SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS APLICADAS AO ENSINO DA BIOLOGIA GT 02 - TECNOLOGIAS E CONSTITUIÇÃO DE AMBIENTES DE APRENDIZAGEM

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1 SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS APLICADAS AO ENSINO DA BIOLOGIA GT 02 - TECNOLOGIAS E CONSTITUIÇÃO DE AMBIENTES DE APRENDIZAGEM 1 SILVA, Karla Nunes da, 2 FERREIRA, Luciana da Cunha, 3 SILVA-FORSBERG, Maria Clara. UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS UEA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM EDUCAÇÃO E ENSINO DE CIÊNCIAS (2) (3) INTRODUÇÃO A Biologia, como uma das áreas fundamentais do conhecimento, se apresenta como um universo dentro da ciência, que possui especificidades e requer conceitos interdisciplinares para sua compreensão e assimilação satisfatórias (KRASILCHICK, 1996). Diante desta complexidade e magnitude, uma das alternativas para auxiliar o ensino é a utilização de recursos computacionais para simulação de sistemas biológicos. O professor usa mais e mais este recurso tecnológico como aliado, onde a sua utilização adequada também depende de como o professor planeja e percebe essa ferramenta educacional, como ingrediente a mais para o processo de ensinoaprendizagem (LIBÂNEO, 1998). Estas ferramentas educacionais digitais podem ser categorizadas em programas (softwares), simulações computacionais, ambientes de ensino-aprendizagem, jogos, dentre outros. Neste trabalho, serão apenas tratados os recursos de simulação computacional para a Biologia. O grande interesse pela simulação em medicina e ciências biomédicas já é conhecido há várias décadas, principalmente como parte de pesquisas quantitativas sobre determinados fenômenos. Os modelos desenvolvidos, no entanto, têm valor didático, ao permitirem a criação de "laboratórios virtuais", muitas vezes de forma mais simplificada (MULINARI & FERRACIOLI, 2008). OBJETIVOS RESULTADOS As simulações também podem agregar características interdisciplinares, como é o caso do simulador para o estudo do processo digestivo, dando uma abordagem química para um processo biológico (BARROS, DIAS & PEREIRA, 2002). Uma temática transversal também é possível, onde como exemplo temos o simulador CARBÓPOLIS, disponível em O simulador trata das diversas situações da problemática ambiental em uma cidade fictícia, onde o aluno se vê na condição de propor soluções para os diversos desafios, utilizando-se dos conhecimentos teóricos que possui (EICHLER & DEL PINO, 1998). Uma proposta do MEC seria a agregação de simuladores e ferramentas computacionais em um banco de dados chamado Banco Internacional de Objetos Educacionais (Fig.01), onde um motor de busca encontra-se disponível em A iniciativa está iniciando o processo de publicação de recursos multimídia neste repositório. No momento, há 6407 objetos publicados e 829 sendo avaliados ou aguardando autorização dos autores para a publicação. Este trabalho tem por finalidade identificar e sugerir algumas aplicações de simulações para o ensino da Biologia, uma vez que os sistemas biológicos são bastante extensos em suas complexidades e realidades, delimitando assim o tema. METODOLOGIA Como em algumas áreas do conhecimento, o estudo da biologia requer um grande nível de abstração, almejando-se entender os processos biológicos envolvidos. Quer para simular desequilíbrios ambientais dentro de ecossistemas ou visualizar a conformação e ligação de proteínas ou organelas celulares em interfaces gráficas, ou ainda, simular reações bioquímicas e experimentos fisiológicos, as potencialidades gráficas, de interação e de simulação do computador fazem com que os temas das aulas tornem-se claros e facilita o acesso do aluno à informação (MULINARI & FERRACIOLI, 2008). Também em simulações de experimentos o computador pode se mostrar uma ferramenta promissora, pois em geral os (...)experimentos exigem equipamentos dispendiosos, drogas muitas vezes importadas, material biológico (animais, células, etc). Com estas limitações, as aulas práticas habituais são conduzidas por grupos de alunos, diminuindo as oportunidades individuais de manipulação. Outro fator restritivo é o tempo utilizado nos experimentos, limitando o número de experimentos passíveis de serem executados em sala de aula. (GALEMBECK, 1999). RESULTADOS A proposta de simuladores de ensino para os processos biológicos já vem sendo tema de diversos artigos da área de Ensino de Ciências e Tecnologia Educacional. Uma delas é o trabalho de Cancian, Basten & Lima (2003), sobre os aspectos preliminares para o desenvolvimento de um simulador para o ensino da síntese e transcrição do DNA, onde são tratados os cuidados que se deve ter antes de confeccionar uma ferramenta tecnologia deste tipo para o ensino. A fundamentação teórica e a adequação dos conhecimentos são aspectos importantes para o sucesso da construção do simulador e da aplicação em aula. Fig. 01 Banco Internacional de Objetos Educacionais. Disponível em Uma das iniciativas do MEC para o ensino da Biologia é o repositório de simulações RIVED, disponível em O portal trata-se de um banco de simulações, as quais podem ser baixadas e instaladas em máquinas para a utilização dos aprendizes. REFERÊNCIAS BARROS, M. A. M., DIAS, M. C. L. & PEREIRA, I. C. B. Uma abordagem química do processo digestivo através de simulações. In: XI Encontro Nacional de Ensino de Química ENEQ Anais. Recife: UFRPE, CANCIAN, R. L., BASTEN, T. & LIMA, A. O. S. Aspectos preliminares do desenvolvimento de um simulador para o ensino da síntese e transcrição do DNA. In: I Workshop de Tec. da Inf. aplicada ao Meio Ambiente CBComp, 2003, Porto Alegre. Anais. Porto Alegre: UFRGS, p EICHLER, M. & DEL PINO, J. C. CARBÓPOLIS: meio ambiente, resolução de problemas e software educacional. In: IV Congresso RIBIE, 1998, Brasília. Anais. Brasília: UnB, p GALEMBECK, E. Desenvolvimento de softwares para o ensino de bioquímica. Campinas: UNICAMP, Tese (Doutorado em Educação), Universidade Estadual de Campinas, LIBÂNEO, J. C. Adeus professor, adeus professora? Novas exigências educacionais e profissão docente. São Paulo: Cortez, MULINARI, M. H. & FERRACIOLI, L. A utilização da tecnologia da informação no ensino de Biologia: um experimento com um ambiente de modelagem computacional. RBECT. São Paulo, v.01, n.01, jan-abr Realização Apoio

