos em série Define-se que os resistores de um circuito estão associados em série quando são associados no circuito um seguido do outro, conforme mostra a figura 4.6. Em uma associação em série, a resistência equivalente sempre será maior que a resistência do maior resistor do conjunto de resistores do circuito11. Isto acontece por conta da corrente que passa por todos eles ser a mesma, como pode ser observado na figura 4.6. i = i1 = i 2 = i 3 = i 4 (Equação 4.2) Entende-se i1 como sendo a corrente que passa pelo resistor R1, i2 a corrente que passa pelo resistor R2, i3 pela corrente que passa pelo resistor R3 e i4 pela corrente que passa pelo resistor R4. Figura 4.6 - Esquema representativo de uma associação de resistores em série. De acordo com o que foi dito no tópico 4.1.1, sabe-se que cada um dos resistores irá ocasionar uma queda de tensão na medida em que a corrente vai passando pelos mesmos. Desta forma, pode-se descrever a tensão fornecida pela fonte ao circuito em função da queda de tensão ocasionada em cada um dos 11 Isto é o que mostraremos a partir das equações 4.1, 4.2 e4.3.
  • 60. 59 resistores componentes dos trechos do circuito, matematicamente representado da seguinte forma: V = V1 + V2 + V3 + V4 (Equação 4.3) Agora o objetivo se constitui em encontrar como será representada a resistência equivalente de um circuito em série. Se substituirmos a equação 4.1 na eq. 4.3, resulta: Req . i = R 1 . i 1 + R 2 . i 2 + R 3 . i 3 + R 4 . i 4 (Equação 4.4) A partir daí, como a corrente que passa por todos os pontos da associação é a mesma (Equação 4.2), induz-se que para calcular a resistência equivalente de uma associação em série (Figura 4.7), sem perda de generalidade, se deve somar os valores das resistências de cada um dos resistores da associação. Req = R 1 + R 2 + R 3 + R 4 (Equação 4.5) Finalmente, a figura 4.7 é construída para se visualizar graficamente a forma do circuito contendo a resistência equivalente. Figura 4.7 - Representa uma simplificação do circuito da figura 4.5 No subitem seguinte será apresentada a discussão do circuito de resistências elétricas em paralelo. 4.1.4 Associação em paralelo A associação de resistores elétricos em paralelo é utilizada quando se deseja reduzir a resistência global12 de um circuito ou distribuir a corrente fornecida pela fonte. Para a associação em paralelo, se deve associar os resistores conforme indicado na figura 4.8. 12 Resistência equivalente
  • 61. 60 Figura 4.8 - Esquema representativo de uma associação de resistores elétricos em paralelo. Observa-se na figura 4.8 que a diferença de potencial fornecida pela fonte é a mesma para todos os resistores da associação em paralelo do circuito em análise, isto considerando os fios e a fonte ideais, isto é, não apresentam resistência à passagem da corrente. A partir disto, pode-se escrever: V = V1 = V2 = V3 = V4 (Equação 4.6) Entende-se V1, V2, V3 eV4 como as diferenças de potencial a que estão respectivamente submetidos, os resistores R1, R2, R3 e R4. A partir da figura 4.8, percebe-se uma divisão da corrente global do circuito em i1, i2, i3 e i4. Desta forma, pode-se representar a corrente global que percorre o circuito coma soma das correntes que passam por cada um dos resistores. i = i1 + i 2 + i 3 + i 4 (Equação 4.7) Agora o objetivo se constitui em encontrar como será representada a resistência equivalente de um circuito em paralelo. Para isto, Manipula-se a equação 4.1 e substitui na equação 4.7, obtendo: V V V V V = 1 + 2 + 3 + 4 (Equação 4.8) Req R1 R2 R3 R4 A partir daí, como foi discutido anteriormente que diferença de potencial é a mesma para todos os resistores da associação em paralelo do circuito em análise,
  • 62. 61 equação 4.6, pode-se mostrar, sem perda de generalidade, que o inverso da resistência elétrica do resistor equivalente é igual a soma dos inversos das resistências elétricas dos resistores associados. 1 1 1 1 1 = + + + (Equação 4.9) Req R1 R2 R3 R4 Na figura 4.9 a seguir é apresentado um modelo de mapa conceitual que aborda associação de resistores elétricos. Tanto o mapa conceitual da figura 4.1 quanto este, foram desenvolvidos usando como ferramenta o CMap Tools 13. Figura 4.9 - Mapa Conceitual caracterizando associação de resistores elétricos em série e paralelo, detalhando algumas situações de aprendizagem relacionadas ao estudo citado, considerando-se o valor do potencial elétrico da fonte constante e supondo que os fios do circuito condutores ideais. Os mesmos princípios de construção do conhecimento comentados no subitem 4.1, quando se trabalham trechos do mapa conceitual da figura 4.9, através da ligação entre conceitos contidos nas caixas do mapa e frases de ligação, são agora automaticamente extensíveis para o aprendiz trabalhar os conteúdos de aprendizagem relacionados a circuitos elétricos. 13 O Cmap Tools está disponível para download, grátis, no seguinte endereço: http://www6.ufrgs.br/leadcap/pagina/cmap/
  • 63. 62 O software CMap Tools é uma poderosa ferramenta pedagógica, baseada na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel e mapas conceituais de NOVAK. Foi desenvolvido pelo Institute for Human Machine Cognition da University of West Florida14, sob a supervisão do Dr. Alberto J. Cañas. É um software para autoria de mapas conceituais, que permite ao usuário construir, navegar e compartilhar modelos de conhecimento representados com mapas conceituais. Esta ferramenta é independente de plataforma e permite aos usuários construir e colaborarem de qualquer lugar na rede, internet e intranet, durante a elaboração dos mapas conceituais com outros usuários. Ele foi desenvolvido utilizando Java, permitindo com isso ser executado em várias plataformas. O mesmo utiliza o Cmap Server que é utilizado para armazenar mapas e seus recursos permitindo que o usuário compartilhe os mapas conceituais através da internet para trabalhar de forma colaborativa com outros usuários. Uma das características importantes no uso do CMap Tools, é a possibilidade de exportar os mapas em formato XML/XTM. Esta operação permitirá que uma outra ferramenta utilize os mapas para ajudar a construir o seu mapa de navegação, ou a inserção de outros tipos de mídia, enriquecendo assim a possibilidade de criação de novas situações de aprendizagem, mediação pedagógica e inclusão digital. No capítulo seguinte apresenta-se a metodologia utilizada para a efetivação da pesquisa. Este trata da descrição das etapas da pesquisa que consta da aplicação de um questionário para posterior realização de uma atividade experimental e finalizando com uma proposta de desenvolvimento de um ambiente virtual de aprendizagem. 14 http://www.ihmc.us
  • 64. 63 5. Metodologia Para a realização desta investigação, utiliza-se a pesquisa-participante numa abordagem qualitativa. A preferência pela pesquisa-participante incidiu a posteriori por ter-se efetivado algumas leituras sobre o campo das pesquisas educacionais e por avaliar que a pesquisa necessitava de interferências e ações, em que se pudesse organizar um plano de ação que objetivasse ao entendimento e à visão dos indivíduos envolvidos na pesquisa. Corrobora-se com Brandão (2001) quando diz que a pesquisa-participante é uma arte de pesquisa na qual os sujeitos participam no diagnóstico de sua própria realidade, com vistas a requerer uma mudança igualitária em melhoramento dos sujeitos envolvidos na pesquisa. Desse modo, é uma pesquisa orientada para a ação. Em certo grau, a pesquisa-participante é vista como uma abordagem que pode definir conflitos contínuos entre o processo de origem do conhecimento e a aplicabilidade deste conhecimento, em meio ao mundo "acadêmico" e o "imaginário", entre a “ciência” e a “vida”. Com base nesse propósito, busca-se a utilização da pesquisa qualitativa na abordagem da pesquisa-participante, com base teórico-metodológica na teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel. Desse modo, a pesquisa qualitativa contribuiu nesta investigação no sentido da não quantificação dos dados, mas também considerá-los em suas análises qualitativas. A relevância desse modelo de pesquisa se dá pela valorização do pesquisador, levando-o para o contato direto com o contexto em onde ocorreu a investigação e, cujos dados foram colhidos espontaneamente no ambiente onde ocorreu a investigação. Ainda, esta investigação, com base na pesquisa qualitativa, admitiu também a forma de estudo de caso, que ao mesmo tempo forneceu com eficiência a este experimento, no sentido de trabalhar com a observação, a entrevista e a análise documental. Para Hartley (1994) o estudo de caso consiste em uma investigação detalhada, com vistas a prover uma análise do contexto e dos processos envolvidos no acontecimento em estudo. O fenômeno não está disjunto de seu contexto, pois o interesse é a relação entre o fenômeno e o contexto. A abordagem de estudo de caso não é um método propriamente dito, mas uma estratégia de pesquisa.
  • 65. 64 Ainda, para Bell (1989) justificando o uso do estudo de caso, podemos dizer que a grande vantagem desse modo de pesquisa é permitir ao pesquisador concentrar-se em um aspecto ou situação específica e identificar, ou tentar identificar, os diversos processos que interagem no contexto estudado. O uso dos questionários e outros métodos estruturados conseguem respostas aos aspectos especificamente questionados, os estudos de caso ajudam, ou seja, são mais receptivos as informações não previstas pelo pesquisador, por isso, esse método escolhido para subsidiar esse processo investigativo. A postura que se adota é de participante no processo investigativo, informando ao grupo os propósitos da pesquisa naquele ambiente, e colocando-os como sujeitos ativos, tendo por finalidade elucidar e indicar uma prática investigativa que conservasse e adotasse a estrutura cultural da situação em foco, a não – distinção situacional de pesquisador e sujeitos, o rigor científico, o formalismo acadêmico e o critério qualitativo, permitindo o registro e o diagnóstico de todos os métodos possíveis. Incorporado à pesquisa qualitativa, dando apoio à organização, registro e coleta dos dados, utiliza-se à pesquisa participante (DEMO, 1982), escolhida por suas características definidas, sua autenticidade e compromisso, pela restituição metódica da informação produzida e pela moderação metodológica. A informação produzida pela pesquisa participante não se prende a esquemas intelectivos a priori, tem identidade, não permitindo assim copiar teses e imitar autores, sem levar em conta a realidade e o contexto cultural da pesquisa. 5.1 Procedimentos metodológicos Reenfatizando o que foi descrito no capítulo 2, subitem 2.1, a pesquisa foi desenvolvida na escola de ensino médio, denomina Liceu do Conjunto Ceará (L.C.C.), localizada no bairro Conjunto Ceará, em Fortaleza, contando com cerca de 1.700 alunos matriculados e distribuídos nos três turnos.
