Utilização da Experimentação Remota Móvel em Disciplina de Física do Ensino Médio

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1 Utilização da Experimentação Remota Móvel em Disciplina de Física do Ensino Médio J.P.C. de Lima1, W. Rochadel1 and J.B. da Silva1 1 Universidade Federal de Santa Catarina, Araranguá, Brasil Resumo Este artigo visa conciliar o conceito de laboratórios remotos e o amplo uso de dispositivos móveis como alternativa à carência de laboratórios para o ensino de física no ensino médio. Além disso, expõe-se observações sobre a extensão desta tecnologia à comunidade e as implicações deste paradigma de experimentação na geração de conhecimento. O modelo apresentado foi desenvolvido pelo Laboratório de Experimentação Remota (RExLab) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), e seus resultados são fruto do projeto coexecutado pela Escola de Educação Básica Maria Garcia Pessi, onde aplicam-se em disciplina de física de turmas da segunda série do ensino médio público. O modelo adotado para condução do projeto de pesquisa inclui o uso uma aplicação móvel para interfaceamento com experimentos remotos e de Ambientes Virtuais de Aprendizagem, os quais constituem um meio interessante para o desenvolvimento do trabalho colaborativo. Dessa forma, analisa-se o estudo da utilização da experimentação remota em dispositivos móveis e de ambientes virtuais de aprendizagem sob a perspectiva da Teoria Geral de Sistemas, fundamentadas a partir das observações e percepções dos participantes do projeto e os estudantes envolvidos na aplicação deste. Palavras-Chave Ensino de física, experimentação; laboratórios remoto, mobile learning. Abstract This paper seeks to establish a relationship between the concept of remote laboratory and widespread use of mobile devices as an alternative to the lack of laboratories for teaching of high school physics courses. Furthermore, is presented observations on extension of this technology to the community and the implications of this paradigm of experimentation in knowledge generation. The model exposed was developed by the Laboratory for Remote Experimentation (RExLab) at Federal University of Santa Catarina (UFSC), and its results comes from research project co-run by the School of Basic Education Maria Garcia Pessi, which apply in discipline physics classes in the second year public high school. The methodology adopted for conducting this research project includes the use of a mobile application for interfacing remote experiments and virtual learning environments, which are an attractive way for the development of collaborative work. Accordingly, the study substantiates the use of remote experimentation in mobile devices and virtual learning environments from the perspective of General Systems Theory, based in observations and perceptions of project participants and students involved in this proceeding. keywords Experimentation, physics teaching, mobile learning, remote laboratory. I. INTRODUÇÃO O atual paradigma de utilização de tecnologias na educação muito tem se limitado na utilização como repositório de conteúdo ou ainda do laboratório de informática tendo como objetivo a realização de pesquisas na internet, apesar da fluência tecnológica que os alunos apresentam. Esta prática foi por muito tempo um grande avanço, porém hoje pode ser considerada obsoleta e tem acarretado na subutilização dos recursos disponíveis nas instituições de ensino. Seria o equivalente a pesquisas e cópias de livros da biblioteca. Além disto, este modelo muitas vezes inflexível, acaba por não valorizar as diferenças individuais dos alunos, suas diferentes formas de construir o conhecimento e seus diferentes ritmos de estudo. Os Parâmetros Curriculares Nacionais do Terceiro e Quarto Ciclo do Ensino Fundamental [1] ressaltam a importância da utilização das tecnologias, ao definir como um dos objetivos do ensino fundamental é saber utilizar diferentes fontes de informação e recursos tecnológicos para adquirir e construir conhecimentos. Também definem para o Ensino Médio [1] definem como uma das competências que devem ser desenvolvidas pelos alunos do ensino médio identificar variáveis relevantes e selecionar os procedimentos necessários para a produção, análise e interpretação de resultados de processos e experimentos