2 Simulações Computacionais Aplicadas ao Ensino da Biologia Karla Nunes da Silva 1 Luciana da Cunha Ferreira 2 Maria Clara Silva-Forsberg 3 1,2,3 Universidade do Estado do Amazonas UEA Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências na Amazônia Grupo temático02: Tecnologias e Constituição de Ambientes de Aprendizagens Modalidade: pôster RESUMO: computador vem sendo cada vez mais utilizados em Biologia. Uma das alternativas para a utilização destes recursos seria a demonstração de fenômenos que não podem ser reproduzidos em sala. O presente trabalho trata de um levantamento bibliográfico sobre recursos educacionais, na categoria das simulações computacionais, utilizadas para o Ensino da Biologia. São apresentadas as principais características das simulações computacionais como ferramentas educacionais, um breve retrospecto da utilização de computadores para o ensino no Brasil, as simulações para o ensino da Biologia como recurso didático, e alguns exemplos de simulações para este fim. O objetivo do trabalho é identificar tais recursos de simulação computacional e oferecer uma ferramenta a mais para as aulas de Biologia. PALAVRAS-CHAVES: simulações, Biologia, ensino, recursos didáticos. 1. Introdução A biologia sendo considerada uma das áreas fundamentais do conhecimento possui um leque de especializações, modalidades e profissões bastante extensas. Ela apresenta como um universo dentro da ciência, que possui especificidades singulares, ao mesmo tempo em que requer conceitos interdisciplinaridades para ser compreendida a assimilada de forma satisfatória pelos alunos. Já que o professor possui este recurso tecnológico como aliado, é necessário que sua utilização seja também planejada para que esse processo de ensino seja um ingrediente a mais para o ensino (LIBÂNEO, 1998). Essas ferramentas educacionais digitais podem ser categorizadas em programas (softwares), simulações computacionais, ambientes de ensino aprendizagem, jogos,