  • 66. 65 Figura 5.1 - Mapa conceitual que descreve as etapas da pesquisa, estabelecendo a ligação entre elas. Para se conceber uma primeira tomada de posição em relação ao conhecimento dos alunos, concebeu-se, após as seções didáticas, a aplicação de um questionário, ver Anexo II, que foi aplicado num conjunto de seis alunos, monitores do laboratório de física, todos do segundo ano do ensino médio e matriculados na escola, sendo que apenas quatro preencheram os questionários, os demais faltaram. Tal atividade foi concebida para inicialmente se diagnosticar o nível de conhecimento dos alunos, na temática eletricidade, destacando-se conceitos relevantes relacionados ao tema, para posterior concepção de uma atividade no laboratório de práticas experimentais e enfocando o estudo de circuitos elétricos. Destaca-se ainda que nenhum dos alunos cursar a disciplina que tivesse lhes apresentado estes conteúdos.
  • 67. 66 Para prover uma formação inicial nos alunos antes da aplicação do questionário, foram programadas e ministradas 6 horas-aula teóricas e 2 horas-aula práticas (2h), versando sobre conteúdos de eletricidade com enfoque principal na concepção física de circuitos de resistores elétricos. Os conteúdos foram estruturados e trabalhados em sala de aula, espelhando-se na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, buscando construir uma aprendizagem significativa, a partir de conhecimentos prévios (subsunçores) que os alunos eventualmente possuíssem sobre a teoria de eletricidade, porém focada na concepção teórica de circuitos de resistores elétricos. A partir daí, trabalhando a construção de conceitos mais abrangentes, conforme a proposta ilustrada na discussão das figuras 4.1 e 4.7, onde se exemplificou a construção de conhecimentos físicos, partindo-se de conceitos (caixas dos mapas conceituais) e utilizando-se frases de ligação (organizador prévio), para ancorar um novo conhecimento (caixa de conceito do mapa conceitual), levando ao aprendiz internalizar uma nova proposição (MOREIRA, 1983). A metodologia concebida para a realização da prática pelos alunos é descrita a seguir. Inicialmente o professor leva os alunos ao laboratório, onde é realizada uma atividade pedagógica de avaliação de conhecimentos prévios (subsunçores) de conteúdos de eletricidade, denominado teste pré-laboratório, conforme o quadro 5.1. Quadro 5.1 Atividade de avaliação preliminar para avaliar os subsunçores dos alunos relativos a conteúdos necessários à aprendizagem de associação de resistores elétricos. PRÉ-LABORATÓRIO Responda às perguntas: 01. Cite alguns tipos de materiais resistivos. 02. Como você pode encontrar a resistência equivalente e uma associação de: a) três resistores em série, todos de resistências diferentes? b) três resistores em paralelo, todos de resistências diferentes? c) n resistores em paralelo, todos de resistências diferentes? Concluída esta atividade, há uma breve discussão com os alunos sobre a resolução das questões, para tanto, inicialmente se convidam os mesmos para
  • 68. 67 comentar verbalmente suas soluções e interagir entre si, momento em que são sanadas eventuais dúvidas. Numa etapa seguinte, se procede aos estágios relacionados à execução da prática. Para tanto, os alunos lêem e discutem com o professor a seqüência de etapas caracterizadas nos quadros 5.2, 5.3, 5.4 e tabela 5.1, momento em que são sanadas eventuais dúvidas. O quadro 5.2 caracteriza quais os objetivos a serem atingidos pelos alunos ao final da atividade experimental. Neste estágio, estabelece-se um processo de diálogo no laboratório, para conscientizar os alunos do que e como deva ser procedido na realização do experimento para se alcançarem os objetivos traçados. É neste estágio que os alunos tomam conhecimento do material utilizado e instrumentos de medição utilizados, ver quadro 5.3. No Anexo III são apresentadas fotos da fonte de tensão variável, observar na figura A.III.1, multímetro digital, figura A.III.2 e finalmente placa de acrílico, utilizada para a montagem de circuitos de resistores elétricos em série e paralelo, como ilustra a figura A.III.1. Quadro 5.2 Objetivos traçados para realização da atividade pedagógica de prática experimental de associação de resistores elétricos em série e paralelo OBJETIVO Familiarizar-se com um circuito elétrico; Conhecer as grandezas físicas: Resistência, tensão, e corrente elétrica; Trabalhar com instrumentos de medidas elétricas (voltímetro, amperímetro e ohmímetro); Comprovar através da prática os conhecimentos sobre circuito elétrico; Quadro 5.3 Material utilizado para realização da atividade pedagógica da prática experimental de associação de resistores elétricos em série e paralelo. MATERIAL UTILIZADO Painel acrílico para associação de resistores; Resistores; Multímetro; Fonte de tensão (0 V – 30 V CC); Fios e conexões; Cumprido a etapa acima, o professor cria uma situação de aprendizagem, procurando exemplificar para os alunos a ligação do experimento com exemplos do mundo cotidiano. Ilustrando e sem perda de generalidade, uma situação criada é
  • 69. 68 que o circuito faz parte de um equipamento circuito, e que deva ser monitorado para que a resistência equivalente seja tal que o circuito não aqueça muito. Examinando o circuito inicial, o aluno verá que ele possui apenas um resistor elétrico. O quadro 5.4 irá caracterizar algumas situações práticas, onde o aluno será induzido a uma tomada de decisão posterior de como minimizar o aquecimento do circuito, pois a tensão da fonte será gradativamente aumentada, o que ocasiona o aquecimento do resistor por efeito Joule, como comentado no capítulo 4, subitem 4.1. Após a fonte atingir um valor crítico de voltagem, o aluno será neste momento convidado a adicionar ao circuito elétrico em série ou paralelo, para minimizar o efeito de aquecimento. Portanto, a etapa seguinte da prática laboratorial consiste dos alunos executarem as medições recomendadas, conforme a metodologia definida no quadro 5.4. Novamente aqui se destaca que os alunos são convidados a discutirem e planejar entre si a realização desta tarefa. Quadro 5.4 Descrição das etapas de medição e aquisição de dados experimentais para realização da atividade pedagógica da prática experimental de associação de resistores elétricos em série e paralelo. ETAPAS DE MEDIÇÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS EXPERIMENTAIS Monte o circuito de acordo com esquema abaixo: A V R 0 V – 30 V Circuito 03 Com o auxílio do ohmímetro, encontre a resistência a ser usada e chame-a de R1. R1 vale: _______ Ω; Cuidado! Faça antes uma estimativa da corrente que passará no resistor R1; Ligue-o a uma fonte de tensão. Cuidado! Esta não pode ultrapassar 30 V; Após a montagem, comece a variar a tensão, obedecendo os valores da tabela 01, para um resistor R1; Anote os valores da corrente elétrica referente a cada valor da tensão na tabela 01. Após atingir o valor de 12 V, adicione uma nova resistência R2 de: _______ Ω, escolhida por você, mas que atenda ao critério de diminuir o aquecimento causado no circuito pelo aumento de corrente e continue o procedimento, medindo o valor da corrente e preenchendo a tabela.
  • 70. 69 Vencida a etapa anterior, em seguida os alunos são convidados a registrarem os dados experimentais obtidos das medições de corrente na tabela 5.1 Tabela 5.1 Resultados experimentais obtidos da variação da corrente, i (mA), em função da variação de tensão V(V), e arranjo de circuito elétrico adotado. Os valores da corrente são medidos pelo aluno e o arranjo de resistores é definido em função da prática. Tensão 0,0 4,0 8,0 12 16 20 24 28 (V) Corrente (mA) Concluídas as etapas da experimentação, os alunos devem em seguida realizarem uma atividade pedagógica denominada teste pós-laboratório, ver quadro 5.5, para se analisar o que efetivamente os alunos conseguiram internalizar em suas estruturas cognitivas. Quadro 5.5 Atividade pedagógica de avaliação posterior à realização da atividade, para avaliar os subsunçores dos alunos relativos aos novos conteúdos adquiridos durante o experimento de associação de resistores elétricos. PÓS-LABORATÓRIO 01. Qual a finalidade da resistência elétrica em um circuito elétrico? 02. A partir de 12 volts, a resistência foi alterada, sendo assim comente as afirmações: I - O professor poderia apenas trocar a resistência R1 por uma resistência maior. II - A resistência R2 poderia ser obtida pela associação de R1 com uma resistência menor. III - Quando você aumentar a resistência no circuito da prática o valor da corrente elétrica que o atravessa diminui. IV - A melhor maneira de obter uma resistência R2 maior que R1 é associar R1 em paralelo com qualquer outra resistência contida no painel acrílico. 03. Através dos valores da corrente elétrica obtidos na tabela 01 com tensões de até 12 volts, comprove através de cálculos e gráficos se o resistor trabalhado é ôhmico ou não. 04. Ainda com os dados da tabela 01, para tensões de 16 volts a 30 volts, o circuito apresenta a mesma característica resistiva do anterior? Justifique.
  • 71. 70 Cumprido os procedimentos metodológicos acima, parte-se então para se conceber uma segunda estratégia pedagógica, em função da análise dos resultados, obtidos a partir da aplicação dos questionários e posterior análise dos impactos de aprendizagem decorridos da prática experimental. Tal estratégia consiste na concepção e desenvolvimento de um AVA, visando s e promover uma aprendizagem significativa, enfocando o estudo de associações de circuitos de resistores elétricos em série e em paralelo, para que os alunos possam ter uma visualização de diversos efeitos relacionados ao comportamento físico de circuitos elétricos, quando se trabalha com diferentes arranjos de resistores e se varia o valor do potencial da fonte. Uma estratégia pedagógica é que o AVA sirva para ajudar a superar a carência de subsunçores necessários para estabelecer a ligação entre os conceitos físicos (resistência, tensão, corrente), instrumentos de medição (voltímetro, amperímetro) e a apropriação significativa de novos conhecimentos relacionados a associação de resistores elétricos em série e paralelo. Pedagogicamente equivale a se trabalhar o estabelecimento de organizadores prévios. Assim, esta proposta para concepção e construção do AVA foi trabalhada na plataforma Mathematica, utilizando-se poderosos recursos computacionais de programação simbólica. Tal tecnologia digital viabiliza criar diversas estratégias pedagógicas de ensino e aprendizagem e estabelecerem novas situações de aprendizagem significativa. Assim, utilizando-se a simulação e visualização de diferentes situações do comportamento da resposta do circuito elétrico, o aluno e professor podem contar com o uso de recursos multimídia para exercerem a criatividade e trabalho cooperativo. Explanadas as duas propostas de atividades de aprendizagem, isto é, ação da prática experimental e construção do AVA, para se trabalhar os principais obstáculos de aprendizagem pontuados pelos alunos no questionário aplicado. Descreve-se no capítulo a seguir a análise dos resultados obtidos na pesquisa realizada junto ao grupo de alunos citados.