científicos e tecnológicos, ressaltando a importância das atividades práticas nas escolas. Deve-se levar em consideração que as Novas Tecnologias da Informação e Comunicação (NTIC) já fazem parte do cotidiano da geração que hoje frequenta a escola. Os nativos digitais segundo [2] são fluentes na linguagem digital e jogos de computador, , Internet e telefones celulares são partes efetivas de suas vidas. A comunicação entre os nativos digitais se dá em grande parte via mensagens de texto, SMS ou outros aplicativos de mensagens instantâneas como WhatsApp, por exemplo. A informação por esses meios é muito dispersa, e o retorno aos estímulos é muito rápido. Existem muitas teorias acerca do conhecimento e de como as pessoas aprendem. Teorias que dizem que o conhecimento está internalizado, que está fora de nós e outras que dizem que é construído por meio da interação entre indivíduos. A interdisciplinaridade é apontada por [3] como urgente, pois ela apontou para as dificuldades de se lidar com a crescente complexidade de certos problemas. Além disso, Page 255

2 apontou rumos que levaram à interdisciplinaridade como celeiro de discussões e propostas de soluções para problemas com tais características. II. IMPORTÂNCIA DA EXPERIMENTAÇÃO Laboratórios didáticos não têm o objetivo apenas de fortalecer o ensino de física, eles também permitem aos alunos desenvolver vários campos, testar e comprovar diversos conceitos, favorecendo a capacidade de abstração. Assim laboratórios didáticos ajudam na interdisciplinaridade e na transdisciplinaridade. Segundo [4], atividades experimentais são apontadas por professores e alunos como uma das maneiras mais frutíferas de se minimizar as dificuldades de se aprender e de se ensinar Física de modo significativo e consistente. Além disto, o Artigo 35 da Lei de Diretrizes e Bases da Educação [5] cita como uma das finalidades o Ensino Médio: Inciso IV - a compreensão dos fundamentos científicotecnológicos dos processos produtivos, relacionando a teoria com a prática, no ensino de cada disciplina. Portanto, torna a junção da teoria e prática nas escolas de ensino médio como propósito na etapa final da educação básica, sendo necessário proporcionar oportunidades ao aluno realizar estas atividades. Isto devido as práticas auxiliarem na resolução de situações-problema do cotidiano, o que permite a construção de conhecimentos e a reflexão sobre diversos aspectos, levando ao aluno fazer interrelações. Este processo o capacita a desenvolver as competências, as atitudes e os valores que proporcionam maior conhecimento e destaque no cenário sociocultural. Um problema que dificulta ainda mais a aplicação da experimentação e das atividades práticas, principalmente nas escolas públicas, é o sucateamento dos recursos. Das poucas instituição públicas que têm esta infraestrutura, as tecnologias estão ultrapassadas, e já não atendem a demanda dos alunos, seja em número, seja em qualidade. O dados de 2010 do Censo Escolar do Ministério da Educação (MEC) [6] demonstram que frequentavam estabelecimentos sem laboratório de ciências cerca de 27 milhões (70%) de estudantes matriculados no ensino fundamental e médio. A falta de laboratórios nas escolas prejudica a realização de atividades experimentais, limitando o estudo das ciências ao estudo teórico em sala de aula. Estes dados refletem a deficiência em infraestrutura em todos os níveis da educação básica não apenas das escolas públicas, mas também em escolas privadas [7]. O Censo da Educação Básica 2012 [8] apontou a matrícula de na Educação Básica assim distribuídos: x Educação Infantil: em Santa Catarina: x Ensino Fundamental: em Santa Catarina: x Ensino Médio Regular: em Santa Catarina: Fig.1. Infraestrutura das Escolas Estaduais. Fonte: [6] Conforme dados da Tabela 1, 28,57% das escolas estaduais no Brasil possuem Laboratórios de Ciências, porém, este percentual alcança 30,67% no estado de Santa Catarina, 35,85% na Microrregião Araranguá, que é formado por 15 municípios no extremo sul catarinense e 41,18% no município de Araranguá onde está sediada a escola de desenvolvimento do projeto. Por outro lado, é possível observar que 83,67% das escolas estaduais no Brasil dispõem de conexão à Internet. Fato este que é ampliado em Santa Catarina onde 94,4% das escolas estão contempladas por este recurso