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O USO DE ANIMAES COMO ELEMENTO MOTIVADOR DE APRENDIZAGEM

Maria Ins Castilho [mariaic@terra.com.br] Colgio Marista Rosrio, Praa Dom Sebastio, 02.

Bairro Independncia, 90035-080, Porto Alegre, RS Brasil. Trieste Freire Ricci [ricci@if.ufrgs.br]

Instituto de Fsica UFRGS Caixa Postal, 15051. Campos do Vale, 91501-570, Porto Alegre, RS Brasil.

Resumo

O presente trabalho procura mostrar a contribuio do uso de animaes computacionais no ensino de Fsica na escola mdia. Fazendo uso sistemtico de animaes produzidas em flash, com a finalidade de ilustrar o conhecimento de conceitos introdutrios teoria da Relatividade Especial junto de um grupo de alunos de ensino mdio do Colgio Marista Rosrio, Porto Alegre, RS, pode se constatar a eficcia desta tcnica em promover o aprendizado significativo de conceitos bsicos da Relatividade Especial, bem como para a deduo de relaes matemticas fundamentais que so decorrncia lgica dos postulados de Einstein. A metodologia usada permitiu aos alunos se manterem interessados, participativos e questionadores durante as aulas.

Palavras-chave: simulaes; animaes computacionais; relatividade especial.

Introduo

A abordagem de assuntos de Fsica, em aulas tradicionais, com apenas giz, quadro verde, livro, exerccios impressos, e muita boa vontade do professor, s vezes, no so suficientes para uma compreenso total de um determinado assunto. Descobrir caminhos pelos quais se possa promover a compreenso correta de conceitos fundamentais de Fsica tarefa de todo professor. E, tendo em vista que, atualmente, um grande nmero de escolas dispe de salas ou laboratrios equipados com computadores, fcil implementar algumas atividades aos alunos onde o contedo pode ser desenvolvido a partir de animaes computacionais.

O computador como instrumento didtico tem sido usado com parcimnia mesmo em escolas bem estruturadas, muito embora o acesso fcil a computadores exista j h vrios anos. J em 1985 havia um crescente interesse pelo uso do computador no ensino. O fator custo baixo aliado ao fator convivncia pacfica entre usurio e mquina, leva questo da utilizao de computadores na Educao em geral e, em particular, no ensino de Fsica (ROSA, 1995). O autor destaca as potencialidades do computador como instrumento de ensino e entre elas est a possibilidade de simulao de fenmenos fsicos, indicando ser esta a mais utilizada como ferramenta no ensino de Fsica, seguida pela potencialidade da coleta e anlise de dados.

O importante aspecto da disciplina de Fsica trabalhar com alguns conceitos que envolvem altas doses de abstrao e ter na matemtica a ferramenta essencial para o desenvolvimento da Fsica como Cincia, para alguns alunos, pode ser fator determinante para a no compreenso do conceito fsico propriamente dito. Para facilitar a percepo de fenmenos fsicos que esto longe de afetar nossos sentidos, como o movimento de partculas subatmicas, de corpos em alta velocidade e de outros processos complexos, comum a utilizao de ilustraes mesmo para fenmenos dinmicos. Estamos acostumados a essas imagens, mas sabemos que a interpretao das mesmas, a partir da articulao gestual pelo professor, faz-se necessrio na maioria das vezes. Assim, a simulao por computador seria uma soluo para esses casos.

Segundo Piaget, as mudanas na estrutura cognitiva so partes do desenvolvimento do indivduo. E esse desenvolvimento surge a partir da ao que desencadeada por estmulos originados no meio exterior ou por uma necessidade interior de satisfazer seus prprios anseios. A busca pela satisfao dessas necessidades, que pode ser at mesmo uma resposta a um

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questionamento interior, gera a ao. Satisfeita essa necessidade, surgem outras, e a ao que gera um equilbrio desequilibrada pelas transformaes que aparecem no mundo, exterior ou interior, e cada nova conduta vai funcionar no s para restabelecer o equilbrio, como tambm para tender a um equilbrio mais estvel que o do estgio anterior a esta perturbao (PIAGET, 2002).