  • 72. 71 6. Resultados e discussão O questionário (Anexo II) foi aplicado para perceber quais foram as dificuldades encontradas pelos monitores do laboratório de física da escola de ensino médio Liceu do Conjunto Ceará. Como mencionado anteriormente, apenas 4 alunos preencheram o questionário, para diagnosticar o nível de conhecimento dos alunos e fornecer subsídios para justificar o desenvolvimento de um AVA enfocando o estudo de associações de circuitos de resistores elétricos em série e em paralelo, para que os alunos possam ter uma visualização de diversos efeitos relacionados ao comportamento físico de circuitos quando se trabalha com diferentes arranjos de resistores. As respostas à primeira questão estão apresentadas na tabela 6.1, mostrada a seguir: Questão 1: Preencha a tabela a seguir, que relaciona quais conceitos você conhecia e qual era este grau de conhecimento com cada um deles. Tabela 6.1 Levantamento do nível de conhecimento em um universo de quatro alunos, da segunda série do ensino médio, expresso em percentagem, destacando conceitos relevantes relacionados ao tema eletricidade, para concepção de uma atividade laboratorial, enfocando o estudo de circuitos elétricos. Dominava Dominava Ouviu falar, mas Nunca ouviu perfeitamente. razoavelmente. não dominava. falar. Voltagem (ddp) 75% 25% Corrente elétrica 50% 50% Resistência 75% 25% Resistor 75% 25% Circuito 25% 75% Condutores 25% 75% Isolantes 25% 50% 25% Multímetro 25% 50% 25% Amperímetro 50% 50% Voltímetro 75% 25% Associação de 25% 75% resistores em paralelo Associação de 25% 75% resistores em série Corrente contínua 25% 50% 25% Corrente 25% 50% 25% alternada Curto-circuito 50% 50%
  • 73. 72 Efeito Fisiológico 25% 75% (choque) Efeito Joule 25% 75% Pelo que foi respondido pelos alunos na tabela 6.1, percebe-se que os conceitos subsunçores para o estudo de circuitos de resistência elétricos simples não eram do conhecimento da maioria dos alunos, onde 75% da amostra populacional revelou nunca ter ouvido falar nos assuntos “associação de resistores elétricos em série e paralelo”. Nenhum dos alunos “não dominava perfeita ou razoavelmente o assunto”. E ainda 25% da amostragem populacional declarou que “ouviu falar, mas não dominava a temática”. Em contrapartida, observando-se os valores percentuais dos níveis de respostas dos alunos ao grau de conhecimento de conceitos subsunçores necessários ao estudo de associação de circuitos, como as temáticas: voltagem, corrente elétrica, condutores, isolantes, entre outros, tais valores são de domínio bem mais familiar aos alunos que seus níveis de conhecimento de associação de resistores elétricos. Também observa-se na tabela que os alunos apresentam um nível mais crítico de conhecimento de conceitos associados à instrumentos de medição de grandezas, como voltímetro e amperímetro. Uma das estratégias necessárias a ser trabalhada junto aos alunos é a realização de práticas laboratoriais incentivando os alunos utilizarem os instrumentos de medição, criando-se situações de aprendizagem onde els associem a teoria aos resultados práticos. Outra estratégia se constitui em criar subsunçores prévios à realização dos experimentos, como a promoção de sessões didáticas, para se trabalhar os conceitos de resistência, circuitos, condutores e assim por diante, para posteriormente se promover o estudo de circuitos de resistores elétricos de maneira mais significativa. A seguir teremos a transcrição da fala dos alunos e a tabulação das respostas para o segundo item da avaliação aplicada, seguidos da respectiva análise e discussão dos resultados . Questão 2: No processo de resolução do problema proposto, pelo professor em classe, ver anexo V, você provavelmente deve ter encontrado dificuldade. Cite-a(s) se for o caso.
  • 74. 73 ( 75%) Interpretação do enunciado ( ) Vocabulário ( ) Fórmulas matemáticas ( 50%) Entendimento do fenômeno físico15 ( ) Outros _______________ Comentários dos alunos: “Em saber das associações, se são paralelas ou série. Além disso, nada mais. Há! A questão das unidades de medida”. (A1) “Quando se entende o fenômeno físico fica mais fácil de se aplicar as fórmulas e quem sabe até encontrar outra forma de se resolver o problema”. (A2) “Sim na interpretação do enunciado e no entendimento do fenômeno só preciso dar mais uma estudada”. (A3) “Porque não dominei bem o assunto ai na interpretação do enunciado tive dificuldade”. (A4) Examinando-se os resultados da questão 2, observa-se que 75% da amostra populacional de alunos mostrou ter dificuldades na interpretação do enunciado. Isto mostra, em função dos comentários dos alunos que fica bem claro que os mesmos apresentam obstáculos de aprendizagem causados pela ausência de subsunçores relativos ao domínio de conceitos básicos sobre eletricidade, observe- se a narrativa: “Porque não dominei bem o assunto ai na interpretação do enunciado tive dificuldade”. (A4). “Em saber das associações, se são paralelas ou série. Além disso, nada mais. Há! A questão das unidades de medida”. (A1) Observa-se ainda da questão 2, que 50% dos alunos mostraram dificuldades “no entendimento do fenômeno físico”, observe-se a narrativa: “Quando se entende o fenômeno físico fica mais fácil de se aplicar as fórmulas e quem sabe até encontrar outra forma de se resolver o problema”. (A2) Isto reforça a necessidade do professor trabalhar melhor uma metodologia de ensino valorizando a fundamentação teórica dos conceitos de física. Questão 3: A forma como foi trabalhada esta prática de circuitos elétricos (metodologia), tornou sua aprendizagem: ( )Fácil (25%)Difícil ( )Indiferente (75%)Empolgante Comentários dos alunos: “É importante ter um laboratório para aprender na prática a parte teórica”. (A1) 15 Este percentual foi representado como 50%, porque um dos alunos apresentou dificuldade tanto na interpretação do fenômeno como no entendimento do enunciado
  • 75. 74 “Uma coisa é a teoria e outra é a prática, quando vemos a prática nós nos empolgamos, pois estamos presenciando o fenômeno que estudamos”. (A2) “Entendi um pouco”. (A3) “Pois a maioria das coisas nunca tinha ouvido falar e achei empolgante. Sim que na prática é melhor de se entender”. (A4) Observando-se as narrativas dos alunos, nota-se claramente que a metodologia de ensino e o processo de mediação pedagógica adotados na condução das etapas da prática deixaram 75% da amostra populacional dos alunos empolgados. Tal ação despertou nos mesmos uma visão de relacionar a prática com a teoria, o que constitui um passo importante para permitir ao professor direcionar suas estratégias pedagógicas de forma a explorar melhor as relações de construção do conhecimento envolvendo teoria e prática: “Uma coisa é a teoria e outra é a prática, quando vemos a prática nós nos empolgamos, pois estamos presenciando o fenômeno que estudamos”. (A2) Questão 4: No momento da resolução do problema foi proposto que você procurasse resolver o mesmo usando a maneira tradicional (fórmulas básicas) e através de uma maneira alternativa. Por qual delas foi mais fácil chegar à solução do problema? Justifique. Comentários dos alunos: “Por fórmulas básicas, pois já estávamos acostumados a pegar as fórmulas e somente aplicar”. (A1) “Foi a maneira alternativa, mais para chegar a essa conclusão foi primeiro necessário o conhecimento, mesmo que básico, do fenômeno e das fórmulas”. (A2) “Usando as fórmulas da maneira tradicional deu para entender um pouco”. (A3) “Através da maneira alternativa, pois foi mais prático chegarmos ao resultado sem fazer muitos cálculos”. (A4) Observando-se as narrativas dos alunos, não há um critério dominante junto aos mesmos para afirmarem qual a forma mais fácil de resolver o problema, pois 50% consideram mais fácil a maneira tradicional. A narrativa do aluno A1 mostra uma certa tendência mecanicista de utilizar fórmulas em busca de um resultado numérico, sem partir de uma análise prévia dos aspectos fenomenológicos, o que pode ser eventualmente um vício adquirido em função da metodologia de ensino utilizada pelo professor em não trabalhar melhor os aspectos da fundamentação teórica: “Por fórmulas básicas, pois já estávamos acostumados a pegar as fórmulas e somente aplicar”. (A1) Porém, tal diagnóstico necessitaria ser inferido a partir de um conjunto amostral contendo um maior número de alunos, para se ter melhor precisão na
  • 76. 75 análise estatística. A afirmativa do aluno A2 corrobora as afirmações anteriores, embora este último aluno tenha optado pela solução alternativa como sendo a mais fácil: “Foi a maneira alternativa, mais para chegar a essa conclusão foi primeiro necessário o conhecimento, mesmo que básico, do fenômeno e das fórmulas”. (A2) Numa visão preliminar, uma primeira estratégia recomendada seria analisar que procedimentos metodológicos de ensino e mediação pedagógica estão sendo trabalhados pelos professores nas sessões didáticas em sala de aula e no laboratório de práticas experimentais. E também aferir o nível de conhecimentos de física que os professores possuem. A partir desta análise, verificar até que ponto tal realidade pode estar contribuindo para que os alunos mostrem as visões concebidas na resposta à questão 4. Questão 5: Comparando as duas propostas de resolução, em qual delas você acha que teve uma maior aprendizagem? Por quê? Comentários dos alunos: “Meu raciocínio foi fraco, não tive coragem de tentar, preguiça de raciocinar”. (A1) “Digo que quando aprendemos qualquer coisa na teoria ou seja através de fórmulas aprendemos mais apenas por cima mais quando vemos a prática temos curiosidade e procuramos aprofundar os conhecimentos”. (A2) “Usando a primeira, eu acho. Eu vi as questões sendo resolvidas pela primeira fórmula e ficou um pouco fácil”. (A3) “Na segunda pois nem sempre nos nós lembramos da fórmula, sem falar que chegamos a soluções mais rápido”. (A4) Analisando agora como os alunos reagiram ao se perguntar em qual das soluções houve aprendizagem, novamente o aluno 1 alega que seu “raciocínio foi fraco” e em seguida afirmou que “não tive coragem de tentar, preguiça de raciocinar”. As afirmações corroboram a análise feita em relação à questão 4, onde a deficiência de subsunçores no aluno nos aspectos conceituais o levam a um estado de não conseguir perceber que é necessário se ter inicialmente um domínio dos conceitos físicos, relativos ao estudo de eletricidade. Esta deficiência foi comentada durante a análise da questão 1 e também pôde ser percebida na narrativa do aluno 2, o qual sugere uma estratégia para sanar tal dificuldade: “Digo que quando aprendemos qualquer coisa na teoria ou seja através de fórmulas aprendemos mais apenas por cima mais quando vemos a prática temos curiosidade e procuramos aprofundar os conhecimentos”. (A2). Acima observamos que o aluno 2 estabelece que a prática realizada desperta no aluno a necessidade de estabelecer estratégias visando aprofundar os estudos
