RESUMO 1. INTRODUÇÃO. no Ensino e na Aprendizagem das Ciências Físicas. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 25, no. 3, Setembro, 2003.

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1 MODELIZAÇÃO E SIMULAÇÃO DE FENOMENOS FISICOS ATRAVES DE COMPUTADORES Hernânny Pereira Barros MOURA (1); Weimar Silva CASTILHO (2) (1) Instituto Federal De Educação Ciência e Tecnologia do Tocantins Campus Palmas, AE 310 SUL, Avenida LO 05, s/n, hernannypbm@hotmail.com(2) Instituto Federal De Educação Ciência e Tecnologia do Tocantins Campus Palmas, AE 310 SUL, Avenida LO 05, s/n, weimarcastilho@gmail.com RESUMO Atualmente percebe-se que muitos alunos possuem dificuldades na compreensão dos fenômenos físicos. Parte deste problema se deve a dificuldade de visualização física dos fenômenos. Entre as razões do insucesso na aprendizagem, destacam-se principalmente os métodos tradicionais de ensinar Física são inadequados, pois há falhas na aprendizagem quando os conceitos complexos e difíceis de visualizar só forem abordados de forma verbal ou textual, fazendo com que os estudantes tentem imaginar a ligação dos conceitos com a realidade. Assim, a necessidade de diversificar métodos para combater o insucesso escolar, conduziu ao uso crescente e diversificado do computador no ensino da Física. O computador oferece atualmente várias possibilidades para ajudar a resolver os problemas de insucesso das ciências em geral e da Física em particular. Através da modelagem e da simulação de fenômenos físicos poderá apresentar-se como uma saída para este problema3. O presente artigo trata de uma pesquisa teórica com a finalidade de conhecer os problemas do insucesso da física e apresentar as possíveis soluções. Palavras-chave: simulação, Física, computadores, aprendizagem, modelagem. 1. INTRODUÇÃO Na sociedade atual percebe a presença da tecnologia estendendo suas influências sobre quase todos os campos do agir humano e do saber social, do sistema como um todo ao indivíduo isoladamente e até mesmo na comunicação entre os indivíduos (COELHO,2002). Sabe se também que há um elevado número de desistências e reprovações dos alunos de FÍSICA, nos vários níveis de ensino, isto mostra bem as dificuldades que os alunos encontram na aprendizagem dessa ciência. Uma característica da FÍSICA que a torna particularmente difícil para os alunos é o fato de lidar com conceitos abstratos e, em larga medida, contraintuitivos. Em consequência, muitos deles não conseguem apreender a ligação da FÍSICA com a realidade. A consequência disso seria também a presença dessa mesma tecnologia nos procedimentos educacionais, nas atividades pedagógicas. A Informática Educativa tem o potencial de provocar transformações no ensino e na aprendizagem. A proposta é aproximar a cultura escolar dos avanços de que a sociedade já vem desfrutando, com a utilização das redes técnicas de armazenamento, transformação, produção e transmissão de informação. (TAJRA,2002) Existem diversas formas de utilizá-la na FÍSICA que podem ser de grande valia em sala de aula, como na utilização de ensino através de vídeo aula, simulação, jogos educativos, auxiliar em experimentos de laboratório, autoinstrução, dentre outros. Segundo Rosa (1995) atualmente os computadores são mais utilizados pelos professores fora da sala de aula, na preparação de textos, provas e em pesquisas escolares, e destes, alguns o utilizam inclusive como recurso didático, fazendo o aluno trabalhar diretamente com o computador, e que outros sequer tiveram acesso a esse tipo de máquina. Segundo COELHO há uma falta de compreensão da atual realidade do uso da Informática Educativa no ensino de FÍSICA de nível médio e a aplicação da informática na educação está acontecendo de forma muito lenta e diversificada. 3 FIOLHAIS, Carlos; TRINDADE, Jorge. Física no Computador: o Computador como uma Ferramenta no Ensino e na Aprendizagem das Ciências Físicas. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 25, no. 3, Setembro, 2003.

