IMAGENS 3D VIRTUAIS NO ENSINO DE CIÊNCIAS: RECONSTRUÇÕES DE UM MODELO ANALÓGICO DO OLHO HUMANO EM APLICATIVO MULTIMÍDIA 1

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1 IMAGENS 3D VIRTUAIS NO ENSINO DE CIÊNCIAS: RECONSTRUÇÕES DE UM MODELO ANALÓGICO DO OLHO HUMANO EM APLICATIVO MULTIMÍDIA 1 Welerson R. MORAIS (CEFET-MG) 2 Ronaldo L. NAGEM (CEFET-MG) 3 Resumo O uso de imagens visuais em livros didáticos e em outros suportes têm se constituído em campo de pesquisa, uma vez que servem, segundo Martins e Gouveia (2003), para facilitar a visualização de conceitos científicos. O presente trabalho teve por objetivo reconstruir modelos didáticos virtuais bidimensionais (3D) do olho humano em um aplicativo multimídia e contrastá-los com os modelos bidimensionais (2D) e textos de livros didáticos em um estudo comparativo para verificar se o modelo 3D virtual seria viável como modelo didático. Para tal foram apresentados textos escritos, imagens 2D e 3D Aplicativo Multimídia e questionários para um grupo heterogêneo de alunos. A análise dos dados do questionário e da observação direta demonstrou que o modelo 3D forneceu um melhor aprendizado para os alunos. Os resultados contribuíram, também, para aprimorar a interatividade do aplicativo. Palavras-chave: Imagens; Modelos Analógicos; Ensino de Ciências. Introdução Segundo Aumont (2000) as imagens visuais demonstram a forma como o ser humano se relaciona com o mundo. È possível observar essa relação desde as pinturas nas cavernas da pré-história, passando pelas pinturas e esculturas renascentistas, a fotografia, o cinema, o vídeo e nos últimos tempos a computação gráfica (CG). Durante esse processo muitas foram as formas de expressão estética, as técnicas e os materiais utilizados para a produção e reprodução das imagens visuais (Machado, 1997). Essas imagens, que atingiam primeiramente o cotidiano social do homem, chegaram até a escola. Nas salas de aula e nos materiais instrucionais elas passaram a representar os fenômenos da natureza, o que Aumont (2000) considera como sendo modo epistêmico da imagem, e se encontram principalmente em livros didáticos. Essas imagens servem, segundo Martins & Gouveia (2003), para facilitar a visualização de conceitos científicos. Para estas autoras, trata-se de texto imagético, porque também são lidos, e são importantes para a educação porque superam o texto escrito como forma de comunicação. A leitura pode ser 1 Trabalho apresentado ao Grupo de Discussão PROPOSTAS PEDAGÓGICAS MEDIADAS POR MÍDIAS DIGITAIS, no III Encontro Nacional sobre Hipertexto, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, Belo Horizonte, Mestre em Educação Tecnológica, 3 Pós Doutor em Educação em Ciências, 1

2 entendida como um processo social que se modifica de acordo com as instituições o período histórico. Isso serve tanto a leitura de texto quanto de imagens. Tem-se, portanto, o desenvolvimento de técnicas e tecnologias para a produção e disseminação dessas imagens de acordo com o período histórico, que também influenciará na leitura dessas imagens. As imagens dos livros didáticos são consideradas por Gilbert & Bolter (1998) como sendo modelos didáticos. Esses modelos buscam representar fenômenos da natureza o mais próximo possível dos modelos científicos, ou seja, aqueles divulgados pela ciência. Esses modelos podem se apresentar, além da representação pictórica, em suportes como o filme, o vídeo e o computador. São considerados, segundo Eysenck & Keane (1994) como representações externas e podem advir do seu referente real encontrado na natureza ou de outras representações externas (como o caso dos modelos didáticos que representam os modelos científicos). Além das representações externas existem também as representações internas ou modelos mentais, que são todas as representações que os individuos possuem em suas mentes a respeito do mundo. As representações externas, assim como as internas, estão presentes na vida dos seres humanos e são divididas, segundo Eysenck & Keane (1994) em duas classes: uma que se apresenta na forma de imagens e diagramas e uma que se apresenta na forma de texto escrito e/ou falado. Arruda (2003) considera essas duas classes como sendo representação tipo-imagem e representação tipo-linguagem. Para Nuñes & Lima (2005) um modelo didático tem por objetivo facilitar o entendimento de conceitos científicos complexos. Além disso, um bom modelo didático deve proporcionar a criação de modelos mentais nos alunos, ou seja, a modelagem. É por meio desta que o aluno pode contrastar o modelo didático apresentado pelo professor no material instrucional com o modelo mental que ele possui na sua estrutura cognitiva levando-o a uma mudança conceptual. Giordan & Vechi (1996) consideram os modelos didáticos como sendo ferramentas fundamentais para esse processo de mudança conceptual. Para eles, existe na mente dos alunos, assim como em qualquer indivíduo, uma aura conceptual, que se refere a todos os conceitos, certos ou errados, acerca dos fenômenos científicos. Se o aluno consegue ancorar o novo conhecimento, apresentado pelo modelo, com um já existente na sua aura conceptual, ele poderá mudar a sua concepção sobre o saber novo e gerar o conhecimento. Gilbert & Boulter (1998) afirmam que os modelos são mais acessíveis à percepção que as teorias e ainda permitem mais facilmente que as conseqüências das teorias possam ser 2