  • 77. 76 teóricos para um melhor entendimento dos efeitos observados durante a prática experimental. Mas de maneira genérica, na questão 5 nota-se que 75% dos alunos não se conscientizaram que é necessário aprofundar os estudos teóricos, portanto não se posicionaram de maneira mais crítica como o aluno 2. Novamente é necessário analisar junto ao corpo de professores o nível de formação em física e os processos metodológicos adotados. Questão 6: O tempo que foi utilizado na formação foi suficiente para o desenvolvimento de todas as atividades propostas? Justifique. Comentários dos alunos: “Sim o tempo não foi um vilão”. (A1) “Foi o tempo suficiente para que comprovássemos o que se foi estudado durante as aulas”. (A2) “Foi teve tempo de sobra, pois deu para compreender melhor a matéria. Ela é um pouco difícil”. (A3) “Sim, pois foram três dias para dar o conteúdo, era melhor se aumentar mais um pouco”. (A4) Esclarecendo-se, o que se denomina formação na questão 6, esta se reporta aos três dias de aulas teóricas (6h), além de um dia de prática (2h). Notas-se que 75% dos alunos acharam o tempo foi até mais que suficiente. Já o aluno 4 também concorda, mas apenas no tempo da formação teórica e solicita um pouco mais de tempo para a prática. “Sim, pois foram três dias para dar o conteúdo, era melhor se aumentar mais um pouco”. (A4) Assim, genericamente, considera-se que o tempo não foi um empecilho para prejudicar a prática. Questão 7: Que sugestões você daria para que pudéssemos melhorar as nossas práticas. Explique. Comentários dos alunos: “Como já havia falado que seja explicada a forma com a qual os cientistas chegaram a essa fórmula, explicando o valor físico e matemático”. (A1) “Que vejamos sempre exemplos práticos e diários”. (A2) “As práticas estão boas ta dando para compreender. Seria melhor realizá-las de novo”. (A3) “Nenhuma”. (A4)
  • 78. 77 Analisando genericamente o conjunto de respostas dos alunos à questão 7, nota-se que não há um consenso nas respostas. Embora seja relevante destacar que há um indicativo que o professor deva valorizar situações de aprendizagem, onde deva ser mostrado para o aluno como o experimento se relaciona a situações da vida real, conforme narrado pelos alunos A1 e A2, o que representa 50% da população amostral: “Como já havia falado que seja explicada a forma com a qual os cientistas chegaram a essa fórmula, explicando o valor físico e matemático”. (A1) “Que vejamos sempre exemplos práticos e diários”. (A2) O fato do aluno A4 não se manifestar (25% da população) mostra que o mesmo acumulou algumas deficiências em sua formação em experimentação científica. Em função da análise feita junto às respostas dos alunos, para se perceber as limitações de subsunçores relativas a conceitos de eletricidade considerados relevantes para se promover uma aprendizagem significativa de circuitos de resistores elétricos e para estimular junto aos mesmos um processo de aprendizagem baseada no construtivismo, parte-se em seguida para a concepção do projeto algorítmico e construção do AVA. Este, dotado de recursos interativos e para se promover no ambiente de sala de aula a possibilidade de construção de situações de aprendizagem, focadas para a construção de conhecimentos relacionados ao estudo de associação de resistores elétricos em série e paralelo, de forma mais significativa, valorizando-se o uso de gráficos, representativos de situações físicas diversas, assunto discutido no capítulo a seguir.
  • 79. 78 7. Protótipo do ambiente virtual de aprendizagem: motivação para uma aprendizagem significativa. O AVA foi desenvolvido utilizando-se a plataforma o Mathematica 5.016 e um microcomputador de 1.8 GHz e 1.0GB de memória RAM. O ambiente computacional concebido possui uma interface que permite se poder interagir com o mesmo a partir de notebooks17. A partir destes arquivos gerados pelo Mathematica, se pode navegar não-linearmente pelo ambiente, através de hiperlinks, que direciona a navegação para outros notebooks ou para uma página da web. Uma grande vantagem deste ambiente é que a partir dele se pode realizar manipulação numérica e simbólica, além de gerar gráficos e animações, recursos estes que facilitam a interpretação dos fenômenos físicos, tanto na abordagem teórica como nas práticas experimentais. A estrutura do ambiente, bem como seus recursos, são apresentados no tópico seguinte. Vale lembrar que o mesmo foi concebido para ser utilizado como uma ferramenta pedagógica de auxílio às atividades de ensino e aprendizagem no ensino médio, Além disso, o AVA pode ser lido a partir do MathReader, que se constitui numa plataforma que pode ser gratuita e facilmente baixada via internet18. Desta forma, entende-se que a utilização do AVA não apresentará nenhuma dificuldade pelo fato do Mathematica se tratar de um software comercial. Reenfatiza-se que a velocidade de transformação de recursos tecnológicos digitais causam uma defasagem entre a utilização de uma tecnologia digital de última geração e o desenvolvimento de metodologias associadas. Assim, quando uma metodologia leva algum tempo para ser adaptada à nova tecnologia, então surge no mercado uma nova versão da última. Com isto, se prevê que num futuro 16 O programa foi elaborado no laboratório OMNI. O qual possui uma licença. 17 São documentos interativos através dos quais os usuários podem se comunicar com o programa. Os notebooks apresentam vários menus com ferramentas gráficas que auxiliam na criação e execução dos mesmos. Além disso, ele é utilizado tanto para fazer cálculos analíticos e numéricos, editar textos, apresentar e publicar resultados. Podem ser facilmente estruturados segundo cadeias hierarquizadas de células e sub-células, facilitando ao usuário navegar personalizadamente em estruturas de informações, do tipo árvore. 18 Site que deve ser acessado para baixar o MathReader e instalado gratuitamente deste endereço: http://support.wolfram.com/mathreader/reference/download.html
  • 80. 79 breve os software gratuitos disponibilizarão para os educadores os recursos utilizados na presente pesquisa. Outro avanço recente é a versão do Mathematica 6.0, que permite a geração de documentos interativos, estilo applets Java, geando-se notebooks na extensão .npb, através da declaração manipulate. Sendo que para execução dos mesmos é necessário que o usuário baixe, gratuitamente a partir da web19, o Math Player para a sua execução. No subparágrafo a seguir apresenta-se a descrição do ambiente, destacando suas potencialidades pedagógicas e tecnológicas. 7.1 Descrição do AVA para estudo de circuitos de resistores elétricos No tocante á apresentação e disponibilidade dos conteúdos de física em discussão, o ambiente para se trabalhar a temática de circuitos elétricos foi concebido segundo as propostas da teoria de aprendizagem significativa de Ausubel (1968). Assim, os notebooks desenvolvidos foram organizados e estruturados em células, na forma de tópicos, de conceitos e frases mais gerais e inclusivos para conteúdos mais específicos. Reenfatizando, à medida que se navega personalizadamente no ambiente, estes conceitos vão sendo detalhados, chegando a conceitos mais específicos. O mesmo ainda possui mapas conceituais servem de orientação à navegação e promovem a aprendizagem significativa, permitindo-se uma rica visualização gráfica de novas situações de aprendizagem. Na figura 7.1 apresenta-se, numa primeira visão, a estrutura de como o AVA pode auxiliar para se vencer obstáculos de aprendizagem e se trabalhar a aprendizagem significativa de novos conceitos, a partir de subsunçores existentes. 19 No endereço pode-se conhecer mais sobre o Mathematica 6.0 <http://www.wolfram.com/products/player/>
  • 81. 80 Figura 7.1 - Mapa conceitual descrevendo numa primeira abordagem, os recursos pedagógicos do AVA.
  • 82. 81 Os notebooks desenvolvidos apresentam uma formatação padrão, são constituídos de: título, ajuda, mapa conceitual, conceitos relevantes e, no corpo do texto dos mesmos, os conteúdos relevantes, para a temática circuito de resistores elétricos, são apresentados como uma proposta de livro virtual. Os conceitos relevantes (subsunçores) estão correlacionados aos denominados conteúdos associados (informações descritivas ou conhecimentos novos), são os subsunçores necessários para que o aluno possa se apropriar das novas informações que vão sendo ancoradas às já existentes. Na figura 7.2, apresenta-se o denominado notebook principal, a partir do qual é inicializada a navegação pelo AVA, para se trabalhar o estudo de circuitos elétricos. Nele, podem ser observadas as estruturas comuns a todos os notebooks. Na área azul, na parte superior da figura, e indicada por (1), apresenta-se o título do tópico a ser abordado em cada notebook. Logo abaixo, indicado por (2), há a ajuda e o mapa conceitual. A ajuda apresenta dicas de como se deve executar o notebook, a manipulação numérica e algébrica, acessar os gráficos e de como se deve proceder para alterar os parâmetros de entrada. Isto permite se criar várias situações pedagógicas de aprendizagem, ao se variar valores numéricos dos parâmetros físicos. Ainda da figura 7.2, pode-se acessar o mapa conceitual discutido na figura 4.2, permitindo se visualizar e analisar a hierarquia conceitual e alguns aspectos do tema circuito de resistores elétricos: circuitos elétricos, detalhamento de algumas situações de aprendizagem relacionadas ao estudo de resistores elétricos, enfoque de aspectos fenomenológicos e efeitos que ocorrem na vida cotidiana. Na parte central da figura 7.2 apresenta-se uma placa de circuito de computador. Neste momento, se pode contextualizar um momento de discussão sobre os aspectos de aplicação no mundo cotidiano da pesquisa e indústria, podendo-se se estender este momento para uma pesquisa na web. Na parte inferior da figura 7.2, indicada por (3), são apresentados os denominados conteúdos associados, que se apresentam em um nível mais geral de significação e de forma contextualizada. Nestes conceitos, há hiperlinks e ou ícones que, quando clicados, são expandidos, trazendo conceitos menos inclusivos e assim sucessivamente, até se chegar a conceitos mais específicos. No canto superior esquerdo da figura 7.2, indicado por (4), apresentam-se amostras dos conceitos relevantes ao texto trabalhado no notebook. Caso estes não sejam do domínio do aprendiz, se pode clicar sobre cada um deles e os mesmos
  • 83. 82 abrirão outros notebooks, que funcionarão como organizadores prévios, de forma a trabalhar aquele conceito específico. A partir de tal estágio, é possível se navegar pelo notebook principal de forma autônoma e personalizada. Vale lembrar que qualquer notebook pode ser editado, e que a qualquer momento se pode, por exemplo, estar alterando parâmetros de entrada, tanto de manipulações algébricas e/ou analíticas, como de gráficos apresentados no ambiente. Fazendo assim com que o mesmo possa simular situações físicas não apresentadas nas aulas, tanto teóricas como práticas. Outro ponto importante a ser relembrado é que se pode navegar nas diversas células do AVA de forma não-linear, o que facilita se construir uma navegação personalizada em busca da construção de conhecimentos, podendo-se trabalhar a construção de conceitos físicos e exercer manipulação de fórmulas analíticas, combinado-se à visualização de gráficos, tabelas e animações, também gerados personalizadamente. O ambiente permite ao professor exercer o papel de mediador e/ou facilitador do processo de ensino e aprendizagem. Por se tratar de um ambiente construcionista, conforme a classificação de Valente (1998b), o mesmo favorece a autonomia do aluno na construção do conhecimento, dando ao mesmo total liberdade para escolher seus caminhos de navegação. Mesmo sabendo que o software Mathematica é um software comercial, acredita-se que assim como ocorre com outros softwares comerciais, a tendência é, reenfatizando comentários anteriores, que no futuro os sistemas de computação simbólica livres incorporem as funcionalidades apresentadas pelo Mathematica (DOMINGUES; JUNIOR, 2003 apud CARMO FILHO, 2006) e também que estes recursos incorporados pelos software gratuitos tornem-se cada vez mais avançados.