2 Porém existem obstáculos que impedem que sejam dados os passos necessários à plena utilização da Informática Educativa, já que esconde a necessidade de se pensar em aquisição de softwares, formação dos profissionais, planejamento de infraestrutura e manutenção, e de uma adequação de todo o projeto político-pedagógico da escola a essa nova realidade!¹. Neste artigo iremos focar na utilização computacional nos experimentos de FÍSICA 1.1 Objetivo A inclusão desta tecnologia no espaço escolar é de forma transformadora e condizente com as teorias da Educação que hoje são aceitas. Concordando com Valente, esta transformação deve partir dos objetos, como: a escola, o professor, o aluno, o conteúdo, os softwares, o computador e o projeto políticopedagógico. Sem sólida base empírica, a análise dialética corre o risco de perder-se em considerações abstratas destituídas de valor explicativo real (in Minayo, 1992, p. 155), o que reforça a necessidade de uma melhor compreensão da realidade, dentro de seu contexto, para que uma análise possa ser realizada de maneira adequada (COELHO, 2002). As simulações e animações computacionais potencializam e consolidam os conhecimentos adquiridos pelos alunos no ambiente escolar, necessitando que os alunos desenvolvam certo grau de abstração para perceber o acontecimento ou fenômeno a ser estudado. As simulações permitem envolver conceitos dos fenômenos que não são vivenciados cotidianamente pelos alunos. Segundo Jorge o uso do computador como ferramenta de modelagem e simulação tem se mostrado um instrumento extremamente eficaz na transmissão do conhecimento, influenciando diretamente e de uma forma positiva a relação ensino/aprendizagem. O presente artigo tem como objetivo obter alguma compreensão sobre ampla utilização de computadores nos experimentos de FÍSICA de nível médio concebe, usando na prática pedagógica, bem como sobre suas expectativas e necessidades sobre esta tecnologia. 2. HISTÓRICO DA INFORMÁTICA EDUCATIVA NO BRASIL Segundo ROSA, a partir do final da década de setenta e inicio dos anos oitenta a utilização de computadores pessoais disseminou-se pelo mundo todo e de forma significativa no Brasil. como consequência dessa disseminação do uso de computadores na sociedade, as crianças e jovens encararam como mais um objeto a sua disposição, lidando com ele mais cedo. Segundo ROSA, devido o fator convivência pacífica entre usuário e maquina, levou a ser utilizada na educação em geral e, em particular no ensino de FÍSICA. Em algumas escolas a utilização intensiva de computadores já é uma realidade e a tendência é a introdução cada vez maior destas maquinas na rotina diária das escolas. As primeiras experiências feitas foram nas universidades brasileiras UFRJ, UFRGS e a UNICAMP. Atualmente a informática educativa está relacionada diretamente com as políticas de inclusão digital. O objetivo da informática educativa é uma forma de aproximar a cultura escolar dos avanços de que a sociedade já vem desfrutando, com a utilização das redes técnicas de armazenamento, transformação, produção e transmissão de informação. (TAJRA,2002) 3. ASPECTO CONSTRUTIVO DA INFORMÁTICA NA EDUCAÇÃO A introdução da Informática na Educação só significará avanço para professores e alunos, se for submetida aos objetivos pedagógicos e guiada pelas necessidades do processo ensino-aprendizagem.

3 Sabe se que a mera entrada da Informática no ambiente educacional não vai, por si só, provocar transformações no ensino que melhorem a qualidade da Educação. 3.1 Formação do Professor Na formação dos professores não há informações sobre realidade da Informática Educativa como um dos métodos a ser discutido e explorado, pois seria a o inicio para que a Informática propicie uma transformação na Educação. Atualmente grande parte dos professores estão desmotivados para se aperfeiçoarem em novos meios e métodos que auxiliam na melhoria do seu trabalho devido a sobrecarga de trabalho a que estão submetidos. Segundo COELHO, os professores dizem utilizar boa parte de seu tempo livre com atividades de pesquisa para melhorar seu trabalho. À formação de professores, tanto a inicial como a continuada, deve ter uma atenção especial de forma a que os profissionais que convivem em sala de aula tenham autonomia tanto para a utilização da Informática quanto para a participação no planejamento das políticas de Informática Educativa. Assim a preocupação com a formação de professores aptos a utilizarem a Informática na Educação deve ser tanto na dimensão pedagógica quanto técnica, e estas duas de maneira integrada. a formação do professor envolve muito mais do que provê-lo de conhecimento técnico sobre computadores. Ela deve criar condições para o professor construir conhecimento sobre os aspectos computacionais; compreender as perspectivas educacionais subjacentes aos softwares em uso, isto é, as noções de ensino, aprendizagem e conhecimento implícitas no software; e entender por que e como integrar o computador na sua prática pedagógica. Deve proporcionar ao professor as bases para que possa superar barreiras de ordem administrativa e pedagógica, possibilitando a transição de um sistema fragmentado de ensino para uma abordagem integradora de conteúdo e voltada para a elaboração de projetos temáticos do interesse de cada aluno. Finalmente, deve criar condições para que o professor saiba recontextualizar o aprendizado e a experiência vivida durante a sua formação para a realidade de sala de aula, compatibilizando as necessidades de seus alunos e os objetivos pedagógicos que se dispõe a atingir. (VALENTE, 1999, p. 23) 4. POSSÍVEIS USOS DO COMPUTADOR NO EXPERIMENTO DE FÍSICA Tratando especificamente da aplicação no ensino de FÍSICA para experimentação, o computador pode ser usado como aquisição de dados e Simulação de fenômenos físicos (estática ou dinâmica). 