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Tecnologia no ensino de Física

Liane Tarouco

Ensinando Físican O conhecimento científico (Ciência oficial) evoluiu

com o passar dos tempos– a partir de conceitos espontâneos

• Física do senso comum, física intuitiva ouainda física qualitativa

– através de um processo de depuração por meiode experimentação cuidadosa e interpretaçãorigorosa

• Física tradicional, quantitativa.

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Física do senso comum

n As pessoas tem idéias razoavelmenteacuradas sobre o movimento doscorpos em situações familiares?

n Isto nem sempre ocorre.n No ensino de Física, muitas vezes

certas concepções pertencentes aosenso comum entram em conflito comos endossados pela Ciência.

Conceitos espontâneosn Até há pouco tempo, quando um tal conflito ocorria,

aquela concepção era rotulada de errada– misconceptions– misunderstandings– conceitos espontâneos– representações alternativas– ciência infantil.

n Apresentam notável concordância com a formulaçãomantida pelos filósofos até os tempos de Newton.

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Exemplos de conceitos errados

n O conceito de que um objeto impulsionado (pelamão, por um canhão, etc.) adquire algo, um impulso(ou ímpeto, como o chamavam os filósofos pré-Newtonianos) que lhe permite continuar a mover-se(possivelmente aumentando a velocidade) mesmoapós terminar a ação do impulsionador, enquanto vaisendo consumido ou dissipado esse ímpeto, após oque o movimento termina.

n Assim, no caso de uma bala lançada por um canhão,sua velocidade aumentaria até um máximo após oque, extinto o ímpeto, cairia ela verticalmente pelaação de seu peso.

Exemplo de conceito errado

n O conceito de que a força aplicada a um objetorelaciona-se com a velocidade que possui.– Desta forma, se o objeto está parado, não haveria

nenhuma força atuando sobre ele.– Ao contrário, se um objeto está em movimento,

haveria necessariamente uma força.nn Note-se que este conceito implicaria que um objetoNote-se que este conceito implicaria que um objeto

em repouso não sentisse a influência da força daem repouso não sentisse a influência da força dagravidade, mas somente quando estivesse caindo!gravidade, mas somente quando estivesse caindo!

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Exemplo de conceito errado

n O conceito de que um objeto movendo-se emtrajetória curva adquiria um ímpeto circular,uma memória do movimento que realizava, aqual tenderia a mantê-lo em trajetória curva.– Tal seria o caso de uma pedra lançada por

uma funda.

Movimento curvon Experiência de Piaget: a criança tem de acertar com

uma funda uma pedra no orifício de uma caixa aalguns metros de distância– Qual o momento ideal para a liberação da pedra?

• Antes dos dez anos, é freqüente a criançaresponder que é quando a pedra está no pontomais próximo da caixa ou ainda que é no pontomais próximo, embora liberte-a corretamente a90° da direção da caixa!

n Até os dez anos, a criança sabe como realizar atarefa, embora não seja capaz de explicar como afaz (Piaget)

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Exemplo de conceito errado:queda livre

n O conceito de que a velocidade de queda de umobjeto depende do seu peso, isto é, um objetopesado cai mais rápido que um leve.

Formalização

n Muitas pessoas estão ainda num estágio dodesenvolvimento cognitivo em que formalizemsituações deste tipo diferentemente do que asrealizem?

n Aparentemente não pois McCloskey realizouexperimentos em que um terço dos participantesadultos efetivamente tentavam que um objetorealizasse uma trajetória curva após a sua liberaçãopela mão impulsionando-o num movimentocurvilíneo!

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Aquisição de conceitosn Todos nós, desde as nossas

primeiras explorações do mundoque nos rodeia, começamos aadquirir espontaneamenteconceitos sobre o funcionamentoda máquina do mundo.

n São esses conceitos que nos permitem viver odia-a-dia, deslocarmo-nos, mover objetos, utilizarartefactos simples como alavancas, manivelas,torneiras, janelas, gavetas, cestos de papéis, emesmo praticar desportos como futebol, tenis, tirocom arco, etc.

Conceitos oficiais x esquemasespontâneos

n Vários autores apontam que durante o processo deaprendizado formal de física, os conceitos oficiaissuperpõem-se aos conceitos espontâneos em lugar desubstituí-los

n Os conceitos espontâneos afloram ocasionalmentedurante a resolução de problemas:– Quando o problema envolver muitos elementos formais

usarão a aprendizagem formal;– Quando o problema envolver elementos do dia-a-dia e com

características bem figurativas ou capazes de estimular apercepção, usarão o esquema espontâneo

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O valor da experiência

n A maioria da população parece ter necessidade daexperiência como validação para a sua própriaconvicção, ainda que não tenha feito a experiência

Aprendizagem

n Estas situações estimulam o indivíduo a umamudança de comportamento

n Mudanças no comportamento humano e suascapacidades para comportamento específicosocorrem em decorrência de sua experiência emcertas situações

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Ensino x aprendizagem

n Aprendizagem: processo que faz esta mudançaacontecer

n Situação de aprendizagem: situação que ativa oprocesso

Alguns princípios de aprendizagem

n Mudanças no comportamentohumano e suas capacidades paraexecutar determinadas tarefasocorrem após experimentação emcertas situações

n Tais situações estimulam o indivíduoa alterar o comportamento

Aprendizagem: processo que leva aacontecer esta mudança

Situação de aprendizagem é a que colocaeste processo em ação

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Construtivismo

Piaget

Construtivismo

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Aquisição do conhecimento

n Investigaram a compreensão do mundo físicoutilizando computadores e técnicas de InteligênciaArtificial com a proposta de construir um engenheiroartificial ou um cientista artificial.– O conhecimento físico da cinemática e as leis de

Newton compreendiam apenas uma pequenafração do conhecimento necessário para resolvermesmo problemas simples.