  • 84. 83 Figura 7.2 - Amostragem destacando o trecho inicial do Notebook principal, do protótipo do ambiente virtual de aprendizagem, concebido como estratégia para motivação de aprendizagem significativa de circuitos de resistores elétricos. A seguir apresenta-se uma discussão dos notebooks, gerados a partir do AVA20, que se originam a partir da necessidade de expandir e motivar a aprendizagem de conceitos relevantes, relativos à temática da física eletricidade, e que vão permitir a aprendizagem significativa de circuitos de resistores elétricos. No notebook principal, apresentado na figura 7.3, ilustra-se um exemplo do caráter interativo do mesmo. Para tanto, utiliza-se uma fase de aprendizagem, decorrida durante a fase do laboratório de prática experimental, descrita no capítulo 5, metodologia. Observa-se, no quadro 5.4, a descrição das etapas de medição e aquisição de dados experimentais, para realização da atividade pedagógica da prática experimental de associação de resistores elétricos em série e paralelo. E na tabela 5.1 é proposto que se proceda à medição de dados que expressam os resultados experimentais, obtidos pela variação da corrente de saída da fonte, i (mA) no circuito de resistores, em função da variação de tensão V(V) e arranjo de circuito elétrico adotado. Os 20 Ambiente Virtual de aprendizagem.
  • 85. 84 valores da corrente foram medidos pelos alunos e o arranjo de resistores foi definido pelos mesmos, em função das situações práticas observadas pelos alunos durante a prática. Nesta situação de aprendizagem, numa primeira fase de contato com o equipamento, o valor da tensão é variado de zero até um valor crítico, em torno de 12V, quando se observa que o resistor de 100 W passa por um processo de aquecimento à medida que a tensão da fonte converge para valores próximos a 12 V. A tabela 7.1 exibe os valores medidos para a corrente de saída da fonte em função da variação de voltagem imposta na fonte. Para poder se continuar a aumentar o valor da voltagem, os alunos precisam discutir e tomar decisões: foi decidido ser necessário redimensionar o modelo de resistores existente no circuito, adotando-se um novo arranjo em série, para reverter o processo de aquecimento. Sem perda de generalidade, para efetivar o segundo estágio de medição, os alunos decidiram adicionar um novo resistor em série, com valor numérico de 2.200 W. Após tal ação, a o processo de medição no equipamento é reiniciado a partir da tensão de saída da fonte ser reinicializada para 0,0 V. Assim, utilizam-se como dados de entrada no notebook em questão os conjuntos de valores medidos durante os dois estágios de medição de dados experimentais, de uma das sessões de laboratório, descritos nas tabelas 7.1 e 7.2, a seguir: Tabela 7.1 Resultados experimentais obtidos durante o primeiro estágio de medição de valores experimentais numa sessão de prática de laboratório, expressando a variação da corrente, i (mA), em função da variação de tensão V(V), e arranjo de circuito elétrico adotado. Os valores da corrente são medidos pelo aluno e o arranjo de resistores é definido em função da prática. Houve um processo de aquecimento crítico quando o valor de voltagem da fonte se aproximou de 12V. Tensão 0,0 4,0 8,0 12 (V) Corrente 0,0 40 68 1,2 x 102 (mA)
  • 86. 85 Tabela 7.2 Resultados experimentais obtidos durante o segundo estágio de uma sessão de prática de laboratório, expressando a variação da corrente, i (mA), em função da variação de tensão V(V), e arranjo de circuito elétrico adotado. Os valores da corrente são medidos pelo aluno e o arranjo de resistores é definido em função da prática. Neste caso, não houve aquecimento nos resistores. Tensão 0,0 4,0 8,0 12 16 20 24 28 (V) Corrente 0,0 1,9 3,6 5,3 6,9 8,60 1,0 x 101 1,2 x 101 (mA) Figura 7.3.a - Notebook que expressa a variação da diferença de potencial em função da corrente, para se analisar graficamente algumas situações físicas, decorrentes durante o primeiro estágio da prática laboratorial de circuito de resistores elétricos. Os dados de entrada são fornecidos pelos valores medidos de tensão da fonte e corrente de saída da fonte, segundo a tabela 7.1. Os pontos experimentais estão ligados por segmentos de retas.
  • 87. 86 As figuras 7.3.a, b e c mostram os gráficos de tensão, V(V) versus I(mA), exibidos em notebooks. Os dados de entrada são fornecidos das tabelas 7.1 e 7.2. Aqui algumas situações de aprendizagem podem ser discutidas em grupo, como: Inicialmente os alunos discutem nas figuras7.3.a e b as curvas de resposta de corrente de saída da fonte, em função da variação de tensão da mesma Observando em seguida o gráfico apresentado na figura 7.3.c, que se trata de uma superposição dos dois casos anteriores, inicialmente fica nítido que a corrente de saída do novo arranjo do circuito em série é bem menor, numa escala de uma ordem de grandeza, além do efeito de aquecimento por efeito Joule ter sido totalmente amenizado. Noutra situação de aprendizagem e observação do comportamento físico do circuito, a figura 7.3.a é possível se visualizar que, a partir do valor de 4,0 V fornecido pela fonte ao circuito, ocorre um efeito de não-linearidade de resposta do resistor, causado pelo aquecimento que se intensifica mais criticamente à medida que a voltagem tende para 12 V, ocasião em que acorrente atinge 1,2 x 102 mA. Analisando, em seguida, a figura 7.3.c, nota-se, comparando a relação dos valores numéricos da corrente de saída da fonte no circuito original e modificado, existir uma redução de dez para um. Além do mais, no novo circuito a lei de Ohm é obedecida, isto é observa-se na figura 7.3.b ou c, uma reta.
  • 88. 87 Figura 7.3.b - Notebook que expressa a variação da diferença de potencial em função da corrente, para se analisar graficamente algumas situações físicas, decorrentes durante segundo estágio da prática laboratorial de circuito de resistores elétricos, onde se associa um segundo resistor a fim de minimizar o aquecimento. Os dados de entrada são fornecidos pelos valores medidos de tensão da fonte e corrente de saída da fonte, segundo a tabela 7.2. Os pontos experimentais estão ligados por segmentos de retas.
  • 89. 88 Figura 7.3.c - Notebook que expressa a variação da diferença de potencial em função da corrente, para se analisar graficamente algumas situações físicas, decorrentes durante os dois estágios de medidas da prática laboratorial de circuito de resistores elétricos. Os dados de entrada são fornecidos pelos valores medidos de tensão da fonte e corrente de saída da fonte, segundo as tabelas 7.1 e 7.2. Os pontos experimentais estão ligados por segmentos de retas. A seguir comenta-se o notebook representado na figura 7.4, que calcula o valor numérico da resistência equivalente a um circuito série ou paralelo, em função do número e valores numéricos de seus resistores. Nota-se na figura que o notebook é auto-instrutivo e solicita alguns parâmetros de entrada: - se o circuito é em série ou paralelo. - o número de resistores. - o valor numérico de cada resistor (Ohm). Observa-se que após efetuar o cálculo o notebook fornece como saída de dados a fórmula analítica e o valor calculado para a resistência equivalente. Num passo seguinte, podem ser propostos novos arranjos de circuitos, feito o cálculo dos mesmos e proposta uma discussão.
  • 90. 89 Figura 7.4 - Notebook que trata da solução analítica e numérica de associação de resistores elétricos para promoção de aprendizagem significativa. Outra situação de aprendizagem que pode ser explorada via recurso de visualização é se entrar com a variação do número de resistores elétricos de um circuito em série ou paralelo e se traçar o gráfico da variação de corrente na saída da fonte, I. Neste exemplo supõe-se que a fonte possui valor fixo de tensão. As figuras 7.5 e 7.6 ilustram o que se sucede. Vê-se que no caso do circuito em série o efeito é não linear e a corrente decresce, enquanto no circuito em paralelo a corrente na saída da fonte cresce e de forma linear. Tal análise auxilia a aprendizagem significativa do estudo do comportamento de circuitos em série e paralelo. Finalmente, o gráfico da figura 7.7 superpõe e permite se visualizar o comportamento da corrente na saída da fonte, nos dois tipos de associação de circuitos de resistores elétricos.
  • 91. 90 Figura 7.5 - Notebook que aborda a visualização gráfica da variação da corrente em função do número de resistores, na associação em paralelo, para promoção de aprendizagem significativa.
  • 92. 91 Figura 7.6 - Notebook que aborda a visualização gráfica da variação da corrente em função do número de resistores, na associação em paralelo, para promoção de aprendizagem significativa.
  • 93. 92 Figura 7.7 - Notebook que aborda a visualização gráfica da variação da corrente em função do número de resistores tanto na associação em paralelo ou série, para promoção de aprendizagem significativa. No capítulo seguinte apresentam-se as conclusões e sugestões da pesquisa.
  • 94. 93 8. Conclusões e Sugestões Como analisado inicialmente, os aspectos relacionados às deficiências no ensino de física, descritos nos capítulos iniciais, que também foram observados e quantificados via a aplicação de questionários, diretamente na E.E.M Liceu do Conjunto Ceará, em Fortaleza, num conjunto de quatro alunos-monitores, do laboratório de física, do segundo ano do ensino médio. A análise às respostas norteou os pilares para se estabelecer os rumos da presente pesquisa, mostrando algumas deficiências básicas de formação dos mesmos em conceitos de eletricidade. Vive-se um momento onde são buscadas novas estratégias de ensino e aprendizagem científicos, procura-se destacar o alinhamento do construtivismo a ações pedagógicas que valorizem os conteúdos de ciências junto ao laboratório de práticas experimentais, incorporando-se o uso das tecnologias digitais e vislumbrando-se novas situações de aprendizagem e referenciais pedagógicos, que mudem a postura crítica do professor, perante tais cenários. A revisão bibliográfica e fundamentação teórica adotadas definiram como estratégicos o uso da teoria da aprendizagem de Ausubel, de mapas conceituas de Novak, reflexão pedagógica em torno da LDB e dos PCNs, para se estabelecer propostas pedagógicas, concebidas na forma de situações de aprendizagem, baseadas no mundo cotidiano, laboratório de práticas experimentais e uso do computador. Assim, na metodologia de pesquisa, partiu-se para concepção de duas ações pedagógicas, para se promover a motivação e aprendizagem significativa de circuitos de resistores elétricos: A primeira previa uma formação continuada em conteúdos de eletricidade associados ao entendimento de circuitos elétricos e posterior aplicação de um questionário, para avaliação de subsunçores dos alunos-monitores. Foi detectado que os mesmos apresentavam uma maior deficiência de formação em conceitos de associação de resistores elétricos (75% dos alunos nunca ouviu falar) e instrumentação e aquisição de dados experimentais (entre 50% e 75% não dominavam o assunto). Em menor grau de deficiência, os mesmos apresentavam uma necessidade de formação em conceitos de voltagem, corrente elétrica e condutores (nestes itens, entre 25% e 75% não dominavam o assunto).