4.1 Aquisições de dados por computador Segundo Champagne, como a FÍSICA é uma ciência experimental, o laboratório assume um papel central no seu ensino. O computador encontrou já um lugar permanente no laboratório escolar e o seu uso nesse local encontra-se cada vez mais generalizado. Champagne sugeriu nos anos 80 a utilização do computador na aquisição de dados experimentais em laboratório. Muito se evoluiu desde então. Utilizando sensores e software apropriado, os alunos podem hoje medir e controlar variáveis como: posição, velocidade, aceleração, força, temperatura, etc. O computador permite novas situações de aprendizagem ao propiciar aos alunos a realização de medições de grandezas físicas em tempo real que lhes fornecem respostas imediatas a questões previamente colocadas. A apresentação gráfica de dados facilita leituras e interpretações rápidas. 4.2 Modelização e simulação Segundo Fiolhais e Trindade o termo modelização costuma ser utilizado quando a ênfase é dada à programação do modelo, ao passo que a simulação se refere à situação em que o modelo é uma ''caixa

4 negra''. Esta distinção é de alguma forma artificial e nem sempre clara. Uma vez que as leis da FÍSICA são expressas por equações diferenciais, pode construir-se um modelo e simular de imediato um dado problema físico: por exemplo, o movimento orbital de um planeta sob a influência de uma ou mais estrelas, os movimentos das estrelas de um glóbulo estelar, ou mesmo a colisão de duas galáxias. Segundo Vasconcelos, a introdução da modelagem computacional no processo de ensino e aprendizagem pode desmistificar esta imagem da FÍSICA no âmbito escolar. Este processo de modelagem a partir da construção de simulações utilizando o computador possibilita uma maior compreensão dos conteúdos e contribui para o desenvolvimento cognitivo em geral, além de favorecer uma aprendizagem significativa. Assim, pode-se melhorar o processo de aquisição do conhecimento, exigindo que os estudantes pensem em um nível mais elevado, generalizando conceitos e relações além de propiciar oportunidades para que os alunos testem seus próprios modelos cognitivos, detectando e corrigindo inconsistências. Desta forma, torna-se claro que estes programas de modelagem e simulação (como por exemplo, o Modellus) são recursos didáticos da maior valia no processo de aprendizagem em Ciências, pois a compreensão do saber científico e a construção do conhecimento em FÍSICA passam pela modelagem, e estes softwares costumam serem tais que facilitam estudos exploratórios individuais. Segundo Riley os ambientes de modelação permitem aos alunos construir modelos do mundo físico que serão mais ou menos aproximados. Segundo Vasconcelos, o que se pode perceber, é que há uma excessiva valorização pela utilização direta de fórmulas na resolução de situações apresentadas em sala de aula. Em função desta dificuldade, o uso do computador como uma ferramenta de construção do conhecimento físico tem possibilitado a professores e alunos realizar simulações que permitam a visualização do fenômeno estudado, tornando assim o modelo matemático mais significativo e próximo da realidade dos estudantes. Segundo Bunge (1974), este modelo é uma representação esquemática da realidade, ou de uma situação real, e se atribuem a ele propriedades possíveis de ser tratadas por teorias. A construção de um modelo sobre uma teoria, em FÍSICA apresenta-se através de modelos matemáticos didáticos. Os simuladores computacionais são relativamente comuns no ensino. Eles reproduzem parte de um fenômeno real e dão ao usuário a oportunidade de participar mudando variáveis e verificando resultados. Os simuladores são importantes porque proporcionam a possibilidade de análise por parte do usuário. No processo educacional essa relação interativa leva o estudante a construir um repertório conceitual, com base na conclusão obtida acerca do que ele está vendo. Segundo Rosa, podem-se caracterizar dois tipos de simulação: simulação estática e a simulação dinâmica. Na simulação estática, o modelo do fenômeno já se encontra pronto cabendo ao aluno, simplesmente, a manipulação de parâmetros e a observação do que acontece. Já na simulação dinâmica, cabe ao aluno à elaboração de um modelo explicativo do fenômeno e sua implementação. Isso pode ser feito via programação ou pela escolha, dentre situações já programadas, daquelas que o aluno julgue ser mais correta a cada caso. É importante resaltar que a utilização do computador é para complementar os experimentos de laboratório, e não substituí-lo. Pois em algumas escolas em que não há laboratório especifico de FÍSICA, com equipamentos e dispositivos, utiliza-se o computador para ajudar o aluno na compreensão dos fenômenos. Segundo VASCONCELOS; et al, através de um ambiente computacional de manipulação e modelização de equações o aluno pode construir um conhecimento partindo da ideia de que o modelo matemático utilizado não se apresenta apenas como uma fórmula estática e sim como algo inserido em fenômenos do seu cotidiano. 5. DIFICULDADES NA IMPLANTAÇÃO DE COMPUTADORES NAS ESCOLAS

