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Artigo sobre o e-lab na Revista Noesis online

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  • 1. Plataforma e-lab potencia o ensino/aprendizagem das ciências no ensino básico e secundário Sérgio C. Leal1, Horácio Fernandes2 e João Paulo Leal3Resumo A plataforma de ensino e-lab é um laboratório real controlado remotamente e quevisa, essencialmente, promover competências científicas e incrementar o interesse dosalunos em aprender Ciência. O recurso a esta plataforma pretende que alunos de vários níveis de ensinoconsolidem saberes no domínio científico, incrementando a literacia científica, pedrabasilar de uma cultura científica [1]. Os resultados de um estudo preliminar já realizado [2] demonstram a importânciaque o recurso ao e-lab traz para o processo ensino/aprendizagem das ciências,potenciando o interesse e motivação de alunos e professores através da tecnologia edo trabalho laboratorial no contexto de sala de aula e/ou de e-learning.Palavras-chave: trabalho laboratorial, tecnologias, e-learning, ensino/aprendizagem deciências 1. Introdução São múltiplos e complexos os desafios que se perfilam no horizonte dodesenvolvimento da educação. Segundo o Departamento do Ensino Básico do Ministério da Educação [3], noensino básico a área disciplinar Ciências Físicas e Naturais pretende contribuir para odesenvolvimento da literacia científica dos alunos, permitindo que a aprendizagemdestes decorra de acordo com os seus ritmos diferenciados, cabendo às escolas e aosprofessores a gestão curricular atribuída a esta área disciplinar, de forma a possibilitaruma flexibilização curricular. Por sua vez, um estudo da Universidade de Berkeley [4],1 Faculdade Ciências da Universidade de Lisboa/Escola Secundária com 3.º ciclo Padre António Vieira2 Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear/ Instituto Superior Técnico3 Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa/ Instituto Tecnológico e Nuclear 1
  • 2. defende que uma abordagem CTSA (Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente)deverá contribuir para a literacia científica dos alunos. De acordo com Paiva [5], a ideiados alunos poderem construir o seu conhecimento é possível e desejável, tal como aancoragem dos novos conhecimentos a conhecimentos pré-existentes é também umbom princípio com bons resultados no ensino. Assim, a contextualização curricular éfundamental para motivar os alunos. Só alunos que entendam a importância que aFísica e a Química tem nas suas vidas se tornarão verdadeiramente interessados nestasmatérias. Segundo Martins et al. [6], as práticas pedagógicas devem valorizar actividades quepromovam o conhecimento científico dos alunos (resolução de problemas abertos,realização de actividades experimentais orientadas e trabalhos de investigação) e quediversifiquem as formas de intervenção/participação dos alunos nas aulas, criandooportunidades de discussão entre estes, através de trabalho de grupo e de projecto,tanto nas aulas ditas normais como no laboratório. As práticas pedagógicas devemainda promover a utilização de novas tecnologias e dar importância ao ensinoexperimental. Verifica-se um crescimento generalizado por parte da comunidade escolar (alunos,professores, encarregados de educação, órgãos de gestão e restantes intervenientes)na utilização de computadores e no recurso à Internet, que se coaduna com osobjectivos do ME traduzidos no seu Plano Tecnológico da Educação (PTE). Os computadores assumiram-se, em poucas dezenas de anos, como poderosasferramentas de informação e comunicação que vieram para ficar e modificaram onosso dia-a-dia em todas as dimensões. Ninguém poderá alhear-se desta realidade,muito menos a escola e todos os seus intervenientes. Os computadores e as redesuniversais que constituem são tecnologia ao serviço da inteligência, incontornável, queurge integrar na actividade diária da escola. 2. Objectivo A plataforma e-lab facilita aos docentes o acesso dos seus alunos a laboratórios cujaaquisição de dados sob a forma electrónica permite expandir a actual formaçãoexperimental nas ciências básicas. Com efeito, permite um acesso imediato a 2