3 dentre outros. Neste trabalho, serão apenas tratados os recursos de simulação computacional para a Biologia. Os programas de simulações computacionais buscam a descrição e a simulação dos mais diversos aspectos biológicos. É estão presentes em todo os ramos da biologia, desempenhando as mais diversas funções, quer para constituir bancos de dados de um seqüenciamento genético, ou mesmo para simular relações em ecossistemas complexos em forma de modelagens de sistemas, para criar um modelo tridimensional de uma proteína, realizar combinações de sistemática filogenética, ou ainda, para analisar os componentes físicos das ondas sonoras do canto de um pássaro, como no caso da Biblioteca Domínio Público que possui um banco de dados com diversos cantos de pássaros, armazenados por espécie (http://www.dominiopublico.com.br) O grande interesse aumentado pela simulação em medicina e ciências biomédicas já é conhecido há várias décadas, principalmente como parte de pesquisas quantitativas sobre determinados fenômenos. Os modelos desenvolvidos, no entanto, têm valor didático, ao permitirem a criação de laboratórios virtuais, muitas vezes de forma mais simplificada (MULINARI & FERRACIOLI, 2008). Este trabalho tem por finalidade identificar algumas das aplicações de simulações para o ensino da Biologia, uma vez que os sistemas biológicos são bastante extensos em suas complexidades e realidades, delimitando assim o tema. Na seção seguinte, é feito um breve retrospecto sobre a aplicação de recursos digitais, como os computadores no ensino brasileiro. A seção 3 trata de uma das ferramentas digitais utilizadas para o ensino: a simulação computacional. A seção 4 aborda as simulações como ferramenta educacional para o ensino de Biologia, bem como alguns exemplos de recursos. Ainda, esta seção trata de algumas vantagens e desvantagens da utilização de simulações como alternativas para o ensino de biologia. As considerações finais demonstram a relevância de ferramentas como a simulação computacional para possíveis complementações de aulas em Biologia. Ainda, neste trabalho vale ressaltar que o recurso computacional de simulação em Biologia por si só não chega a ser uma ferramenta completa, mas um complemento de atividades para serem propostas em sala de aula.

4 2. Simulações como ferramenta educacional A utilização de uma simulação computacional não é uma garantia de uma boa aula, onde o aluno compreenderá todos os conceitos atrelados ao conteúdo a ser ministrado. O recurso computacional é apenas uma ferramenta, e ensinar meramente como ele é utilizado não se caracteriza como sendo parte do processo de aprendizagem. Por sua vez, as inferências e descobertas feitas através da simulação é que são pontos importantes neste processo, pois permitem gerar discussões acerca do tema e sanar dúvidas que possam existir. A interação entre o professor e o aluno se dá também de forma mais intensa e clara, pois o ambiente pode se tornar propício ao aprendizado dos temas da Biologia (PEREIRA & SAMPAIO, 2008). Segundo Cardoso (1998), o objetivo principal da simulação, portanto, é dar aos professores e estudantes uma oportunidade para estudar fenômenos biológicos baseados nas técnicas e ferramentas existentes em um laboratório tradicional, quando este laboratório não está disponível para este tipo de aprendiz. Assim, procura-se desenvolver simulações que sejam as mais próximas possíveis da realidade. O software é apenas uma ferramenta que busca facilitar o acesso e contato do aluno com o conhecimento. Isso não quer dizer que todos os assuntos de uma disciplina se adéquam satisfatoriamente à utilização de um software. Porém, quando se emprega um programa de computador em uma aula, o resultado é extremamente interessante e proveitoso, pois, uma vez que a temática da aula permita, o computador torna-se uma interface extremamente versátil e poderosa, no sentido de permitir ao aluno a compreensão e apreensão do assunto tratado. Além disso, a informatização é um processo irreversível e a não participação neste processo é mais uma forma de exclusão social (GALEMBECK, 1999). 3. Breve histórico sobre a utilização de computadores no ensino de ciências Antes de abordar os softwares desenvolvidos especificamente para o ensino de Biologia, vamos fazer um breve comentário sobre a história dos programas computacionais voltados para o ensino como um todo no Brasil. Na França, Estados Unidos e outros países, o computador começou a ser utilizado na educação por meio de algumas experiências em universidades no inicio dos anos 70 (CARDOSO, 1998).