  • 95. 94 Tal cenário apontava para a necessidade de se reestruturar os conteúdos de forma a promover a motivação para o estudo e a aprendizagem significativa. Daí se propôs mudanças nos procedimentos da prática experimental, incluindo a estratégia de se organizar os conteúdos, partindo-se do geral para o específico e tentando se interligar conhecimentos prévios aos novos conhecimentos utilizando-se mapas conceituais e se trabalhando organizadores prévios. No capítulo seis, resultados e discussão, foi apresentada e analisada uma série de comentários dos alunos, referentes às diversas etapas de realização da prática e construção de conhecimentos, o que apontou para a estratégia de se desenvolver um AVA, que explorasse com recursos de visualização uma série de situações de aprendizagem, buscando-se relacionar o comportamento de circuitos elétricos, aqui se utilizando uma abordagem construcionista. Devido o Liceu não haver instalado em prazo previsto novos computadores, não foi possível avaliar o impacto pedagógico do AVA junto aos alunos, ficando o mesmo configurado na forma de protótipo, para posterior aplicação em ambiente de sala de aula, para sua validação conforme os aspectos técnicos e pedagógicos. Pelo que pode ser observado através da pesquisa bibliográfica deste trabalho, no tocante a utilização das novas tecnologias da informação e comunicação, percebe-se que poucos ambientes computacionais de aprendizagem são fundamentados em teorias de aprendizagem. A maioria é desenvolvida a partir de visões pedagógicas amadoras. Coma continuação do trabalho, pretende-se aplicar o ambiente com os alunos do terceiro ano do ensino médio da escola Liceu do Conjunto Ceará e posteriormente desenvolver novos ambientes que tratem de temas estudados pelos mesmos. Um outro desafio a ser enfrentado é definir estratégias para tentar quebrar os paradigmas do ensino tradicional que permeia a escola pública. Para isto, tentar-se- á trabalhar a formação continuada dos professores, mudando-lhes a visão pedagógica, para que os mesmos reflitam sobre a utilização de ferramentas como esta. Com ações educativas assim concebidas se possa contribuir fundamentadamente para melhorar a aceitação dos alunos com a disciplina de física do ensino médio. Quem sabe despertar, principalmente nos alunos que apresentam uma maior dificuldade, um maior interesse e um fascínio pela física.
  • 96. 95 Outros tipos de ações a serem sugeridas em trabalhos posteriores, para enriquecimento pedagógico, podem estar centradas em ações pedagógicas, como o uso de metodologias de ensino, citando-se a Engenharia Didática e Seqüência Fedathi.
  • 97. 96 Bibliografia ÁLVARES, B. A.; LUZ, A. M. R.; Volume 03; Curso de Física; 6ª Edição; 1ª Impressão; São Paulo; Editora Scipione; 2006; Páginas: 104 - 156. ARRUDA, S. M.; SILVA, M. R.; LABURÚ, C. E.; Laboratório Didático de física a partir de uma Perspectiva Kuhniana. Investigação em Ensino de Ciências, março 2001, vol.6. Disponível em: < http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/vol6/n1/ 14indice.htm> ; Acesso em 08.07.2007. Barros, M. J. C. S.. Reaprender frações por meio de oficinas pedagógicas: desafio para formação inicial. Dissertação (Mestrado em Educação) - Universidade Federal do Ceará, 2007. BELL, Judith. Doing your research project: a guide for the first-time researchers in education and social science. 2. reimp. Milton Keynes, BORGES NETO, Hermínio; SANTANA, José Rogério; VASCONCELOS, F. H. Lima; Uma experiência de Física assistida por computador com a utilização da simulação computacional; Fortaleza; Revista FA7;Fevereiro-Julho de 2004. BRANDÃO, Carlos Rodrigues. (org.). Pesquisa-participante. Editora Brasilense.São Paulo, 2001. BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Básica. Departamento de Políticas de Ensino Médio. “Organizações Curriculares Nacionais”. Ensino Médio. Brasília, 2004. BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. “O novo ensino Médio”. In: Parâmetros Curriculares Nacionais: ensino Médio. Brasília, 1999. BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. “O novo ensino Médio”. In: Parâmetros Curriculares Nacionais mais: ensino Médio. Brasília, 2002, p. 16. BRASIL; Ministério da Educação; Secretaria de Educação Básica; Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional; Brasília; Dezembro; 1996; Disponível em: <http://portal.mec.gov.br/arquivos/pdf/ldb.pdf>; Acesso em 07.07.2007. BRUNNER, J. J. Educação no encontro com as novas tecnologias. In: TEDESCO, Juan Carlos (Org.) Educação e novas tecnologias: esperança ou incerteza? Brasília (DF): UNESCO, 2004. BRUNNER, J. J. Educación superior y globalización. Educação Brasileira, Brasília, v.19, n.38, p. 11-30, 1.sem. 1997. CARMO FILHO, G. P. do. Um Ambiente Computacional de Aprendizagem para Métodos de Resolução de Equações Diferenciais Parciais. Dissertação (Mestrado em engenharia de teleinformática) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, out. 2006. CARMO FILHO, Gilson Pereira Do ; RIBEIRO, J. W. ; Furtado ; FREIRE, Paulo de Tarso Cavalcante ; Borges Neto . Ausubel's Theory in the Computer Aided Learning of Numerical Calculus. In: 22nd World Conference on Distance Education, 2006, Rio de Janeiro. Proc. of 22nd World Conference on Distance Education. Rio de Janeiro : ABED, 2006. v. 1. p. 1-9. Carvalho, A. M. P.(org.). Ensino de Ciências: Unindo a Pesquisa e a Prática. Ed. Thomson. 2004. DEMO, Pedro. Pesquisa participante: mito e realidade. Brasília: UnB/INEP. 1982. DORNELES, Pedro F.T., ARAÚJO, Ives S., VEIT, Eliane A. Simulação e modelagem computacionais no auxílio à aprendizagem significativa de
  • 98. 97 conceitos básicos de eletricidade: parte I - circuitos elétricos simples. Rev. Bras. Ens. Fis., 2006, vol.28, no.4, p.487-496. Dutra, I. M., Fagundes, L. C., Johann, S.P. , Piccinini, C.A. ; Uma base de dados para compartilhamento de experiências no uso de mapas conceituais no acompanhamento de processos de conceituação. CINTED-UFRGS, Novas tecnologias na educação, Vol 4 N°02,Dez 2006. Disponível em: < http://www.cinted.ufrgs.br/renote/dez2006/artigosrenote/25063.pdf> ; Acesso em 08.07.2007 GASPAR, A.; volume 03; Eletromagnetismo, Física Moderna; Física; 1ª Edição; São Paulo; Editora Ática; 2000; páginas: 107-152. Gil-Pérez, D., Carvalho, A. M. P. Formação de Professores de Ciências. Cortez Editora. 2006. Grandini, N.a., Grandini, C. R. Os Objetivos do Laboratório Didático na Visão dos Alunos do Curso de Licenciatura em Física da UNESP-Bauru. Rev. Bras. Ens. Física. V.26, no. 03, pp. 251-256. 2004. HARTLEY, Jean F. Case studies in organizational research. In: CASSELL, Catherine & SYMON, Gillian (Ed.). Qualitative methods inorganizational research: a practical guide. London: Sage, 1994. 253p. p. 208-229. http://www.centrorefeducacional.com.br/compehab.htm visitado em 11 de julho de 2007 as 16:00. http://www.dcc.unicamp.br/~heloisa/MO642/AUSUBEL/index.htm visitado em 30 de junho de 2007. http://www.xr.pro.br/Monografias/AUSUBEL.html visitado em 30 de junho de 2007 as 12:00. JÚNIOR, F. R.; FERRARO, G. N.; SOARES, P. A. T.; Eletricidade, Introdução à Física Moderna, Análise Dimensional; Os fundamentos da física 3; 8ª edição; São Paulo; Editora Moderna; 2003; páginas: 128-173. MARINELI, Fábio; PACCA, Jesuína Lopes de Almeida. Uma interpretação para dificuldades enfrentadas pelos estudantes em um laboratório didático de física. Rev. Bras. Ens. Fis., 2006, vol.28, no.4, p.497-505. MOREIRA, Marco Antônio. Mapas conceituais e aprendizagem significativa. Instituto de Física; UFRGS; 1997. MOREIRA, Marco Antônio. Uma Abordagem Cognitivista ao Ensino da Física. Porto Alegre, Ed. da Universidade, UFRGS, 1983. MORETO, Vasco Pedro. Prova: um momento de estudo, não um acerto de contas. Rio de Janeiro. Ed. DP&A, 2002. PIRES, Marcelo Antonio; VEIT, Eliane Ângela. Tecnologias de Informação e Comunicação para ampliar e motivar o aprendizado de Física no Ensino Médio. Rev. Bras. Ens. Fis. vol.28 no.2 São Paulo Apr./June 2006. RONCA, Antonio Carlos Caruso. O Modelo de Ensino de David Ausubel. In:PENTEADO, Wilma M. (org ). Psicologia e Ensino. São Paulo: Papelivros, 1980. Santana, S. N.; Teixeira, E. S., Um Estudo de Caso sobre as Implicações da Abordagem Ausubeliana no Ensino de Física. Revista Sitientibus - Série Ciências Físicas. Departamento de Física da Universidade Estadual de Feira de Santana, Volume 01, Dezembro de 2005. SKINNER, B. F. Tecnologia do ensino. São Paulo: Herder, 1972. VALENTE, J. A. Diferentes usos do computador na educação. In: Computadores e conhecimento: repensando a educação. 2. ed. Campinas: NIED, 1998. cap. 1, p. 1-27. Valente, J. A. Diferentes usos do Computador na Educação. Revista Pátio, Ano
  • 99. 98 I, nº. 1, mai/jul 1997. VALENTE, J. A. Por que o computador na educação? In: Computadores e conhecimento: repensando a educação. 2. ed. Campinas: NIED, 1998. cap. 2, p. 29-53. YAMAMOTO, I.; BARBETA, V. B.; Simulações de experiências como ferramenta de demonstração virtual em aulas de teoria de física. Rev. Bras. Ens. Fis., 2001, vol.23, no.2, p.215-225.