  • 3. actividades laboratoriais (ALs) inacessíveis nos laboratórios tradicionais quer devido aoelevado tempo de montagem quer devido a restrições de segurança (por exemplo,fontes radiactivas). Por outro lado, permite compilar um elevado número de dadosexperimentais, aumentando as potencialidades duma análise numérica e estatística eintroduzindo ferramentas de processamento de dados. Desta forma, a plataforma e-lab é um recurso de e-learning que visa, essencialmente, inverter a desmotivação dosalunos para o ensino das ciências, em particular da Física e da Química, ao mesmotempo que proporciona o desenvolvimento de competências científicas. Para alcançar o objectivo proposto dois canais serão utilizados: as tecnologias e otrabalho laboratorial (TL). 3. Descrição Vários estudos [5-7] comprovam a falta de motivação e interesse dos alunos paracom as disciplinas científicas, afastando-se cada vez mais das mesmas à medida queprogridem no seu percurso académico. Segundo Leal [2,7-10], o aspecto anterior deve--se ao ensino tradicional e à não contextualização dos conceitos científicos que temvindo a ser praticado. Urge, portanto, uma mudança nas práticas de ensino, tendo emconta a actual sociedade científica e tecnológica em que vivemos e as novasmotivações que ela cria nos alunos. A preparação dos alunos para a nossa sociedade da informação e comunicaçãopreconiza a utilização de computadores, de redes e da Internet nas escolas e em casa,particularmente nos processos de ensino/aprendizagem, envolvendo, de forma directae profunda, os professores na promoção e desenvolvimento desses processos. O e-lab engloba todos os aspectos anteriores, dado ser uma plataforma de ensinoassistido por computador através do uso da Internet, sendo, sem qualquer dúvida, umrecurso com grande potencialidade para promover uma melhoria noensino/aprendizagem das ciências. Foi desenvolvido com o intuito de ser umaferramenta de blended-learning (b-learning), ou seja, complementar o ensinopresencial através de experimentação remota (aulas experimentais). 3
  • 4. Não se pretende que a plataforma e-lab venha substituir as práticas laboratoriais,que devem ser consideradas insubstituíveis, mas deverá servir como um complementoa essas mesmas práticas. A “mão-na-massa” é, e será, o método de ensino/aprendizagem por excelência. Emcontrapartida, plataformas de ensino como o e-lab são responsáveis pela introduçãode novas metodologias pedagógicas importantes que permitem uma economia derecursos, para além de permitir uma participação activa dos estudantes na construçãode conteúdos científicos. O projecto e-lab do CRIE (Equipa de Missão Computadores, Redes e Internet naEscola), associado ao já iniciado e adiantado processo de apetrechamento informáticodas escolas dos ensinos básico e secundário, tanto a nível de computadores como anível de banda larga, são um investimento imprescindível e necessário. Neste laboratório virtual é possível realizar experiências reais a partir de qualquercomputador com ligação à Internet (permitindo, portanto, trabalhar na escola e emcasa) sem custos ou consequências colaterais resultantes da experimentação directa,bastando para tal ter instalado um leitor multimédia como o VLC media player ou oQuickTime media player e o Java Web Start. É ainda possível visualizar o filme daexperiência real ao realizá-la, ter acesso a animações gráficas explicativas e simularexperiências, controlando remotamente as mesmas. A utilização destas potencialidades como instrumento de estudo, são umapossibilidade imperdível para as nossas escolas que vivem com limitações orçamentais.A segurança, risco e custo são factores importantes e que aqui ficam completamentesalvaguardados. O âmbito do presente projecto potencia