5 No inicio, em 1971, discutiu se pela primeira vez o uso de computadores no ensino de física, na USP/ São Carlos. A Universidade Federal do Rio de Janeiro foi a primeira na utilização de computadores no ensino, em 1973, usando o em simulações em experimentos de química. No mesmo ano, na Universidade do Rio Grande do Sul, foram realizadas algumas experiencias com simulações de fenomenos físicos. EM 1974, a UNICAM desenvolveu um software para o ensino dos fundamentos de programação da linguagem BASIC, usada por alunos de Pós-Graduação e, em Iniciou-se a colaboração com o Media LAb. do MAssachussets Institute of Technology (MIT) (GALEMBECK, 1999). 4. Simulações no ensino da Biologia Como em algumas áreas do conhecimento, o estudo da biologia requer um grande nível de abstração, almejando-se entender os processos biológicos envolvidos. Quer para simular desequilíbrios ambientais dentro de ecossistemas ou visualizar a conformação e ligação de proteínas ou organelas celulares em interfaces gráficas, ou ainda, simular reações bioquímicas e experimentos fisiológicos, as potencialidades gráficas, de interação e de simulação do computador fazem com que os temas das aulas tornem-se claros e facilita o acesso do aluno à informação (MULINARI & FERRACIOLI, 2008). Também em simulações de experimentos o computador pode se mostrar uma ferramenta promissora, pois em geral os (...) experimentos exigem equipamentos dispendiosos, drogas muitas vezes importadas, material biológico (animais, células, etc). Com estas limitações, as aulas práticas habituais são conduzidas por grupos de alunos, diminuindo as oportunidades individuais de manipulação. Outro fator restritivo é o tempo utilizado nos experimentos, limitando o número de experimentos passíveis de serem executados em sala de aula. (GALEMBECK, 1999). O ser humano possui como característica uma memória visual extremamente desenvolvida, o que pode ser demonstrado pela força que o universo imagético tem dentro de nossa cultura. Deste modo, o processo de aprendizagem torna-se mais efetivo

6 se estiver aliado ao estímulo visual. Também no âmbito imagético, o computador tornase uma ferramenta valiosa, uma vez que além de forma e cor ele também pode aliar movimento, tornando a aula mais atrativa e visualmente estimulante (MULINARI & FERRACIOLI, 2008). Grande parte do conhecimento produzido atualmente só é possível graças ao computador, como as técnicas sofisticadas de tratamento da imagem e cálculos estruturais que tornaram possível prever a estrutura tridimensional de uma proteína com base na sua seqüência de aminoácidos. Nada melhor que um computador para ensinar o que foi descoberto com seu uso (GALEMBECK, 1999). Porém existe um pré-requisito indispensável para se utilizar um software em sala de aula: o professor deve conhecer minimamente as possibilidades, as limitações e ter alguma familiaridade com o programa que pretende usar. Nem todos os professores, mesmo os universitários, sentem-se confortáveis em utilizar um software dentro de sala de aula. Porém, quando um professor elabora seu próprio programa para a sala de aula, o resultado é extremamente satisfatório, pois o programa segue a linha de raciocínio de quem irá ministrar aquela aula, tornando-se mais eficiente (EICHLER & DEL PINO, 1998). 5. Exemplos de simulações para o ensino da Biologia A proposta de simuladores de ensino para os processos biológicos já vem sendo tema de diversos artigos da área de Ensino de Ciências e Tecnologia Educacional. Uma delas é o trabalho de Cancian, Basten & Lima (2003), sobre os aspectos preliminares para o desenvolvimento de um simulador para o ensino da síntese e transcrição do DNA, onde são tratados os cuidados que se deve ter antes de confeccionar uma ferramenta tecnologia deste tipo para o ensino. A fundamentação teórica e a adequação dos conhecimentos são aspectos importantes para o sucesso da construção do simulador e da aplicação em aula. As simulações também podem agregar características interdisciplinares, como é o caso do simulador para o estudo do processo digestivo, dando uma abordagem química para um processo biológico (BARROS, DIAS & PEREIRA, 2002). Uma temática transversal também é possível, onde como exemplo temos o simulador CARBÓPOLIS (Fig.01), disponível em O simulador trata das diversas situações da problemática ambiental em uma cidade

