Tecnologias Digitais Acopladas a um Ambiente Virtual de Aprendizagem para o Ensino de Física

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1 PIBIC-UFU, CNPq & FAPEMIG Universidade Federal de Uberlândia Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação DIRETORIA DE PESQUISA Tecnologias Digitais Acopladas a um Ambiente Virtual de Aprendizagem para o Ensino de Física Analiene Corrêa de Lima 1 Universidade Federal de Uberlândia, Av. João Naves de Ávila, 1212 Santa Mônica CP Uberlândia MG analienelima@gmail.com Silvia Martins dos Santos 2 Universidade Federal de Uberlândia, Av. João Naves de Ávila, 1212 Santa Mônica CP Uberlândia MG Smartins.silva@gmail.com Eduardo Kojy Takahashi 2 Universidade Federal de Uberlândia, Av. João Naves de Ávila, 1212 Santa Mônica CP Uberlândia MG ektakahashi@ufu.br RESUMO: Este trabalho descreve os resultados preliminares de uma pesquisa em desenvolvimento, referentes ao primeiro período de seis meses de vigência da bolsa de Iniciação Científica de uma acadêmica do curso de Letras em um trabalho multidisciplinar envolvendo aquela área do conhecimento humano e as áreas de Física e Engenharia. Nesta etapa, foram estudados e analisados os conceitos associados às características de design, estruturação e metodologias de aplicação de hipertextos, hipermídias e wikis para ambientes virtuais de aprendizagem na Internet. A partir disso, iniciou-se a análise de um material produzido por alunos do curso de Licenciatura em Física da UFU, na forma de hipertextos e vídeos educacionais, objetivando a sua integração em um ambiente virtual de aprendizagem para o ensino de Física. Os hipertextos produzidos abordam os conceitos mais inclusivos da área, como matéria, energia, espaço, massa e outros, e deverão dar suporte didático a diversos softwares desenvolvidos em realidade virtual, além de vídeos educacionais e mapas conceituais desenvolvidos por outros componentes do Núcleo de Pesquisa em Tecnologias Cognitivas (NUTEC) da UFU. Pretende-se ainda, no desenvolvimento desse projeto, estudar, propor e avaliar metodologias de ensino de Física para os níveis de ensino médio e superior, suportadas pelo ambiente de aprendizagem em construção. Espera-se despertar a curiosidade dos estudantes e ajudá-los a reconhecer a Física como um empreendimento humano e mais próxima a eles, incentivando-os para carreiras científicas e, além disso, propiciando para os mesmos uma boa formação científica que faz parte de um pleno exercício da cidadania. Palavras-chave: Hipertextos, hipermídias, bases wikis. 1 Acadêmica do Curso de Letras da UFU 2 Orientadores - Instituto de Física da UFU