ainda o recurso à plataforma de e-learningMoodle escolhida pelo CRIE, de distribuição gratuita, adoptada por milhares deutilizadores a nível mundial, entre eles inúmeras escolas e universidades nacionais,como suporte de comunidades escolares virtuais, sendo igualmente um excelenterecurso para suportar a formação contínua de professores. A plataforma e-lab permite, de uma forma virtual, recorrendo às TIC (Tecnologiasda Informação e Comunicação), realizar TL (Trabalho Laboratorial) real, com arespectiva aquisição de dados reais. O laboratório virtual e-lab é uma mais-valiainovadora e extremamente importante para o desenvolvimento da literacia científica 4
  • 5. dos alunos, imprescindível na nossa sociedade que se pretende científica, tecnológicae defensora do ambiente e na qual os professores possuem um papel importante.Desta forma, o presente projecto pretende ainda contribuir para a formação contínuade professores de Biologia, de Geologia, de Física e de Química na área do TL e das TIC.Convém ressaltar que a área do TL tem sido reconhecida como uma área poucoexplorada em formação de professores [6]. Pretende-se então potenciar este recursono ensino português das ciências, em particular nas disciplinas das áreas de Biologia,de Geologia, da Física e da Química, contribuindo ainda para uma desmistificação dadificuldade normalmente associada às disciplinas científicas, referenciadas pelosalunos [5,7]. Tendo em conta o infindável número de recursos disponíveis actualmente e a suafacilidade de acesso, é necessária uma preparação adequada dos professores para queestes as saibam utilizar convenientemente em sala de aula, de forma a obterresultados efectivos de aprendizagem dos alunos. Sendo assim, a formação de professores é imprescindível e, em particular, naplataforma e-lab será uma mais-valia indispensável para a correcta utilização desterecurso e possibilita: (i) o conhecimento e a utilização da interface do e-lab; (ii) ajudaro professor na planificação e preparação das ALs, permitindo o acesso, também forada escola, a protocolos e resultados obtidos pelos alunos; (iii) testar, previamente, asALs, promovendo auto-aprendizagens; (iv) realizar ALs já testadas, minimizando errosde operação; (v) conhecer e explorar materiais de apoio dispersos pela Internet; (vi)incentivar o estudo e a preparação, pelos alunos, das ALs; (vii) orientar o estudo dosalunos; e (viii) apoiar, individualmente caso seja possível, alunos com dificuldades deaprendizagem. A plataforma e-lab dispõe também dos recursos necessários à sua aplicação nasdiferentes ALs disponíveis, para os vários níveis de ensino onde se aplicam, sem anecessidade de busca de informação adicional. Esta busca de informação adicional,podendo ser um factor de enriquecimento, podia também ser um factor limitativopara a preparação das várias ALs. Neste momento existem materiais disponibilizados online para seis ALs, tanto paraalunos como para professores. Contudo existem já conteúdos genéricos para mais dedez ALs. 5
  • 6. A empresa Linkare TI – Tecnologias de Informação Lda. (http://www.linkare.com) éa responsável pela criação do REC, software de suporte ao e-lab, criado no contexto doportal e-escola da Universidade Técnica de Lisboa (UTL). Este é acessível através doendereço http://www.e-escola.pt, estando inicialmente a plataforma dirigida aoensino das ciências básicas (Física, Química e Matemática) do ensino universitário. O Instituto Superior Técnico (IST) da UTL com o apoio do ME, através da Direcção--Geral de Inovação e Desenvolvimento Curricular (DGIDC), preparou os materiais deapoio à utilização do e-lab no 3.