5 Percebe-se que as dificuldades de inserção da informática educacional nas escolas se devem principalmente as políticas publica que administram os bens públicos destinando os de maneira correta ou não, podendo excitar quanto oprimir a utilização desta tecnologia no âmbito escolar. Sabe-se também que há falta de verbas necessárias para adquirir os equipamentos, fazer melhorias no ambiente, empregar funcionários profissionais de manutenção, incentivar a qualificação dos professores e a estrutura de ensino. CONSIDERAÇÕES FINAIS Assim o uso da Informática poderá promover uma significativa melhora na qualidade da Educação Brasileira, mas, para que isso ocorra, não basta apenas adquirir os computadores. Os professores devem estar capacitados e/ou preparados para utilizar esta tecnologia de uma forma transformadora, e para isso é necessário que tenham consciência da necessidade desta preparação e de todo o potencial que a Informática proporciona para a Educação. Em escolas que não possuem laboratórios com diversos equipamentos, dispositivos e materiais para utilizar nas práticas experimentais, o computador é um dispositivo que pode sanar a falta de alguns equipamentos, sendo viável comparado com o valor dos equipamentos laboratoriais de FÍSICA. Resaltando novamente que a utilização do computador é para complementar os experimentos de laboratório, e não substituí-lo. Pois se utiliza o computador para ajudar o aluno na compreensão dos fenômenos. A simulação define como uma técnica de ensino que se fundamenta em princípios do ensino baseado em tarefas e se utiliza da reprodução parcial ou total destas tarefas em um modelo artificial. Assim a simulação permite que o aluno veja alguns fenômenos que são em muitos casos praticamente impossíveis de se visualizar no cotidiano ou a olho nu. Levando o aluno a entender mais facilmente a entender os fenômenos que ocorrem mo mundo. Também tem se a necessidade de uma política governamental comprometedora para ajudar na melhoria da educação, pois é necessário que haja investimento não só em laboratórios, mais na formação de professores e na estrutura das escolas. O planejamento dos laboratórios, da aquisição de software, e da política de utilização das máquinas deve ser pensado de maneira a que o os computadores sejam usados dentro de uma perspectiva interacionista, e não simplesmente conteudista. Agradeço primeiramente a Deus, aos meus Pais, que durante todo esse período de minha vida vem me dando força para que eu possa alcançar meu objetivo na vida. Aos colegas de curso, as pessoas que me ajudaram orientando no meu trabalho, nas minhas duvidas. A essas pessoas que possibilitou repassar seus conhecimentos pra min. Sem as quais, o presente trabalho não teria sido realizado. Também deixo expressos meus sinceros agradecimentos a CAPES pelo o incentivo a iniciação a docência, e pela bolsa. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRIZZI, Maristela Luisa Stolz. A Educação em Física Mediada pelo Computador. Dissertação de Mestrado. UNIJUÍ. Ijuí: 2000 MINAYO, Maria Cecília de Souza. O Desafio do Conhecimento Pesquisa Qualitativa em Saúde. HUCITEC-ABRASCO. São Paulo/Rio de Janeiro: 1992 COELHO, Rafael Otto. O Uso da Informática no Ensino de Física de Nível Médio, Rio Grande do Sul, TAJRA, S. F. Informática na educação: novas ferramentas pedagógicas para o professor na atualidade. São Paula, SP: Érica, p. ROSA, Paulo Ricardo da Silva. Uso de Computadores no Ensino da Física: potencialidade e uso geral. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 17, n. 2, junho,1995.

6 JORGE, Paulo Vinícius Carvalho; et AL. Simulando experimentos de física com o auxílio da modelagem computacional: o espalhamento de partículas alfa. A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 2. Ensino de Física. VASCONCELOS, Francisco Herbert Lima; SANTANA, José Rogério; NETO, Hermínio Borges. Aprendizagem mediada por computador: uma experiência de ensino de física com a utilização da simulação computacional. Xvi Simpósio Nacional de Ensino de Física. PAIVA, João Carlos. Softciências: recursos computacionais para o ensino da Física, da Química e de outras áreas afins. D. Riley, Computers & Education 15, 255 (1990). T. Good, J. Brophy, Educational Psychology: A Realistic Approach, Longman, New York (1990). T. O'Shea, C. O'Malley, E. Scanlon, Magnets, Journal of Artificial Intelligence in Education 1, 11 (1990). L. McDermott, American Journal of Physics 58, 452 (1990).