2 1. INTRODUÇÃO Na busca de soluções que facilitem a aprendizagem significativa ao aluno, as novas tecnologias computacionais estão cada dia mais presente e sendo utilizadas no ensino. Okada, Santos e Okada (2008) afirmam que conhecimento científico e tecnologia crescem aceleradamente provocando um contexto dinâmico, sempre em transformação. Não apenas o número de fontes de referências tem aumentado drasticamente como também são atualizadas continuamente. Enfrentar a avalanche de dados acompanhando as inovações é um desafio para todos. Assim, torna-se imprescindível a atualização e disponibilização de material didático de qualidade, para servir de referência a professores e alunos de qualquer nível de ensino. A criação de um ambiente virtual de aprendizagem com recursos de comunicação síncrona (chats) ou assíncrona (fóruns e/ou s) entre os usuários, vem colaborar muito com o processo de construção do conhecimento, estimulando o desenvolvimento da autonomia intelectual, da metacognição e da atitude colaborativa e pró-ativa na busca do conhecimento, especialmente quando o conteúdo refere-se à área de Física, uma matéria considerada difícil e desagradável pela maioria dos alunos. Segundo Ostermann e Cavalcanti (1999), é fundamental despertar a curiosidade dos estudantes e ajudá-los a reconhecer a Física um empreendimento humano e, portanto mais próxima a eles, incentivando-os para carreiras científicas e além disso propiciando para os mesmos uma boa formação científica que faz parte de um pleno exercício da cidadania. No ambiente virtual de aprendizagem que estamos desenvolvendo, pretendemos utilizar hipermídia resultante da interação de hipertexto e multimídia, onde o hipertexto é considerado um conjunto de textos que podem ser lidos de forma não-linear, através de conexões ou links e a multimídia designa a reunião de diferentes tipos de mídia, incluindo imagens, animações, filmes e sons. O hipertexto deverá ser estudado do ponto de vista de suas características técnicas e suas aplicações que influenciam e, até mesmo, facilitam a aprendizagem. Nesta perspectiva, acredita-se que o uso da tecnologia de hipertexto traz grandes contribuições na aprendizagem do aluno, pois ao clicar em um link, surgem textos complementares que podem conter conceitos importantes em relação ao tema/texto objeto de estudo, fundamentando de maneira significativa sua aprendizagem para, em um momento seguinte, viabilizar a construção colaborativa de novos conhecimentos, pelo uso dos recursos de comunicação disponíveis. Propõem-se, também, a utilização de mapas conceituais para o auxílio na organização e elaboração da hipermídia em uma estrutura de educação não presencial (EAD). Os mapas conceituais foram propostos por Joseph Novak (1977) a partir da Teoria Cognitivista de David Ausubel (1963;1968) e, além de tornar mais atrativo e claro o conteúdo abordado, ainda possibilita ao aluno o gerenciamento de sua própria aprendizagem (metacognição). Além dos mapas conceituais e hipermídias, iremos utilizar também uma wiki, que é uma ferramenta assíncrona de construção do conhecimento coletivo e de comunicação na rede. A partir de uma wiki, um grupo de pessoas constrói de forma coletiva um texto, que pode ser desde um texto simples, até uma página HTML mais elaborada, com gráficos, imagens, tabelas, entre outros recursos, podendo ter links com outras páginas ou endereços eletrônicos. O propósito desta pesquisa é justamente analisar as estruturas dessas wikis e hipermídias para a sua disponibilização no ambiente virtual de aprendizagem de Física. 2. METODOLOGIA Procedeu-se, inicialmente a uma análise sobre a concepção e estrutura de um hipertexto. Nessa análise, considerou-se que o hipertexto constitui um novo espaço de leitura, com natureza não linear e não seqüencial (Marcuschi, 2001), afetando a maneira com que lemos, ao possibilitar múltiplas formas de navegação e diminuir a distância entre o leitor e o autor, tornando-os parte do mesmo processo. Dentro dessa perspectiva, o hipertexto digital desmonta a noção tradicional de texto ao eliminar a página, decompor a linearidade textual e agregar outros recursos visuais não disponíveis em textos impressos, tornando-se um labirinto literário no qual as diversas escolhas de 2

3 percurso possibilitam composições e leituras singulares, criando uma simbiose entre o leitor e o autor. Assim, um hipertexto, seja ele impresso ou digital, deve apresentar um esquema organizacional pré-definido pelo autor, que permita uma rápida movimentação de uma seção a outra do texto, sem muita perda de consistência. No caso dos hipertextos digitais versando sobre temas de Física, essa pré-definição baseou-se na relevância científica dos termos apresentados e a navegação foi concebida por meio dos conceitos chaves dessa disciplina, com o intuito de viabilizar a construção de modelos mentais (Jhonson-Laird, 1983) mais claros e próximos daqueles aceitos cientificamente. A Figura 1 apresenta uma parte do hipertexto de campo, no qual os links mostram a intencionalidade apontada acima. Figura 1: Extrato de uma parte do hipertexto construído sobre o tema campo, no qual os links apontam para conceitos chaves da Física. Da mesma forma, os temas abordados foram contextualizados historicamente, de forma a atender as orientações pedagógicas atuais para o ensino das ciências (Brasil, 1998), como mostra o extrato do hipertexto sobre matéria, apresentado na Figura 2. Figura 2: Extrato de uma parte do hipertexto construído sobre o tema matéria, mostrando a contextualização do conceito abordado. 3