º ciclo do ensino básico e no ensino secundário, tendoem conta o papel das ciências experimentais no ensino científico. Os guiasexperimentais incluídos no e-lab enquadram-se nas competências essenciais definidaspelo Currículo Nacional do Ensino Básico [3] e nas orientações expressas nos currículosdas disciplinas de Física e Química A [1,11-13]. Na plataforma Moodle da DGIDC (http://modle.crie.min-edu.pt) está disponíveluma disciplina relativa ao e-lab, onde são disponibilizados os materiais referidosanteriormente e outros documentos de apoio, para suportar e orientar a utilização daplataforma por professores e alunos, com acesso restrito aos professores registados. Obviamente que o professor pode e deve inovar ainda mais e pesquisar informaçãoadicional que possa incluir na utilização do recurso e-lab com os alunos. Contudo, oe-lab já inclui materiais validados e aplicados em situação de sala de aula que estãoconstantemente a ser avaliados para uma melhor optimização dos mesmos. É possível encontrar informação sobre o e-lab (Fig. 1) em http://www.e-escola.pt/elab.asp (recomendado para quem nunca utilizou a plataforma e/ou nuncateve formação) ou ter acesso directo à plataforma e-lab através do sítiohttp://elab.ist.utl.pt/rec. 6
  • 7. Fig. 1 – Espaço físico do IST onde se encontra o e-lab. Actualmente a interface do e-lab está em fase de remodelação e actualização,sendo possível a realização das ALs em qualquer altura e em qualquer lugar utilizandoainda a interface antiga (Fig. 2), enquanto a nova interface não está em exploração(Fig. 3). Fig. 2 – Interface antecessora do e-lab. 7
  • 8. Fig. 3 - Interface do e-lab remodelada. Para além da melhoria evidente em termos de imagem, a nova interface daplataforma é mais funcional e intuitiva do ponto de vista do utilizador, para além deter a vantagem de ter o vídeo integrado. No passado, devido às limitações de largurade banda que hoje não se verificam, o vídeo era externo à aplicação. Das várias ALs disponibilizadas na plataforma e-lab, quatro delas já foram alvo deum estudo preliminar (caso tenha interesse em saber os resultados poderá contactarelab@e-escola.pt) realizado por quinze professores de Física e Química queleccionavam na região de Lisboa no ano lectivo 2008/2009, no âmbito de umaformação contínua acreditada realizada nas instalações do IST nos finais de 2009, asaber: (i) determinação da aceleração da gravidade da Terra (g) (Fig. 4); (ii) variação dapressão em função do volume – Lei de Boyle-Mariotte (PV = k) (Fig. 5); (iii) variação dapressão em função da profundidade – Lei da hidrostática (P Vs h); e (iv) tratamentoestatístico de dados através do lançamento de dados (Dados). 8
  • 9. Fig. 4 – Aparato experimental para a determinação da aceleração da gravidade da Terra. Fig. 5 – Aparato experimental para comprovar a Lei de Boyle-Mariotte. 4. Conclusão Durante a realização da acção de formação contínua e após a mesma, a partilha decomentários entre formador e formandos foram bastante positivos e o futuro do e-labrevela-se promissor. 9
  • 10. Através do estudo preliminar, foi possível verificar que o recurso às TIC e ao TL,proporcionados pela plataforma e-lab, são importantes para motivar os alunos para asáreas científicas e para desenvolver competências científicas nos mesmos. Tendo emconta a actual sociedade tecnológica em que vivemos urge cada vez mais a existênciade recursos Web e actividades e-learning para estimular o estudo e a aquisição deconhecimentos por parte dos alunos. O recurso à tecnologia na prática lectiva dos professores nas áreas científicas (e nãosó) oferece inúmeras possibilidades e potencialidades importantes no processoensino/aprendizagem, contudo, é também um desafio para o professor saber utilizareste tipo de recursos. Não sendo a tábua de salvação do momento delicado que aeducação em ciências atravessa desde há alguns anos a esta parte, é, sem qualquerdúvida, um forte aliado para os professores inovarem as suas aulas desde que sepreparem devidamente e consigam criar ambientes de aprendizagem favoráveis,atendendo aos problemas reais que nos rodeiam e à contextualização dos saberes.Desta forma, é possível tornar os actuais currículos dos vários níveis de ensino maisinteressantes para os alunos e para os professores. Nunca é demais lembrar que o uso de