7 fictícia, onde o aluno se vê na condição de propor soluções para os diversos desafios, utilizando-se dos conhecimentos teóricos que possui (EICHLER & DEL PINO, 1998). Atualmente inúmeras faculdades no país estão utilizando softwares em suas aulas e/ou atividades curriculares. Na Universidade Estadual de Campinas, o Prof Dr. Eduardo Galembeck e sua equipe desenvolvem softwares voltados ao ensino de bioquímica e relatam que universidades como a PUC do Paraná, USP, UNB, UFMG, URGS, Universidade do Algarves dentre outras, adquiriram e utilizam os softwares por Fig. 01 Interface gráfica do simulador CARBÓPOLIS. Disponível em eles desenvolvidos. Este trabalho rendeu ao instituto um repositório de material educacional para o ensino da Biologia, disponível para consulta e com a opção de baixar as simulações (Fig.02), no portal Biblioteca Digital de Ciências (http://www.ensino.ib.unicamp.br/bdc/index.php).

8 Fig. 02 Biblioteca Digital de Ciências. Disponível em Na UNICAMP, os alunos dos cursos de enfermagem, educação física, biologia, medicina e engenharia de alimentos, têm em suas aulas de bioquímica, contato com tais softwares. Para a biologia, por exemplo, das 90 horas totais da disciplina, 12 são com utilização de softwares. Softwares para o ensino de bioquímica também são desenvolvidos na UFRJ e em um CEPID de São Carlos. Estes dados mostram que realmente a potencialidade do computador para o ensino existe e está sendo cada vez mais procurada e explorada (GALEMBECK, 1999). Uma das iniciativas do MEC para o ensino da Biologia é o repositorio de simulações RIVED (Fig. 03), disponíveis em O portal trata-se de um banco de simulações, as quais podem ser baixadas e instaladas em máquinas para a utilização dos alunos. Fig. 03 Interface gráfica de busca do portal RIVED (http://www.rived.mec.gov.br).

9 Fig Uma das simulações encontradas no ambiente RIVED. Outra proposta do MEC seria a agregação de simuladores e ferramentas computacionais em um banco de dados chamado Banco Internacional de Objetos Educacionais (Fig.05), onde um motor de busca encontra-se disponível em A iniciativa está iniciando o processo de publicação de recursos multimídia neste repositório. No momento, há 6407 objetos publicados e 829 sendo avaliados ou aguardados autorização dos autores para a publicação. Fig. 05 Banco Internacional de Objetos Educacionais. Disponível em

10 6. Vantagens e desvantagens das simulações em Biologia Segundo Cardoso (1998), o uso de simulações para o ensino de fisiologia tem vantagens e desvantagens. Uma das maiores vantagens do uso de modelos é que os mesmos possibilitam a individualização e o entendimento dos componentes fisiológicos de um sistema mais complexo, o que dificilmente pode ser feito na prática laboratorial. Desse modo, facilita o aprendizado. Entre as vantagens das simulações computadorizadas, temos ainda: O software pode permitir a visualização gráfica e a mudança de parâmetros e variáveis que não seriam possíveis em um experimento biológico, inclusive com cálculo automático de variáveis derivadas, índices, etc.; O professor pode propor experimentos, roteiros, perguntas, etc., que o aluno irá realizar, responder, escrever relatórios experimentais, etc. A documentação visual e quantitativa dos experimentos pode ser feita facilmente no próprio computador do aluno; A utilização do programa de simulação pelo aluno pode gerar uma autodocumentação, escores de acertos, roteiros seguidos, etc., que são gravadas em disco ou enviadas pela Internet e possibilitam ao professor avaliar as táticas de aprendizado e o desempenho do aluno; A simulação pode incluir vínculos de hipertexto para acesso a material didático em forma digital (artigos, apostilas, manuais, shows de slides, vídeos, etc.), outros "sites" na Internet sobre o assunto, e muitos outros recursos que permitem o aprofundamento do aluno de acordo com seu grau de interesse. As simulações podem ser usadas facilmente de forma intercambiável na fase de aprendizagem e na fase de avaliação da aprendizagem. Considerações As simulações para o ensino de Biologia são um importante recurso didático, já que permitem que sistemas complexos se tornem objeto de estudo com a facilidade e comodidade de um laboratório de informática. Alguns sistemas até poderiam ser