4 Os hipertextos sobre Matéria, Matéria Escura, Antimatéria, Fases da Matéria, Carga Elétrica, Plasma, Cor e Sabor, Energia Potencial Gravitacional e Energia Potencial Elástica foram construídos de forma coletiva, envolvendo professor e estudantes da disciplina Projeto Integrado de Práticas Educativas 3 (PIPE 3), do curso de Licenciatura em Física. Os hipertextos sobre Espaço, Energia, Energia Potencial Elétrica, Fóton, Campo e Massa foram desenvolvidos pelos integrantes do Núcleo de Pesquisa em Tecnologias Cognitivas (NUTEC) da Universidade Federal de Uberlândia. Na análise do design e da estrutura de cada hipertexto digital construído, foram considerados alguns elementos da linguagem textual e da usabilidade (especialidade das Ciências da Computação relacionada aos aspectos envolvidos com as condições de uso do computador pelo usuário) como a construção de parágrafos e textos pouco extensos, pois textos muito longos fazem com que o aluno perca seu foco de estudo e tipos de letras Times New Roman com tamanhos maiores ou iguais a 18, para facilitar a leitura e reduzir o cansaço visual. Além dos vídeos, simulações virtuais e links para realização de experimentos remotos, também foram agregados aos hipertextos vários recursos como o uso de figuras, ilustrações e cores, para tornar mais agradável a tarefa de ler em telas digitais e atrair a atenção do leitor para pontos considerados fundamentais do texto. Os vídeos sobre movimento, matéria e energia foram desenvolvidos pelo professor e por duas turmas distintas de licenciandos em Física na disciplina PIPE 3, utilizando-se de imagens retiradas da internet. Os softwares de simulação em realidade virtual foram desenvolvidos por professores e aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da UFU e os experimentos remotos foram desenvolvidos por pesquisadores do Laboratório de Experimentação Remota da Universidade do Sul de Santa Catarina (UNISUL) e da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), os quais mantém trabalhos cooperativos com o NUTEC. Os mapas conceituais foram desenvolvidos pelos pesquisadores do NUTEC. Como metodologia de aplicação de hipertextos, hipermídias e wikis procedeu-se a uma análise de todo o material instrucional produzido e pensou-se em uma plataforma virtual de ensino, na qual todos os recursos possam ser integrados harmonicamente, a partir de mapas conceituais e sub-mapas, constituindo um espaço de aprendizagem de livre navegação pelo usuário, de acordo com seus interesses e necessidades. Os mapas conceituais foram construídos em um sistema multidimensional de navegação, onde a primeira dimensão visível apresenta os conceitos mais inclusivos da Física que, por meio de links especiais, dirigem o usuário a outras dimensões, denominadas sub-mapas conceituais, nas quais são apresentados os conceitos mais específicos, contendo problemas, simulações e, eventualmente, um experimento para ser realizado remotamente. Outros links dispostos nas diversas dimensões dos mapas e sub-mapas conceituais podem levar o usuário a chats e fóruns, permitindo a interatividade entre pares e entre os professores responsáveis pela manutenção da plataforma virtual. Nesse ambiente virtual, os hipertextos assumem a característica de compor o conteúdo programático e apresentar os conceitos físicos de forma mais sistemática e abrangente. 3. INTEGRAÇÃO AO AMBIENTE VIRTUAL DE APRENDIZAGEM Conforme descrito anteriormente, os hipertextos servirão de referência didática para compor o material instrucional disponibilizado no ambiente virtual para aprendizagem de Física. Embora essa integralização ainda não esteja concluída, pretende-se agregar ao referido ambiente virtual os recursos de ensino-aprendizagem (mapas conceituais, vídeos, hipertextos, softwares de simulação em realidade virtual e experimentação remota) e de comunicação (chat, fóruns e canais de comunicação direta com a equipe de pesquisadores do NUTEC). Os recursos de ensino-aprendizagem estarão conectados entre si por meio de links, como mostra o mapa conceitual sobre matéria e energia apresentado na Figura 3. No referido mapa, aprecem links, denotados por um quadradinho sobre as caixas que contem os conceitos de energia, partículas, partículas elementares, massa e carga elétrica, que, ao serem clicados, dirigirão o leitor aos hipertextos correspondentes. 4

5 Figura 3: Mapa conceitual sobre matéria e energia, construído pelos pesquisadores do Núcleo de Pesquisa em Tecnologias Cognitivas (NUTEC) da UFU, mostrando os links que viabilizam as navegações aos hipertextos correspondentes. Diversos sub-mapas conceituais foram elaborados para permitir diferentes níveis de abordagem de um mesmo tema. No caso do tema energia, ao clicar no item apropriado da Figura 3, o usuário é direcionado ao sub-mapa apresentado na Figura 4, o qual ilustra outros aspectos mais específicos da energia. Figura 4: Sub-mapa conceitual sobre energia, construído pelos pesquisadores do Núcleo de Pesquisa em Tecnologias Cognitivas (NUTEC) da UFU, e parte do ambiente virtual de aprendizagem em Física, em fase de desenvolvimento. 5