qualquer ferramenta, incluindo o recurso àtecnologia, só será fantástica se bem orientada pelo professor. Para tal, o professordeve estar actualizado nas suas práticas lectivas, através, por exemplo, da frequênciade acções de formação contínua. O recurso às novas tecnologias na prática lectiva deve ser introduzido gradualmenteao longo do percurso académico dos alunos. No primeiro e segundos ciclos de ensino éfundamental os alunos trabalharem muito bem a Língua Portuguesa e os cálculosmatemáticos simples, pois, pela nossa experiência, são factores preponderantes demaior dificuldade sentida pelos professores das áreas científicas quando os alunos seencontram no terceiro ciclo e mesmo no ensino secundário, pois continuam semdominar a interpretação de textos e os cálculos matemáticos simples, que lhes irãodificultar e possivelmente desmotivar nas áreas científicas, evitando a escolha dasmesmas para o seu futuro académico e/ou profissional. É ainda nestes níveis de ensinoque os alunos alegam muitas vezes não querer seguir na área científica porconsiderarem ser uma área difícil [2,5, 7-10]. 10
  • 11. É uma questão de literacia básica que qualquer aluno, mesmo que não siga a áreacientífica, deva saber interpretar correctamente um enunciado/texto e realizarcálculos simples sem recorrer à calculadora. As competências anteriores devemcomeçar logo no primeiro ciclo ou mesmo antes, caso seja possível. Para além de permitir o distanciamento de um ensino tradicional, acreditamos quea utilização da plataforma e-lab constitui uma ferramenta extremamente importante eeficaz no processo ensino/aprendizagem. A meta da plataforma não é substituir-se aprática experimental, que consideramos insubstituível, mas sim complementar amesma, fundamentalmente quando as escolas não possuem o equipamentonecessário à realização de alguma AL ou as condições de segurança necessárias. Com o e-lab os professores de Física e Química possuem à sua disposição umaferramenta que permite o armazenamento de inúmeros resultados reais de várias ALse os respectivos conteúdos teóricos subjacentes. Pelos resultados obtidos até agora podemos referir que a plataforma e-lab possuiuma interface de fácil utilização e inclui também todos os materiais necessários para arealização das várias experiências por parte de professores e alunos. O projecto e-lab é um processo contínuo com o objectivo de melhorar e aumentaros materiais já disponíveis na plataforma que conta com a ajuda de todos os seuspotenciais utilizadores. 5. O futuro do e-lab O futuro da plataforma e-lab passa pela utilização que os professores de Física eQuímica façam da mesma. Espera-se, no próximo ano lectivo 2010/2011, alargar a utilização da plataforma e--lab a várias escolas a nível Nacional, na concretização de um estudo mais alargado,onde se pretende demonstrar as potencialidades desta plataforma e consequenteextensão à totalidade das escolas públicas e privadas e mesmo universitáriasportuguesas. Se é professor de Física e Química numa escola pública ou privada contacte-nosatravés do endereço elab@e-escola.pt a mostrar interesse em fazer parte deste estudoe comece desde já a utilizar o e-lab nas suas práticas lectivas. 11
  • 12. Para os interessados em participar no estudo serão facultados todos os recursos eorientações para a realização das várias ALs, independentemente do(s) nível(eis) deescolaridade que leccionem, bem como uma formação de curta duração paraconhecimento da plataforma. Na impossibilidade de deslocação do formador à escola,a formação será realizada por videoconferência. Os professores que fizerem parte do estudo terão ainda direito a estaremregistados na plataforma Moodle onde se encontram alojadas todas as informaçõessobre a plataforma e-lab e terão ainda a oportunidade de frequentar uma acção deformação contínua acreditada, assegurada para já apenas na região de Lisboa. É igualmente possível efectuar a marcação de visitas de estudo para alunos eprofessores