A percepo de um fenmeno fsico a partir da ao do indivduo sobre o fenmeno, seja de forma direta num experimento real de laboratrio ou atravs da manipulao de animaes que simulam o fenmeno em questo, tem um significado bem mais profundo do que uma mera resposta operante automtica a um dado conjunto de estmulos. Para Piaget, a cognio humana tambm um processo biolgico, e o indivduo traz consigo, desde o nascimento, uma espcie de programa gentico flexvel capaz de sofrer evolues graduais. Isso se d atravs de um processo que ele chamou de maturao, em que as estruturas se modificam parcial e sucessivamente pela aquisio de conhecimento, seja atravs de experincias com o meio ambiente ou pela influncia do meio social. Piaget caracterizava como funes os modos biologicamente herdados da interao com o ambiente (1975, p.28). O aprendizado que envolve a construo do conhecimento se origina do aperfeioamento das funes sensrio-motoras do indivduo e a simulao de um evento permite ao indivduo interagir com o fenmeno fsico de forma indireta, manipulando variveis. Por essa razo, a teoria piagetiana tambm classificada como interacionista, pois atravs da ao com os outros e com o ambiente que ocorrem as condies necessrias para as mudanas das estruturas. O desenvolvimento cognitivo consiste, assim, numa sucesso de mudanas e essas mudanas so estruturais, originadas por esquemas de assimilao criados pelas condies prprias do organismo.

Tanto o modo como est organizado o pensamento como a forma com a qual o professor apresenta um novo conhecimento ao aluno so fatores preponderantes para que se efetivem mudanas nas estruturas cognitivas. Piaget considerava haver uma necessidade de ao para o aprendizado, mas esta no tem que ser, necessariamente, uma ao motora. Uma ao lgico-matemtica, um pensamento estruturado e o racionar sobre algo em que se est analisando so tambm aes. A ao supe sempre um interesse que a desencadeia, podendo se tratar de uma necessidade fisiolgica, afetiva ou intelectual (PIAGET, 2002). As simulaes por computador despertam no indivduo esta necessidade de interao.

As simulaes por computador no ensino de Fsica

As simulaes podem ser vistas como representaes ou modelagens de objetos especficos reais ou imaginrios, de sistemas ou fenmenos. Elas podem ser bastante teis, particularmente quando a experincia original for impossvel de ser realizada pelos estudantes (MEDEIROS apud RUSSEL, 2001). Experimentos perigosos ou de realizaes muito caras, assim como aqueles que envolvem fenmenos muito lentos ou extremamente rpidos em comparao com nossas escalas de tempo cotidianas esto, tambm, dentro da classe de eventos que so alvos prioritrios de simulaes computacionais no ensino de Fsica. O uso de animaes uma estratgia de atender s necessidades individuais dos estudantes, e o computador como uma ferramenta que possibilita retirar do professor a necessidade de ensinar aos seus estudantes os mesmos materiais, de um mesmo modo e ao mesmo tempo (MEDEIROS apud SMIDT, 1982).

As simulaes de fenmenos fsicos podem ser classificadas em duas grandes categorias: estticas ou dinmicas. No primeiro caso, [...] o modelo do fenmeno j se encontra pronto, cabendo ao aluno, simplesmente a manipulao de parmetros e a observao do que acontece. No segundo caso, a simulao dinmica, cabe ao aluno um modelo explicativo do fenmeno e sua implementao. Isso pode ser feito via programao ou pela escolha, dentre situaes j programadas, daquelas que ele (o aluno) julgue ser a mais correta a cada caso (ROSA, 1995). As simulaes estticas, mais simples e mais numerosas quanto disponibilidade de encontr-las prontas na Internet, so bastante adequadas ao ensino mdio. Uma viso animada de determinado fenmeno fsico apresentada e o aluno pode observar, analisar e concluir a partir de perguntas propostas. Ou poder interagir acessando diferentes alternativas e, a partir delas, que so parmetros

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para a ao, permitir que sejam efetivadas mudanas no fenmeno em estudo. Nas simulaes dinmicas se faz necessrio um pouco mais de conhecimento do aluno, do que no caso anterior. A interao se faz pela ao do aluno como programador ou, no mnimo, como um manipulador de situaes previamente programadas e, dentre elas, a escolha daquela mais adequada situao por ele imaginada. Certamente, neste caso, o desafio maior e, portanto, a compreenso do fenmeno fsico em estudo estar num nvel mais elevado.