6 Alguns conceitos presentes nos mapas conceituais permitirão o direcionamento a vídeos educativos especialmente desenvolvidos para o ambiente virtual, como o vídeo denominado O Salto do Gafanhoto (Figura 5) que trata do tema introdutório de Mecânica. Os vídeos possuem duração máxima em torno de 10 minutos e são legendados para permitir o seu uso em ambientes impróprios ao uso do som, ou por pessoas portadoras de necessidades auditivas. Figura 4: Cena do vídeo O Salto do Gafanhoto produzido pela equipe do NUTEC e por alunos do curso de licenciatura em Física e constituinte do ambiente virtual de ensino de Física. Na confecção do vídeo Movimentos (Figura 5), além de professores e alguns estudantes do curso de licenciatura em Física, também participaram estudantes do ensino médio que eram bolsistas do PIBIC-Junior da FAPEMIG. Essa atividade serviu para que os estudantes do ensino médio realizassem pesquisas sobre os principais conceitos relativos ao tema para confeccionar o roteiro do vídeo. Esse vídeo foi finalizado recentemente e serviu, até o momento, para auxiliar os estudantes bolsistas do ensino médio na aprendizagem de Física. Os estudantes do ensino superior vinculados ao NUTEC ou à DICA aprofundaram os conceitos físicos trabalhados no vídeo. A sua aplicação a um público maior (ensino médio, ensino superior e público em geral) deverá ser realizada no Museu da Dica da UFU, a partir do próximo semestre letivo, quando também serão realizadas as pesquisas avaliativas do potencial educacional do material produzido. O vídeo sobre matéria, denominado Pecinhas (Figura 6) foi produzido por um grupo de estudantes da disciplina PIPE 3 no primeiro semestre letivo de 2009 e trata da natureza da matéria, suas fases e mudanças de fases. O vídeo sobre energia foi desenvolvido pelos pesquisadores do NUTEC e aborda o uso cotidiano desse termo em contraposição ao seu uso científico; apresenta a classificação da energia em dois tipos: a energia cinética e a energia potencial e as diferentes manifestações dessas duas formas, além de algumas transformações de energia na natureza. Aborda, ainda, o conceito de quantização da energia e a relação matéria-energia decorrentes do desenvolvimento da Física Moderna e Contemporânea. Esses últimos dois vídeos incluem imagens obtidas da internet, assim como imagens registradas pelos próprios autores de diversos fenômenos do cotidiano em que os temas tratados aparecem. 6

7 Figura 5: Cena do vídeo Movimentos produzido conjuntamente com estudantes de licenciatura em Física e estudantes do ensino médio e constituinte do ambiente virtual de ensino de Física. Figura 6: Cena do vídeo Pecinhas produzido conjuntamente com estudantes de licenciatura em Física para o tema Matéria e constituinte do ambiente virtual de ensino de Física. 4. CONCLUSÕES PARCIAIS Como o trabalho encontra-se em fase de desenvolvimento, as conclusões finais ainda não podem ser expressas. Entretanto, já é possível apontar alguns pontos positivos como: a qualidade do material produzido, seja ele um mapa conceitual, vídeo, hipertexto, etc. e a contribuição que o processo de elaboração do material apresenta na formação dos estudantes envolvidos, de qualquer nível de ensino. Percebe-se que a capacidade de transposição do conhecimento teórico na prática é exercida plenamente durante a elaboração do material, fortalecendo a formação dos licenciandos 7

8 envolvidos no processo. A estratégia de envolver estudantes de diversos níveis de ensino na produção dos materiais instrucionais tem funcionado como aspecto motivador para a aprendizagem e para negociações de significados de conceitos chaves para o estabelecimento de uma aprendizagem significativa. 5. REFERÊNCIAS Ausubel, D. P.,1963, The psychology of meaningful verbal learning. New York: Grune and Stratton. Ausubel, D. P., 1968, Educational psychology: A cognitive view. New York: Holt, Rinehart and Winston. Brasil, Ministério da Educação, Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio, MEC, Brasília, DF, Jhonson-Laird, P.N., 1983, Mental Models, Cambridge, M.A.,Harvard University. Novak, J. D., 1977, A theory of education. Ithaca, NY: Cornell University Press. Okada, A.; Santos, E. e Okada, S., 2008, Cartografia Cognitiva: mapas do conhecimento para pesquisa e aprendizagem e formação docente, Cuiabá, KCM Editora. Ostermann, F. e Cavalcanti, J. H. C., 1999, Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio: Elaboração de material didático, em forma de pôster, sobre partículas elementares e interações fundamentais, Caderno Brasileiro de Ensino de Física, vol. 16, n. 3, pp