  • 100. 99 Anexos ANEXO I - Competências e habilidades na área de Ciências da Natureza, na disciplina específica, Física. (BRASIL, PCN+, 2002, p. 63 – 68) Na tabela a seguir temos a sugestão das competências, propostas pelos PCNs, na área de conhecimento de ciências da natureza e especificamente na física. Tabela A.I.1: Relação de competências da área e especificas da física Representação e comunicação Na área Em Física Símbolos, códigos e nomenclaturas de ciência e tecnologia. • Reconhecer e saber utilizar corretamente símbolos, códigos e nomenclaturas de grandezas da Física, por exemplo, nas informações em embalagens de produtos, reconhecer símbolos de massa ou volume; nas previsões climáticas, identificar temperaturas, pressão, índices pluviométricos; no volume de alto- Reconhecer e utilizar falantes, reconhecer a intensidade sonora (dB); em estradas ou adequadamente, na forma oral e aparelhos: velocidades (m/s, km/h, rpm); em aparelhos elétricos, escrita, símbolos, códigos e códigos como W, V ou A; em tabelas de alimentos, valores nomenclatura da linguagem calóricos. científica. • Conhecer as unidades e as relações entre as unidades de uma mesma grandeza física para fazer traduções entre elas e utilizá-las adequadamente. Por exemplo, identificar que uma caixa d’água de 2 m3 é uma caixa de 2000 litros, ou que uma tonelada é uma unidade mais apropriada para expressar o carregamento de um navio do que um milhão de gramas. Articulação dos símbolos e códigos de ciência e tecnologia • Ler e interpretar corretamente tabelas, gráficos, esquemas e diagramas apresentados em textos. Por exemplo, interpretar um gráfico de crescimento, ou da variação de temperaturas ambientes; compreender o esquema de uma montagem elétrica; ler um medidor de água ou de energia elétrica; interpretar um mapa meteorológico ou uma fotografia de radiação infravermelha, a partir da leitura de suas legendas. • Construir sentenças ou esquemas para a resolução de Ler, articular e interpretar problemas; construir tabelas e transformá-las em gráfico, para, por símbolos e códigos em diferentes exemplo, descrever o consumo de energia elétrica de uma linguagens e representações: residência, o gasto de combustível de um automóvel, em função do sentenças, equações, esquemas, tempo, ou a posição relativa do Sol ao longo do dia ou do ano. diagramas, tabelas, gráficos e • Compreender que tabelas, gráficos e expressões matemáticas representações geométricas. podem ser diferentes formas de representação de uma mesma relação, com potencialidades e limitações próprias, para ser capaz de escolher e fazer uso da linguagem mais apropriada em cada situação, além de poder traduzir entre si os significados dessas várias linguagens. Por exemplo, compreender que o consumo mensal de energia elétrica de uma residência, ao longo do ano, pode ser apresentado em uma tabela que organiza os dados; ou em um gráfico que permite analisar melhor as tendências do consumo. Análise e interpretação de textos e outras comunicações de ciência e tecnologia • Ler e interpretar informações apresentadas em diferentes
  • 101. 100 Consultar, analisar e interpretar linguagens e representações (técnicas) como, por exemplo, um textos e comunicações de ciência manual de instalação de equipamento, características de aparelhos e tecnologia veiculadas por eletrodomésticos, ou esquemas de montagem de móveis. diferentes meios. • Acompanhar o noticiário relativo à ciência em jornais, revistas e notícias veiculadas pela mídia, identificando a questão em discussão e interpretando, com objetividade, seus significados e implicações para participar do que se passa à sua volta. Por exemplo, no noticiário sobre telefonia celular, identificar que essa questão envolve conhecimentos sobre radiações, suas faixas de freqüência, processos de transmissão, além de incertezas quanto a seus possíveis efeitos sobre o ambiente e a saúde. Elaboração de comunicações • Descrever relatos de fenômenos ou acontecimentos que envolvam conhecimentos físicos, tais como relatos de viagens, visitas ou entrevistas, apresentando com clareza e objetividade suas considerações e fazendo uso apropriado da linguagem da Física. Por exemplo, elaborar o relatório da visita a uma usina termelétrica, destacando sua capacidade de geração de energia, o processo de produção e seus impactos locais, tanto sociais como ambientais. Elaborar comunicações orais ou • Elaborar relatórios analíticos, apresentando e discutindo dados e escritas para relatar, analisar e resultados, seja de experimentos ou de avaliações críticas de sistematizar eventos, fenômenos, situações, fazendo uso, sempre que necessário, da linguagem experimentos, questões, física apropriada. Por exemplo, elaborar um relatório de pesquisa entrevistas, visitas, sobre vantagens e desvantagens do uso de gás como combustível correspondências. automotivo, dimensionando a eficiência dos processos e custos de operação envolvidos. • Expressar-se de forma correta e clara em correspondência para os meios de comunicação ou via internet, apresentando pontos de vista, solicitando informações ou esclarecimentos técnico- científicos. Por exemplo, escrever uma carta solicitando informações técnicas sobre aparelhos eletrônicos, ou enviar um e- mail solicitando informações a um especialista em energia solar, explicitando claramente suas dúvidas. Discussão e argumentação de temas de interesse de ciência e tecnologia • Compreender e emitir juízos próprios sobre notícias com temas relativos à ciência e tecnologia, veiculadas pelas diferentes mídias, de forma analítica e crítica, posicionando-se com argumentação clara. Por exemplo, enviar um e-mail contra-argumentando uma Analisar, argumentar e notícia sobre as vantagens da expansão da geração termoelétrica posicionar-se criticamente em brasileira. relação a temas de ciência e • Argumentar claramente sobre seus pontos de vista, apresentando tecnologia. razões e justificativas claras e consistentes, como, por exemplo, ao escrever uma carta solicitando ressarcimento dos gastos efetuados nos consertos de eletrodomésticos que se danificaram em conseqüência da interrupção do fornecimento de energia elétrica, apresentando justificativas consistentes. Investigação e compreensão Na área Em Física Estratégias para enfrentamento de situações-problema • Frente a uma situação ou problema concreto, reconhecer a natureza dos fenômenos envolvidos, situando-os dentro do Identificar em dada situação- conjunto de fenômenos da Física e identificar as grandezas problema as informações ou relevantes, em cada caso. Assim, diante de um fenômeno variáveis relevantes e possíveis envolvendo calor, identificar fontes, processos envolvidos e seus estratégias para resolvê-la. efeitos, reconhecendo variações de temperatura como indicadores relevantes. Interações, relações e funções; invariantes e transformações • Reconhecer a relação entre diferentes grandezas, ou relações de causa-efeito, para ser capaz de estabelecer previsões. Assim, Identificar fenômenos naturais ou conhecer a relação entre potência, voltagem e corrente, para
  • 102. 101 grandezas em dado domínio do estimar a segurança do uso de equipamentos elétricos ou a conhecimento científico, relação entre força e aceleração, para prever a distância percorrida estabelecer relações; identificar por um carro após ser freado. regularidades, invariantes e • Identificar regularidades, associando fenômenos que ocorrem em transformações. situações semelhantes para utilizar as leis que expressam essas regularidades na análise e previsões de situações do dia-a-dia. Assim, por exemplo, compreender que variações de correntes elétricas estão associadas ao surgimento de campos magnéticos pode possibilitar, eventualmente, identificar possíveis causas de distorção das imagens de tevê ou causas de mau funcionamento de um motor. • Reconhecer a existência de invariantes que impõem condições sobre o que pode e o que não pode acontecer em processos naturais, para fazer uso desses invariantes na análise de situações cotidianas. Assim, a conservação da quantidade de movimento pode ser utilizada para prever possíveis resultados do choque entre dois carros, a trajetória de uma bola após ter batido na parede, o movimento dos planetas e suas velocidades ao redor do Sol ou o equilíbrio de motos e bicicletas. • Identificar transformações de energia e a conservação que dá sentido a essas transformações, quantificando-as quando necessário. Identificar também formas de dissipação de energia e as limitações quanto aos tipos de transformações possíveis impostas pela existência, na natureza, de processos irreversíveis. Por exemplo, avaliar o trabalho necessário para erguer um objeto ou empurrar um caixote, a potência de que o motor de um carro precisa para subir uma ladeira ou a quantidade de calorias para exercício de atividades esportivas. • Reconhecer a conservação de determinadas grandezas, como massa, carga elétrica, corrente etc., utilizando essa noção de conservação na análise de situações dadas. Assim, por exemplo, reconhecer a relação entre a vazão de entrada e de saída de um sistema hidráulico, ou da corrente elétrica que entra e a que sai de um resistor. Medidas, quantificações, grandezas e escalas. • Fazer uso de formas e instrumentos de medida apropriados para estabelecer comparações quantitativas. Por exemplo, escolher a forma adequada para medir a quantidade de água presente em um Selecionar e utilizar instrumentos copo ou a quantidade de alimento em uma embalagem. Ou de medição e de cálculo, escolher a melhor forma para medir o comprimento de uma sala ou representar dados e utilizar a distância percorrida em um trajeto longo. escalas, fazer estimativas, • Fazer estimativas de ordens de grandeza para poder fazer elaborar hipóteses e interpretar previsões. Por exemplo, estimar o volume de água de um tanque resultados. ou uma piscina e o tempo necessário para esvaziá-los. • Compreender a necessidade de fazer uso de escalas apropriadas para ser capaz de construir gráficos ou representações como, por exemplo, a planta de uma casa ou o mapa de uma cidade. Modelos explicativos e representativos • Conhecer modelos físicos microscópicos para adquirir uma compreensão mais profunda dos fenômenos e utilizá-los na análise de situações-problema. Por exemplo, utilizar modelos microscópicos do calor para explicar as propriedades térmicas dos materiais ou, ainda, modelos da constituição da matéria para Reconhecer, utilizar, interpretar e explicar a absorção de luz e as cores dos objetos. propor modelos explicativos para • Interpretar e fazer uso de modelos explicativos, reconhecendo fenômenos ou sistemas naturais suas condições de aplicação. Por exemplo, utilizar modelo de olho ou tecnológicos. humano para compreender os defeitos visuais e suas lentes corretoras, ou o modelo de funcionamento de um gerador. • Elaborar modelos simplificados de determinadas situações, a partir dos quais seja possível levantar hipóteses e fazer previsões. Por exemplo, levantar hipóteses sobre as possíveis causas de interrupção do fornecimento da energia elétrica ou prever o tipo de