que é ampliado na Microrregião Araranguá com 96,23% e no município de Araranguá onde 100% das escolas estão contempladas. Um aspecto levantado que chama a atenção é a quantidade de escolas que ainda não têm conexão de banda larga com a internet. Quase a metade das escolas estudadas na região de Araranguá ainda utilizam conexão discada, uma tecnologia totalmente ultrapassada e incompatível com as necessidades destas instituições. O baixo número de escolas contempladas com laboratórios para práticas nas áreas das ciências e a alta conectividade com a Internet potencializam e oportunizam a utilização de laboratórios que permitam o acesso remoto para controle de experiências práticas através da Internet. O acesso remoto pode representar um modo fácil de disponibilizar a interação com experimentos reais, o que difere das atividades com simuladores que apresentam apenas resultados previstos e antecipadamente gravados. III. O CONHECIMENTO A PARTIR DA EXPERIMENTAÇÃO Ao reportar os tempos antigos da educação notamos ciclos, modalidades e evoluções de ideologias. Como ponto inicial de inovação os gregos destacam a importância do desenvolvimento do indivíduo como preparação para a própria cidadania, além do crescimento intelectual e a base para a definição da personalidade. Diante disto, Sócrates ( a.c.) afirma que é na consciência individual que se deve procurar os elementos determinantes da finalidade da vida e da educação. Logo, é nesta construção que ocorre a formação do próprio indivíduo e do seu aspecto perante a sociedade. Entre estas ideias, pela visão de Sócrates, todos têm capacidade para apoderar-se do conhecimento enquanto Platão crê que isto faça parte da capacidade individual. No entanto, Page 256

3 Aristóteles já considera que o conhecimento é proveniente da vida social, ideias e princípios coletados pelo intelecto, como adquirido na escola, mas com a ação adquirida no hábito e na rotina. participantes na construção de seus conhecimentos. Isto exige um maior esforço intelectual para exercitar a utilização de conceitos, metodologias e práticas, aproximando as atitudes da metodologia cientifica atual. Segundo a visão de Platão, o conhecimento está oculto em cada homem sendo revelado pela introspecção (apriorismo) [9]. Por outro lado Aristóteles enfatizava que o conhecimento é externo e necessita ser incorporado (empirismo). A experimentação remota se utiliza de elementos do ensino eletrônico (e-learning) no ensino presencial para disponibilizar experimentos físicos a distância dentro de uma aula que os alunos não usufruem destes recursos ou são impossibilitados de frequentar espaços laboratoriais. Há ainda uma outra visão mais conhecimento intrínseco e nem Vygotsky e Piaget defendem a conhecimento a partir da interação, construtivismo. atual que não crê em um externo. As teorias de ideia da construção de o que hoje agrupamos no Fig Concepções de conhecimento. Fonte: [10] Dentro da teoria construtivista é necessário uma interpretação mais ampla das atividades práticas, o conhecimento é adquirido com a leitura de mundo por meio do entorno ou experiência de vida, portanto as experiências ilustram um princípio teórico que envolve coleta de dados, testes de hipóteses e desenvolvimento das habilidades de observação de modo que seja integrado com a necessidade em entender o próprio mundo. Ou seja, evitar a educação bancária, uma crítica de [11] sobre a comparação da aprendizagem em que os estudantes são um depósito de conteúdos para cobrança em avaliações. O aluno precisa ser capacitado em desenvolver seu conhecimento de tal forma que desenvolva a sua própria percepção do ambiente e das influências deste com a teoria, fazendo assim trocas, interações com o ambiente que se encontra. Neste modelo a aprendizagem torna-se uma abertura para interpretação da realidade, indagações, refutações, notações e da prática constituída em bases científicas. Desta forma o aluno passa a ser mais ativo, ele constrói o conhecimento pela observação baseado nos fundamentos teóricos. Logo defendese um ensino inter-relacionado entre teoria e prática e ligado a observação interdisciplinar. Segundo [12] com a experimentação o conteúdo deixa de ser aquele quadro de conceitos hierárquico linearmente organizado e passa a ser o conhecimento que os próprios alunos construíram. Como