– Muito do conhecimento é pré-físico e não égeralmente tornado explícito ou ensinado nassalas de aula, antes é acumulado por crescer-seno mundo físico.

Aprender sem reinventar a roda

n Transformar essa visão não é tãosimples quanto fornecer aos alunosexperiências adicionais ou dadossensoriais.

n Envolve também ajudá-los areconstruir as suas teorias oucrenças, a experimentar, por assimdizer, as evoluções paradigmáticasque ocorreram na história da ciência

n Alunos, do mesmo modo que cientistas,constróem uma visão de mundo que os capacitaa lidarem com situações.

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Situação de aprendizagem

n A situação de aprendizagem tem duas partes:– Interna

• conhecimento prévio do estudante• estados da mente que o estudante leva para o

processo de aprendizagem– Externa

• requer a interna parapoder aprender

Criando condições de aprendizagem

n Planejar situações de aprendizagem queincluam os princípios desejáveis

n Mas também deve levar em conta todo umconjunto de fatores que influenciam aaprendizagem

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Instrução

n Organizar deliberadamente eventos externosprojetados para apoiar o processo de aprendizageminterno.

n Eventos de instrução– escolhidos, representados na comunicação e

outros estímulos oferecidos ao estudante– Constituem condições externas de aprendizagem– Visam ensejar o processamento interno que leva

à aprendizagem

Multimídia

Combinação de

• texto• som• vídeo

para apresentar informação

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Elementos para a produção demultimídia

Motivação para o uso damultimídia

n Como os jovensaprendem atualmente?

n Teoria das múltiplasinteligências (Gardner)

n Teoria de percepçãobaseada na ideia de queaprendemos através denossos sentidos e que estaaprendizagem gera umaimagem mental que leva àcompreensão

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Info-tatics e multimídia

n Numa sociedade onde interesses poderososempregam dados visuais para persuadir (Alvin Tofflerchamou de info-tatics) os educadores devem sercapazes de empregar multimídia nos ambientes deensino-aprendizagem que constróem.

Popularidade da multimídia

n A multimídia é popular porque:– muitas pessoas usam recursos multimídia no

trabalho, na escola, em casa– Como as pessoas tem mais contacto com tais

recursos existe a natural expectativa de que osmesmos sejam usados em todas as situaçõespossíveis:

• compras• home-banking• educação

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Metas almejadas com multimídiaeducativa

n Efetividade: Aprender de uma melhor forma– precisão ao relembrar– retenção– transferência– generalização das habilidades

n Eficiência:– mesma quantidade de aprendizagem em menor

tempo

Metas almejadas com multimídiaeducativa

n Atratividade– devotar tempo e energia à atividade de

aprendizagem– retornar para rever e revisar– atitude e motivação

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Áudio, vídeo e interatividade

n Eficiência de uma mistura de áudio e vídeo.n Milbank (1994) mediu impacto da interatividade em

tempo realn A taxa de retenção de informação dos alunos elevou

de 20% (usando métodos de aula comuns) para75%.

Melhoria na qualidade daaprendizagem

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Tecnologia e aprendizagem

TecnologiaTecnologiainstrucionalinstrucional

Pesquisa eTeorias deAprendizagem

Problemas práticosde ensino-aprendizagem

PBL-Problem Based Learning

n Estudantes constroem e enriquecem seus esquemasmentais quando suas mentes são engajadasesforçando-se para relembrar ou aplicar algum novoconceito ou princípio

n Informação sobre resultado ajuda a enriquecer oesquema mental do estudante

n Estudantes são menos dependentes de orientaçãousando com maior independência o material deaprendizagem disponível

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Physlets = Applets para Física

Projeto visual

Fotografia Ilustração Gráfico conceitual Gráfico estilizado Descrição verbal Nome/rótulo

Abstrato

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Alguns exemplos

n Filmen Filme e animação - célulan Animação interativan Laboratório virtual

Raio e outros filmes

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Célula

celula.swf

Carros

carro2.swf

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Laboratório de Física

resistencias.swf

Grau de realismo eaprendizagem

Grau de realismo

.ApArendizagem Não realístico moderadamente muito

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Realidade virtual

Realidade virtualn O mundo virtual é contextualizado de maneira

similar ao ambiente correspondente do mundoreal no qual determinados conhecimentos ehabilidades são requisitados.

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Cenários mais complexosn Realidade virtualn Sensor de proximidade

Laboratório virtual

n Uso de Realidade virtual paraconstruir um laboratório virtualcom bots que reagem àsações dos usuários

n Tutor virtual que interage comose fosse um ser humanotilizando a tecnologia de chatrobots.

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Agentes pedagógicos animados

n Personalidades sintéticas, geradascomputacionalmente no mundo sintéticopodem proporcionar realimentaçãointelectual e social aos estudantesmimetizando tipos de interações queocorrem num ambiente deaprendizagem construtivista.

n Agentes autônomos que apoiam oaprendizado humano através dainteração com os estudantes nocontexto de um ambiente interativo deaprendizado

CAVE

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THING

Telepresença

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O estudante neste novo cenário

n Um novo tipo de estudante: no controle, emcomunicação

n Universidade sem paredesn Infovia onde cada estudante tem sua própria rampa

de acesso

Educação neste novo cenário

n Educar através da Rede não é transpor para outroambiente modelos já existentes de Educação eCognição

n A Internet não é mágica

Colocar informação noWWW é relativamente fácilmas isto pouco pode ter aver com educar