Nas simulaes computacionais no ensino de Fsica o aluno tem a oportunidade de fazer uma descoberta do fenmeno fsico, onde, a partir do controle da animao de forma lenta e gradual, em repetidas vezes, o estudante se permite interagir com o fenmeno fsico de forma simulada, com controle sobre a ao do fenmeno, mantendo o seu ritmo de aprendizado. O incentivo de continuidade na busca pela compreenso do fato dado pela percepo visual e dinmica manipulveis at certo grau de permissividade da prpria animao. Quando as possveis solues de um problema podem ser discutidas, controladas e repetidas quantas vezes for necessrio, as chances de aprendizado efetivo crescem. Na medida em que informaes so interpretadas e utilizadas pelo usurio, estas atualizaes operam sobre o indivduo, que, pelo prprio acoplamento nas interfaces da mquina, a partir das diversas possibilidades oferecidas, se renova e se modifica, desenvolvendo e participando ele mesmo, de um processo criativo contnuo e imprevisvel (TAROUCO, 2003), Alm de motivador, a analise de simulaes interativas tambm um elemento didtico que permite estabelecer relaes cognitivas abertas em que o indivduo se permite errar e aprender com o erro, errar e no se sentir pr-julgado no seu erro, tentar novamente at chegar a ter conscincia do aprendizado. Muito longe da memorizao, as simulaes oportunizam a realidade do aprender fazendo.

Exemplo de uso de animaes no Ensino Mdio

Simulaes por computador foram utilizadas num curso de Relatividade Especial desenvolvido com um grupo de 15 alunos de ensino mdio do Colgio Marista Rosrio, Porto Alegre, RS. Todas as animaes utilizadas foram criadas com exclusividade para serem aplicadas no referido curso. Desenvolvidas em Flash MX, programa da Macromedia, as animaes cresceram de complexidade no decorrer do curso. Inicialmente, consistiam de elaboraes extremamente simples com explorao apenas da observao do aluno e com o objetivo de retomada de conceitos da relatividade clssica. A partir dessa observao, o aluno poderia melhorar a compreenso do texto que acompanhava a simulao. Tambm poderia repeti-la quantas vezes fosse necessrio. Progressivamente, as animaes foram se tornando mais interativas, onde o aluno redescobre os princpios fsicos pela anlise do fenmeno, pelo clculo de dados obtidos ou sugeridos, e pela manipulao de variveis apresentadas, chegando at a relaes matemticas referentes ao conhecimento apresentado. As animaes tornaram-se tanto mais complexas quanto a necessidade de reter o pensamento do aluno o mais prximo possvel do desejado pelo professor.

Abaixo esto transcritas, na forma de figuras, algumas imagens de duas animaes utilizadas. Ao todo foram desenvolvidas e aplicadas 21 animaes num total de 9 encontros de dois perodos cada.

Figura 1.

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Figura 2.

As figuras 1 e 2 so referentes animao em que se analisam as posies em funo do tempo de uma esfera que cai da janela de um veculo em movimento. O aluno j conhece a relatividade clssica no que se refere a movimentos clssicos como o exemplo da simulao acima. Todo professor menciona esse exemplo ou outro semelhante a esse em suas aulas introdutrias ao conceito de movimento e repouso em relao a referenciais. O aluno pode imaginar o fenmeno sem a simulao, mas certamente, a visualizao das duas trajetrias sendo construdas a partir de dois referenciais, um dentro do veculo e outro fora levar a uma compreenso efetiva do conhecimento de forma a proporcionar mudanas das estruturas cognitivas do aluno. O aluno ou o professor pode levantar questes como por exemplo: As posies ocupadas pela esfera, na realidade, esto situadas sobre uma reta ou sobre uma parbola? E ainda, questionar sobre o significado da palavra espao, sobre o problema das medidas dos instantes em que o mvel encontra-se em determinadas posies e tambm sobre a importncia de se adotar um referencial no estudo de movimentos. A anlise do movimento atravs da animao permite ao aluno chegar facilmente a concluses referentes s questes levantadas.

No decorrer do curso foram apresentadas vrias animaes em que se pretendeu elevar de forma gradativa o nvel da participao efetiva do aluno. Em se tratando de uma simulao mais elaborada, com exigncia de uma ao lgico-matemtica por parte do aluno, apresentamos a deduo da frmula da dilatao temporal. Fora utilizado o relgio de luz, idealizado por Albert Einstein, como objeto que se desloca a velocidade constante em comparao com outro relgio de luz idntico ao primeiro, porm em repouso em relao ao mesmo referencial. Enquanto este permanece em repouso, o outro relgio percorre certa distncia na horizontal, ou seja, na direo perpendicular ao deslocamento da frente de onda. Observe a figura 03 que equivale a uma etapa intermediria da simulao. Durante a animao possvel observar as frentes de onda que se deslocam entre os espelhos do relgio em movimento representado direita na figura e do relgio em repouso. Neste, o intervalo de tempo menor que naquele que se desloca entre os espelhos do relgio em movimento. Sem qualquer explicao extra, o aluno consegue perceber o fenmeno da dilatao temporal, porque a simulao permite que o movimento seja visualizado e no imaginado como est fazendo o leitor deste artigo.