tal, o conteúdo é impregnado das suas concepções alternativas que devem ser tratadas desde suas origens para permitir mudanças conceituais que aproximem-se conhecimento do saber científico atual e provisório. IV. EXPERIMENTAÇÃO REMOTA De acordo com [13], nas aulas experimentais, o uso da investigação transforma os alunos em sujeitos mais Os experimentos remotos são elementos físicos que interagem por comandos ativados remotamente através da Web em experimentos ligados à microservidores Web ou placas Arduino com porta ethernet [14]. Desta forma, as interações são diretas com equipamentos reais controlando relés, circuitos ou sensores, e se obtém o feedback em tempo real dos resultados das experiências online, que também são observados através de streaming de vídeo de uma câmera IP direcionada. Neste processo podem ser observados efeitos dinâmicos muitas vezes complexos de serem explicados, mas compreensíveis em abordagens realistas para resolver problemas. Outros aspecto importante é a resposta rápida, [15] observa que nestes laboratórios os elementos são reais, seu acesso é virtual e as suas experiências reais. Diferente da simulação e dos laboratórios virtuais, os laboratórios remotos utilizam experimentos reais, o que aproxima os resultados dos obtidos pelos laboratórios presenciais (hands-on). Uma gama de outras tecnologias ainda podem tornar a experimentação mais atrativa e fácil de interagir, o desenvolvimento de novas tecnologias, dispositivos móveis, mundos virtuais e sensores inovam na interação com o usuário. A mediação a distância pode ser ampliada pela imersão proporcionada pelos dispositivos móveis e suas possibilidades de interação. Diversas vantagens apoiam a utilização de experimentos, a experimentação remota proporciona um barateamento dos recursos tecnológicos, já que o mesmo experimento pode ser acessado por diversas escolas, em diversas localidades. Além disso, as configurações de equipamento necessárias para o acesso aos experimentos são mínimas, sendo o mais importante o acesso à internet. V. TEORIA GERAL DE SISTEMAS E A EXPERIMENTAÇÃO REMOTA Visto que a Teoria Geral de Sistemas afirma que o todo é maior que a soma de todas as partes, a experimentação remota deve ser vista como um todo, como um sistema, já que promove a interação e troca de conhecimentos entre alunos e professores com o ambiente escolar e computacional. Em uma sala de aula convencional, o que os alunos enxergam é apenas o que se chama de sombra da realidade, pois são construções mentais desta propriamente dita, já que o sistema sensorial do ser humano não consegue processar todas as informações devido à complexidade do ambiente ao redor. Page 257

4 Um exemplo muito prático que pode ser citado é quando o professor está explicando determinado conteúdo em aula, no qual o aluno imaginará tal ensinamento com a sua própria visão de mundo, que é única e de acordo com sua própria história de vida. Mesmo que a informação passada seja a mesma, cada estudante vai observar e construir mentalmente o objeto a sua própria maneira, de acordo com sua própria habilidade cognitiva. Alunos, professores, são sistemas únicos, organizações. Por isso é extremamente complicada a questão da avaliação de aprendizagem em sala de aula, pois as pessoas ali envolvidas, cada uma delas, é um sistema próprio, único, o que os torna diferentes uns dos outros, justamente pelas diferentes visões que possuem dessa mesma realidade. Portanto, as mudanças nas visões de mundo desdobram-se em novas formas de ação nos meios em que se vive e atua. O mundo é, para cada um, do tamanho do conhecimento que cada um tem dele, sendo essencial levar em conta o papel central da escola: o de ampliar o conhecimento dos estudantes, tarefa dos educadores nas instituições [16]. A capacidade de observação do homem permite a construção de sistemas integrados por uma estrutura sensorial do seu entorno. Logo, a observação torna-se fundamental para a estruturação clara de uma visão sistêmica. Segundo [3], a visão de mundo é individual, ou seja, pertence à pessoa que a construiu na mente consciente; e é portanto, única e dinâmica, posto que atualizada constantemente. Também convenciona que a visão sistêmica, é por meio da Teoria Geral de Sistemas a ciência da inteireza, totalidade. Estuda o sistema, seu ambiente, suas