terem contacto com a realidade da plataforma e-lab, que se encontra nasinstalações do IST. O futuro do e-lab passa, inevitavelmente, pela utilização mais ou menos exaustivadas tecnologias disponíveis e do trabalho experimental, sempre de forma concertada eatravés da aposta na formação contínua de professores, com o objectivo final de trazerpara as áreas científicas, em particular da Física e da Química, alunos motivados,interessados, criativos e com o “bichinho” científico dentro deles. Para demonstrar alguma da tecnologia utilizada pela plataforma e-lab, existem noYouTube alguns vídeos demonstrativos da plataforma e-lab. Poderá consultar algunsdos vídeos em: • http://www.youtube.com/watch?v=G3dwbl7EtIM&feature=related (e-lab para todos); • http://www.youtube.com/watch?v=M9F3QDGD5CY (a exploração do e-lab no ensino); • http://www.youtube.com/watch?v=Y9m4oqBo5-U&feature=related (e-lab: exemplo de aplicação).Referências bibliográficas[1] Caldeira, H., Martins, I. P., Magalhães, M. C., Simões, M. O., Simões, T. S., Lopes, J. M. G., Costa, J. A. L., Pinto, P., Bello, A., San-Bento, C., & Pina, E. P. Programa 12
  • 13. de física e química A – 10.º ano. Lisboa: Ministério da Educação, Departamento do Ensino Secundário, 2001.[2] Leal, S. C., Leal, J. P. & Fernandes, H. e-lab platform: promoting students interest in science INTED2010 Proceedings, ISBN 978-84-613-5538-9. L. Gómez Chova, D. Martí Belenguer, I. Candel Torres (Eds.); 2010, 8-10 Março, International Association of Technology, Education and Development IATED, Valencia. p. 2810-2819, 2010.[3] Ministério da Educação, Departamento do Ensino Básico. Programa de ciências físicas e naturais: Orientações curriculares para o 3.º ciclo. Lisboa: Autor, 2001.[4] SEPUP. Science Education for Public Understanding Program. Recuperado em 2008, Agosto 21, de http://www.lhs.berkeley.edu/SEPUP.[5] Paiva, J. O fascínio de ser professor. Lisboa: Texto Editores, 2007.[6] Martins, A., Malaquias, I., Martins, D. R., Campos, A. C., Lopes, J. M., Fiúza, E. M., da Silva, M. M. F., Neves, M., & Soares, R. Livro branco da física e da química (1.ª ed.). Aveiro: Minerva Central, 2002.[7] Leal, S. C. A química orgânica no ensino secundário: percepções e propostas. Dissertação de Mestrado inédita. Aveiro: Universidade de Aveiro, 2006.[8] Leal, S. C., Fernandes, H. & Leal, J. P. Laboratório virtual e-lab: uma plataforma de ensino das ciências. XIII Encontro Nacional de Educação em Ciências Proceedings, ISBN 978-989-95831-2-2. Escola Superior de Educação, Instituto Politécnico de Castelo Branco (Eds.); 2009, 24-26 Setembro, Escola Superior de Educação, Instituto Politécnico de Castelo Branco, Castelo Branco. p. 1557- 1560, 2009.[9] Leal, S. C. & Leal, J. P. Pedagogical material that promotes students interest in science. 6th International Conference on Hands-on Science Proceedings, ISBN 978-989-95095-5-9. Costa MF, Darrío BV, Patairiya MK (Eds.); 2009, 27-31 Outubro, Science City, Ahmedabad – Índia. p. 161-164, 2009.[10] Leal, S. C. & Leal, J. P. Why are students not attracted by physics and chemistry? EduLearn09 Proceedings, ISBN 978-84-612-9802-0. L. Gómez Chova, D. Martí 13
  • 14. Belenguer, I. Candel Torres (Eds.); 2009, 6-8 Julho, International Association of Technology, Education and Development IATED, Valencia. p. 4019-4022, 2009.[11] Martins, I. P., Costa, J. A., Lopes, J. M., Simões, M. O., & Simões, T. S. Programa de física e química A – Componente de química – 11.º ano. Lisboa: Ministério da Educação, Departamento do Ensino Secundário, 2003.[12] Fiolhais, M., Cardoso, E., Paixão, J. A., Sousa, M. C. A. & Nogueira, R. Programa de física – 12.º ano. Lisboa: Ministério da Educação, Direcção-Geral de Inovação e Desenvolvimento Curricular, 2004.[13] Martins, I. P., Costa, J. A., Lopes, J. M., Simões, M. O., Claro, P. R., & Simões, T. S. Programa de química – 12.º ano. Lisboa: Ministério da Educação, Direcção- -Geral de Inovação e Desenvolvimento Curricular, 2004. 14