Figura 3.

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Figura 4.

Figura 5.

O aluno teve a oportunidade de repetir a animao quantas vezes ele achou necessrio. A totalidade das animaes encontravam-se disponveis em www.maristas.org.br, Colgio Rosrio, no link Relatividade Especial.

Concluso

A experincia didtica realizada permitiu coletar dados relevantes referentes ao assunto. Entre eles podemos citar que o aluno deve repetir a animao mais de uma vez, antes e depois do questionamento, durante a aula e tambm longe do professor e do instante em que lhe foi apresentado esse conhecimento. No entanto, para que isso ocorra, a animao deve estar disponibilizada na Internet, num site de conhecimento do aluno ou ento em um programa que o aluno possa fazer uso mesmo longe das dependncias da escola. A nfase dada na observao da animao em repetidas vezes, ao ritmo do aprendizado do aluno. Muitas vezes, elas podem ser usadas como reforo de aprendizagem e, quando disponibilizada, na Internet, o aluno poder fazer uso dela distncia.

Alm do uso direto em sala de aula, a criao de um laboratrio de demonstraes virtuais possibilita a disponibilizao do material elaborado para as aulas, para acesso posterior pelos alunos (YAMAMOTO; BARBETA, 2001). Essa capacidade de acesso e manipulao da animao em sala de aula presencial ou distncia, um grande aliado aprendizagem e no pode, em hiptese alguma, ser um obstculo a ela. Portanto, a qualidade visual e a capacidade informativa da animao devem ser levadas em considerao quando da escolha ou criao da mesma. As simulaes devem ser desenvolvidas de forma e evitar uma sobrecarga informativa nos estudantes, de forma que botes, medidores, grficos, etc., somente devem ser includos se forem realmente importantes para a discusso proposta. E, ao mesmo tempo, evitar a apresentao de simulaes que possam ser simples demais, o que poderia acarretar um desinteresse da turma pelo uso da ferramenta. Ainda, a simulao deve ser compreensvel at mesmo ao aluno menos informado do

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assunto e, para isso, ela deve ser acompanhada de um roteiro exploratrio ou uma seqncia orientada de procedimentos de manipulao ou ainda, de uma exposio oral por parte do professor. As duas primeiras alternativas expostas so as mais indicadas pois uma simulao deve ser, em princpio, auto-informativa.

O uso do computador e, em especial as simulaes de experimentos, so fatores importantes para a efetivao do aprendizado e a utilizao dessa nova tecnologia deve ser feita de maneira equilibrada, reflexiva e nunca exclusiva. O entusiasmo decorrente das vantagens de utilizao de simulaes no ensino de Fsica pode acarretar num menosprezo pelas outras formas de ensino, o que no recomendvel de forma alguma. Em muitos aspectos, essa mudana equivale quebra de um antigo paradigma educacional baseado em aulas expositivas e laboratrios tradicionais. H um grande risco na adoo acrtica das simulaes no ensino de Fsica, pois elas apresentam certas desvantagens, algumas vezes negligenciadas. Seria primordial notar-se que um sistema real freqentemente muito complexo e as simulaes que o descrevem so sempre baseadas em modelos, que contm, necessariamente, simplificaes e aproximaes da realidade (MEDEIROS apud BERGQVIST, 2000).

O uso de animaes por computador permite proporcionar ao aluno um ambiente que retoma, em parte, o experimento didtico de laboratrio. A percepo visual animada do fenmeno interfere de forma positiva no aprendizado. A interao do usurio do computador atravs de manipulao de variveis com possibilidade de at parar o evento para uma anlise mais detalhada, repetir o fenmeno fsico, refazer uma seqncia de forma mais lenta e estruturar sua ao a seu prprio ritmo so fatores motivacionais e estimulantes na busca do conhecimento. As simulaes computacionais contribuem de forma significativa no processo de aprendizagem. A partir de simulaes de experimentos e de atividade interativas, torna-se mais acessvel e porque no dizer, mais ldico o processo de compreenso e uso dos conceitos de Fsica.

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