respectivas estruturas, a fronteira que o separa do ambiente e, finalmente o acoplamento estrutural sistema-ambiente, independentemente da área de conhecimento envolvida. Uma visão de mundo pode ter seu estado alterado e a experimentação proporciona esta mudança. Esta mudança passa por quatro domínios, segundo [17], como: 1. Domínio das mudanças de estado: isto é, as mudanças estruturais que uma unidade pode sofrer sem que mude sua organização, ou seja, mantendo a sua identidade de classe; 2. Domínio das mudanças destrutivas: todas as modificações estruturais que resultam na perda da organização da unidade e, portanto, em seu desaparecimento como unidade de uma certa classe; 3. Domínio das perturbações: ou seja, todas as interações que desencadeiam mudanças de estado; 4. Domínio de interações destrutivas: todas as perturbações que resultam numa modificação destrutiva. Segundo [3], o estado de um sistema em um instante de tempo é tão somente uma fotografia desse sistema naquele instante de tempo. E o aprendizado pela experimentação proporciona exatamente isso: uma mudança na maneira de se enxergar a aprendizagem dos conteúdos, por meio da experimentação, já que o mesmo experimento pode ser acessado por diversas escolas, em diversas localidades. Além disso, a disponibilidade e configurações de equipamento necessárias para o acesso aos experimentos são gradativamente facilitadas, sendo o mais importante o acesso à internet. VI. APLICAÇÃO EM TURMAS MODELOS Durante o período de aplicação foram adaptadas e implementadas técnicas baseadas nos recursos das Novas Tecnologias da Informação e Comunicação (NTICs) aplicadas à ambientes educacionais. Também foram integrados diversos recursos do Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA) Moodle para disponibilização do material didático da disciplina de Física nas turmas de 2º ano, no qual foi disponibilizado o acesso a experimentos remotos, simuladores e outros objetos de aprendizagem, com possibilidade de utilização através de dispositivos móveis. A fim de viabilizar o acesso através destes dispositivos foi criado o aplicativo RExMobile que possibilitou a realização das atividades práticas que foram implementadas a partir da metodologia baseada no TPACK (Technological Pedagogical Content Knowledge) que é um modelo que permite entender e descrever os tipos de conhecimentos que um docente necessita para uma eficiente integração e planejamento de atividades didáticas com NTICs [18]. A metodologia proposta no projeto foi aplicada na Escola de Educação Básica Profa. Maria Garcia Pessi (EEBMGP) através do projeto Utilização de Experimentação Remota em Dispositivos Móveis para a Educação, com o objetivo de facilitar o acesso a experimentação remota (ferramenta de suporte para o ensino de Física) foi utilizado os dispositivos móveis. Neste ambiente foram integradas atividades com experimentos em sala de aula, simuladores, experimentos remotos e, por fim, os alunos foram motivados a fazer experimentos para a disciplina. Esta metodologia busca disponibilizar a oportunidade de contato com meio científico apesar da carência de Laboratório de Ciências nas escolas. Como resultado final, foi proposto a apresentação dos experimentos. Estes revisaram os conteúdos discutidos em sala de aula no primeiro semestre. Os métodos adotados para condução das aulas de física abordam, primeiramente, a apresentação dos conceitos teóricos pelo professor e, em outro momento, o trabalho em grupo com dispositivos móveis e questionários a serem respondidos a partir da observação e do conhecimento teórico prévio das aulas. Com a finalidade de evitar a movimentação da turma para o laboratório de informática, é necessário que o planejamento de aulas incluam as atividades propostas em sala de aula sem prejudicar a carga horária, haja vista as limitações das possibilidades de prática em sala de aula e experiências acompanhadas pelo professor. Durante o acompanhamento destas aplicações, é perceptível a postura de interesse e a contribuição dos alunos no decurso da experimentação, no entanto, dentre dificuldades e limitações encontradas, destacase o acesso à internet de baixa qualidade e a curta carga horária da disciplina de física da escola em questão. Os resultados encontrados na aplicação demonstram que atividades prática motivam os alunos a aplicarem seus Page 258