11 impossíveis de reproduzir em laboratório, já que dependem de inúmeras variáveis biológicas. Quanto à qualidade das simulações a serem utilizadas em sala de aula, se faz necessária uma avaliação previa e uma validação dos conceitos teóricos trazidos pelo simulador, uma vez que o recurso didático é um meio, e não um fim para o processo de ensino-aprendizagem. Isto também faz parte do planejamento adequado para a utilização do software. Ainda sobre qualidade pedagógica, é percebido também em algumas simulações a pouca preocupação com a construção de algumas simulações. A aplicação das simulações pode induzir a sérios erros conceituais, evidenciando a cautela necessária em sua utilização. Deve-se ainda levar em conta a necessidade de uma metodologia planejada para seu uso, para que estas mídias não se tornem meramente diversão (PIETROCOLA & BROCKINGTON, 2009). Professores e alunos somente têm a ganhar com este avanço, no sentido de conquistar facilidades de comunicação e compreensão da ciência. Os simuladores computacionais muitas vezes estão disponíveis na web, facilitando assim a divulgação do conhecimento e ajudando a outros professores na captação de recursos didáticos para tornarem suas aulas de Biologia mais interessantes e dinâmicas. REFERÊNCIAS BARROS, M. A. M., DIAS, M. C. L. & PEREIRA, I. C. B. Uma abordagem química do processo digestivo através de simulações. In: XI Encontro Nacional de Ensino de Química ENEQ Anais. Recife: UFRPE, CANCIAN, R. L., BASTEN, T. & LIMA, A. O. S. Aspectos preliminares do desenvolvimento de um simulador para o ensino da síntese e transcrição do DNA. In: I Workshop de Tec. da Inf. aplicada ao Meio Ambiente CBComp, 2003, Porto Alegre. Anais. Porto Alegre: UFRGS, p CARDOSO, S. H. Utilizando Simulações no Ensino Médico. Revista Informática Médica. Campinas, v.01, n. 04, jul-ago EICHLER, M. & DEL PINO, J. C. CARBÓPOLIS: meio ambiente, resolução de problemas e software educacional. In: IV Congresso RIBIE, 1998, Brasília. Anais. Brasília: UnB, p

12 GALEMBECK, E. Desenvolvimento de softwares para o ensino de bioquímica. Campinas: UNICAMP, Tese (Doutorado em Educação), Universidade Estadual de Campinas, LIBÂNEO, J. C. Adeus professor, adeus professora? Novas exigências educacionais e profissão docente. São Paulo: Cortez, KRASILCHICK, M. Prática do ensino de biologia. 3. ed. Campinas: Harbra, MULINARI, M. H. & FERRACIOLI, L. A utilização da tecnologia da informação no ensino de Biologia: um experimento com um ambiente de modelagem computacional. RBECT. São Paulo, v.01, n.01, jan-abr PEREIRA, A. S. T. & SAMPAIO, F. F. AVITAE: desenvolvimento de um ambiente de modelagem computacional para o ensino de Biologia. Ciências & Cognição. São Paulo, v. 13, out-dez VEIS_NA_INTERNET_PARA_O_ENSINO_DE_FISICA_MODERNA_E_CONTEM PORANEA.PDF>Acesso em jun.2009.

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