  • 103. 102 lentes e a montagem necessária para projetar uma imagem numa tela. Relações entre conhecimentos disciplinares, interdisciplinares e interáreas. • Construir uma visão sistematizada dos diversos tipos de interação e das diferentes naturezas de fenômenos da física para poder fazer uso desse conhecimento de forma integrada e articulada. Por exemplo, reconhecer que as forças elástica, viscosa, peso, atrito, elétrica, magnética etc. têm origem em uma das quatro interações fundamentais: gravitacional, eletromagnética, nuclear forte e nuclear fraca. • Identificar e compreender os diversos níveis de explicação física, microscópicos ou macroscópicos, utilizando-os apropriadamente na compreensão de fenômenos. Por exemplo, compreender que o funcionamento de um termômetro clínico pode ser explicado, em termos macroscópicos, pela dilatação térmica do mercúrio, enquanto apenas o modelo microscópico da matéria permite Articular, integrar e sistematizar compreender o fenômeno da evaporação de um líquido. fenômenos e teorias dentro de • Adquirir uma compreensão cósmica do Universo, das teorias uma ciência, entre as várias relativas ao seu surgimento e sua evolução, assim como do ciências e áreas de surgimento da vida, de forma a poder situar a Terra, a vida e o ser conhecimento. humano em suas dimensões espaciais e temporais no Universo. • Na utilização de um conceito ou unidade de grandeza, reconhecer ao mesmo tempo sua generalidade e o seu significado específico em cada ciência. Por exemplo, energia, caloria ou equilíbrio são conceitos com significados diferentes, embora correspondentes, em Física, Química ou Biologia. • Reconhecer, na análise de um mesmo fenômeno, as características de cada ciência, de maneira a adquirir uma visão mais articulada dos fenômenos. Por exemplo, no ciclo da água, compreender que a Física releva os aspectos das transformações de estado e processos de circulação, enquanto a Química trata das diferentes reações e do papel das soluções, enquanto a Biologia analisa a influência nas cadeias alimentares e o uso do solo. Contextualização sócio-cultural Na área Em Física Ciência e tecnologia na história. • Compreender a construção do conhecimento físico como um processo histórico, em estreita relação com as condições sociais, políticas e econômicas de uma determinada época. Compreender, por exemplo, a transformação da visão de mundo geocêntrica para a heliocêntrica, relacionando-a as transformações sociais que lhe são contemporâneas, identificando as resistências, dificuldades e repercussões que acompanharam essa mudança. • Compreender o desenvolvimento histórico dos modelos físicos para dimensionar corretamente os modelos atuais, sem dogmatismo ou certezas definitivas. • Compreender o desenvolvimento histórico da tecnologia, nos Compreender o conhecimento mais diversos campos, e suas conseqüências para o cotidiano e as científico e o tecnológico como relações sociais de cada época, identificando como seus avanços resultados de uma construção foram modificando as condições de vida e criando novas humana, inseridos em um necessidades. Esses conhecimentos são essenciais para processo histórico e social. dimensionar corretamente o desenvolvimento tecnológico atual, através tanto de suas vantagens como de seus condicionantes. Reconhecer, por exemplo, o desenvolvimento de formas de transporte, a partir da descoberta da roda e da tração animal, ao desenvolvimento de motores, ao domínio da aerodinâmica e à conquista do espaço. Identificando a evolução que vem permitindo ao ser humano deslocar-se de um ponto ao outro do globo terrestre em intervalos de tempo cada vez mais curtos e identificando também os problemas decorrentes dessa evolução. • Perceber o papel desempenhado pelo conhecimento físico no desenvolvimento da tecnologia e a complexa relação entre ciência
  • 104. 103 e tecnologia ao longo da história. Muitas vezes, a tecnologia foi precedida pelo desenvolvimento da Física, como no caso da fabricação de lasers, ou, em outras, foi a tecnologia que antecedeu o conhecimento científico, como no caso das máquinas térmicas. Ciência e tecnologia na cultura contemporânea • Compreender a Física como parte integrante da cultura contemporânea, identificando sua presença em diferentes âmbitos e setores, como, por exemplo, nas manifestações artísticas ou literárias, em peças de teatro, letras de músicas etc., estando atento à contribuição da ciência para a cultura humana. • Promover e interagir com meios culturais e de difusão científica, Compreender a ciência e a por meio de visitas a museus científicos ou tecnológicos, tecnologia como partes planetários, exposições etc., para incluir a devida dimensão da integrantes da cultura humana Física e da ciência na apropriação dos espaços de expressão contemporânea. contemporâneos. • Compreender formas pelas quais a Física e a tecnologia influenciam nossa interpretação do mundo atual, condicionando formas de pensar e interagir. Por exemplo, como a relatividade ou as idéias quânticas povoam o imaginário e a cultura contemporânea, conduzindo à extrapolação de seus conceitos para diversas áreas, como para a Economia ou Biologia. Ciência e tecnologia na atualidade. Reconhecer e avaliar o • Acompanhar o desenvolvimento tecnológico contemporâneo, por desenvolvimento tecnológico exemplo, estabelecendo contato com os avanços das novas contemporâneo, suas relações tecnologias na medicina, por meio de tomografias ou diferentes com as ciências, seu papel na formas de diagnóstico; na agricultura, nas novas formas de vida humana, sua presença no conservação de alimentos com o uso das radiações; ou, ainda, na mundo cotidiano e seus impactos área de comunicações, com os microcomputadores, CDs, DVDs, na vida social telefonia celular, tevê a cabo. Ciência e tecnologia, ética e cidadania. • Compreender a responsabilidade social que decorre da aquisição de conhecimento, sentindo-se mobilizado para diferentes ações, seja na defesa da qualidade de vida, da qualidade das infra- estruturas coletivas, ou na defesa de seus direitos como consumidor. • Promover situações que contribuam para a melhoria das condições de vida da cidade onde vive ou da preservação responsável do ambiente, conhecendo as estruturas de abastecimento de água e eletricidade de sua comunidade e dos problemas delas decorrentes, sabendo posicionar-se, argumentar Reconhecer e avaliar o caráter e emitir juízos de valor. ético do conhecimento científico • Reconhecer que, se de um lado a tecnologia melhora a qualidade e tecnológico e utilizar esses de vida do homem, do outro ela pode trazer efeitos que precisam conhecimentos no exercício da ser ponderados quanto a um posicionamento responsável. Por cidadania exemplo, o uso de radiações ionizantes apresenta tanto benefícios quanto riscos para a vida humana. • Reconhecer, em situações concretas, a relação entre a Física e ética, seja na definição de procedimentos para a melhoria das condições de vida, seja em questões como do desarmamento nuclear ou em mobilizações pela paz mundial. • Reconhecer que a utilização dos produtos da ciência e da tecnologia nem sempre é democrática, tomando consciência das desigualdades e da necessidade de soluções de baixo custo, como, por exemplo, para ampliar o acesso à eletricidade.
  • 105. 104 ANEXO II – Questionário aplicado com os alunos para sondagem de subsunçores presentes na estrutura cognitiva dos alunos A seguir temos o questionário que foi aplicado num conjunto de quatro alunos, para diagnosticar o nível de conhecimento dos alunos e fornecer subsídios para justificar o desenvolvimento de um AVA enfocando o estudo de associações de circuitos de resistores elétricos em série e em paralelo, para que os alunos possam ter uma visualização de diversos efeitos relacionados ao comportamento físico de circuitos quando se trabalha com diferentes arranjos de resistores. 1. Preencha a tabela a seguir, que relaciona quais conceitos você conhecia e qual era este grau de conhecimento com cada um deles. Tabela A.II.1: Levantamento do nível de conhecimento em um universo de quatro alunos, da segunda série do ensino médio, expresso em percentagem, destacando conceitos relevantes relacionados ao tema eletricidade, para concepção de uma atividade laboratorial, enfocando o estudo de circuitos elétricos. Dominava Dominava Ouviu falar, mas Nunca ouviu perfeitamente. razoavelmente. não dominava. falar. Voltagem(ddp) Corrente elétrica Resistência Resistor Circuito Condutores Isolantes Multímetro Amperímetro Voltímetro Associação em paralelo Associação em série Corrente contínua Corrente alternada Curto-circuito Efeito Fisiológico Efeito Joule 2. No processo de resolução do problema proposto você provavelmente deve ter encontrado dificuldade. Cite-a(s) se for o caso. ( ) Interpretação do enunciado ( ) Vocabulário ( ) Fórmulas matemáticas
  • 106. 105 ( ) Entendimento do fenômeno físico ( ) Outros _______________ Comente: _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ ____________________ 3. A forma como foi trabalhada esta prática (metodologia), tornou sua aprendizagem: ( ) Fácil ( ) Difícil ( ) Indiferente ( ) Empolgante Comente: _________________________________________________________________ _____________________________________________________________ _________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4. No momento da resolução do problema foi proposto que você procurasse resolver o problema usando a maneira tradicional (fórmulas básicas) e através de uma maneira alternativa. Por qual delas foi mais fácil chegar à solução do problema? Justifique. _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _____________________________________________ 5. Comparando as duas propostas de resolução, em qual delas você acha que teve uma maior aprendizagem? Por quê? _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 6. O tempo que foi utilizado pela prática foi suficiente para o desenvolvimento de todas as atividades propostas? Justifique. _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 7. Que sugestões você daria para que pudéssemos melhorar as nossas práticas. Explique. _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________
  • 107. 106 _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 8. Fique a vontade e faça a seguir qualquer comentário que você ache necessário com relação a prática desenvolvida. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
  • 108. 107 ANEXO III – Fotos ilustrativas dos materiais utilizados para a realização da atividade experimental A seguir apresentam-se fotos dos materiais utilizados para a realização da prática de circuitos elétricos realizada após as aulas teóricas de circuitos elétricos. Figura A.III. 2 - Fonte de tensão elétrica variável (Contínua e Alternada) – Fre – Reis. Figura A.III. 3 - Multímetro Digital DT-830B
  • 109. 108 Figura A.III. 4 – Placa para associação de resistores elétricos Amorim
  • 110. 109 ANEXO IV - Problema proposto para os alunos durante as seções didáticas exemplificando situações cotidianas Problema proposto: A figura abaixo representa um circuito elétrico, composto por resistores elétricos, fios e uma fonte de tensão. Os fios e a fonte são considerados ideais. Nele temos três resistores elétricos, associados conforme a figura A.IV.1, ligados a uma fonte de tensão constante, que fornece ao circuito uma diferença de potencial de 20 V. Pede-se que determine: a) a resistência equivalente do circuito representado na figura. b) a corrente que a fonte fornece ao circuito. O que se pode dizer desta em relação a I 1? c) a diferença de potencial entre os pontos AC. d) a diferença de potencial entre os pontos CB. e) os valores das correntes I1, I2 e I3. Figura A.IV. 1 - Esquema representativo do circuito proposto para os alunos durante as seções didáticas enfocando o tema.