5 conhecimentos e isto desperta o interesse pelas áreas científicas e tecnológicas, a curiosidade por entender e saber aproxima o conhecimento científico da observação. Apesar da composição de material e variedade de recursos, a prática em laboratório ainda é mais motivador para os alunos, no entanto, devido a carência de laboratórios, outros meios podem ser utilizados para demonstração da ciência de forma mais simples e dinâmica, onde há uma relação com o cotidiano. É nesta relação que se estabelece uma habilidade de responder de forma significativa às questões técnicas que permeiam a nossa vida cotidiana e o mundo das ações políticas como defendido por [19]. VII. CONCLUSÃO A ideia de desenvolver novas possibilidades de ensino dinâmico e atrativo que satisfaça as necessidades didáticas ao mesmo tempo em que estimula o aluno a um constante desafio pode prover um acesso simplificado e interativo com recursos do cotidiano e, assim, expandir o ensino para além da sala de aula. Diante disto, as Novas Tecnologias da Informação e Comunicação tem possibilitado novos processos de aprendizagem, comunicação e construção do conhecimento. A integração do mobile learning à experimentação remota mostra-se eficiente já que permite estender as atividades de ensino-aprendizagem, dentro e fora da sala de aulas, e figura como recurso para apoio e enriquecimento das relações entre professor e aluno, à medida que a arquitetura e os processos de comunicação envolvidos tendem a despertar a curiosidade do usuário em diversas áreas da engenharia e tecnologias, o que leva a efeito o aumento da produtividade de ensino. Logo, definir que a educação vem melhorando baseandose apenas na variável nota é maquiar a real situação de aprendizagem e acesso a informação, formando não profissionais, mas dispensando os alunos para os níveis superiores de educação sem a preparação adequada. A real aprendizagem ocorre na ampliação da visão de mundo do aluno, a partir do momento que sua reflexão toma como base sua percepção e isto apenas pode ser realizado pela experimentação, que deve ser vista de maneira ampla, não de maneira separada. Neste sentido, apoiar as atividades práticas propicia que haja justamente este aprendizado, uma troca de informações entre todos os envolvidos, no caso os diferentes sistemas (alunos, professores, ambiente escolar) usando a experimentação remota. Assim, a análise feita pela Teoria Geral de Sistemas, na qual deve-se ter a visão do todo e do trabalho de forma conjunta com a interdisciplinaridade, pode ajudar na qualificação do aprendizado dos estudantes e ensino dos professores na escola, já que como observadores da realidade ao seu redor, farão construções mentais do que observam e construirão conhecimentos necessários baseados em suas visões de mundo. Por tanto, é nesta construção de conhecimento que são estruturadas as bases científicas, um aprendizado real que incute a necessidade. Esta motivação faz parte do papel do professor como articulador de ideias e de principal motivador, tendências que ultrapassam ciclos permanece ampliando visões. e ideologias, mas REFERÊNCIAS [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] P. C. N., "Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio," M. Prensky, "Digital Natives, Digital Immigrants," On the Horizon, vol. 9, J. Bosco da Mota Alves, Teoria Geral de Sistemas Em busca da Interdisciplinaridade vol. 1: Instituto Stela, M. S. T. D. Araújo and M. L. V. D. S. Abib. (2003) Atividades Experimentais no Ensino de Física: Diferentes Enfoques, Diferentes Finalidades. Revista Brasileira de Ensino de Física. 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6 [18] [19] M. J. Koehler and P. Mishra. (2009). What is technological pedagogical content knowledge? Available: cfm F. J. Ayala, Introductory Essay: the case for scientific literacy, AUTHORS João Paulo Cardoso de Lima is with the Universidade Federal de Santa Catarina. (Lattes Willian Rochadel (IEEE Member nº ) is with the Universidade Federal de Santa Catarina. (Lattes Juarez Bento da Silva (IEEE Member nº ) is with the Universidade Federal de Santa Catarina. (Lattes: This work was supported in part by National Counsel of Technological and Scientific Development (CNPq) Page 260

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