3 deduzidas e testadas experimentalmente. Verifica-se, portanto, a importância dos modelos didáticos no cotidiano dos alunos. No presente estudo são considerados modelos analógicos por serem modelos que representam uma realidade e isso se dá por analogia, assim como indicado por Nuñes & Lima (2005) que consideram que os modelos didáticos devem manter um grau de analogia estrutural e funcional com a realidade. Além disso, eles são transitórios, ou seja, são passíveis de alterações e reconstruções. Os modelos pictóricos dos livros didáticos são modelos comuns no cotidiano de alunos e professores. Com as novas tecnologias para o trato com as imagens, podem ser construídos modelos em outros suportes como, por exemplo, o computador, que é um tipo de objeto tecnológico cada vez mais comum na vida do ser humano. A tecnologia utilizada no trato com as imagens é conhecida como computação gráfica (CG) e possibilita tanto a criação, modelagem 4 e reprodução de imagens em duas dimensões (2D) e em três dimensões (3D) quanto a manipulação delas em um ambiente virtual. Para Kirner & Siscouto (2007), o ambiente virtual é o ambiente do computador e ele pode ser imersivo (como aquele em que se usa capacetes, óculos e luvas sensoriais e tem-se a sensação de estar dentro dele) e não imersivos (como os que se apresentam nas telas dos desktops e laptops). Pensando-se nessas características da CG e do ambiente virtual, buscou-se a construção do que Gilbert & Boulter (1998) chamam de modelos em computadores, que pudessem ser comparados com os dos livros didáticos, mas que se apresentasse como um modelo 3D virtual. Para Barbosa Junior (2001), a computação gráfica e as animações computadorizadas possuem uma capacidade singular de representar fenômenos da natureza, algo extraordinário tanto para a Ciência quanto para a Educação. Além disso, a possibilidade de interação entre homem e a máquina possibilitaria a construção de uma nova aptidão tanto em professores quanto em alunos, ou seja, a aprendizagem e a manipulação de uma nova mídia como recurso didático. Sendo assim, uma primeira reconstrução do modelo do olho humano partiu de imagens 3D interativas do olho humano encontradas na internet. Com isso foi possível produzir um 4 Considera-se que as imagens ou objetos 3D, criados e manipulados em computador, são modelados, da mesma forma que se modela uma escultura. 3

4 aplicativo multimídia 5 contendo imagens 3D do olho humano e textos retirados de livros didáticos. Esse aplicativo foi chamado de V1 (versão1) e foi testado juntamente com o material impresso com imagens e textos retirados de livros didáticos em uma pesquisa comparativa que se deu em agosto de 2008 na qual foi possível verificar que o olho 3D interativo proporcionou uma melhora no aprendizado dos participantes superior aos materiais impressos. Além disso, com os dados coletados neste teste foi possível reconstruir o aplicativo tornando-o mais completo e mais interativo. Materiais e métodos A pesquisa empírica foi considerada como sendo qualitativa, com uma parte quantitativa e envolveu quatro etapas: Pesquisa exploratória feita em livros didáticos de Ciência da sétima série do ensino fundamental selecionados pelo PNLD com o objetivo de verificar como o tema olho humano é abordado em livros didáticos. Para Cervo & Bervian (2004) esse tipo de pesquisa tem o objetivo de buscar mais informações sobre determinado assunto de estudo para que o pesquisador se familiarize mais com o fenômeno. Construção e reconstrução do aplicativo multimídia em que foram utilizadas imagens do olho humano em 3D baixadas do site <www.msd-brazil.com> e texto dos livros didáticos analisados. A reconstrução se deu após o teste piloto V1 quando foram inseridas mais imagens, alterado o texto e melhorado os hiperlinks. Pesquisa comparativa por meio do teste piloto V1. Este tipo de pesquisa busca verificar similitudes e explicar diferenças. Ocupando-se da explicação dos fenômenos, o método comparativo permite analisar o dado concreto, deduzindo do mesmo os elementos constantes, abstratos e gerais. (LAKATOS & MARCONI, 1991, p. 60) Para essa etapa foram utilizados dois instrumentos de coleta de dados, um questionário, que forneceu dados quantitativos e qualitativos, e a observação direta, que forneceu dados qualitativos. Esta etapa consistiu na aplicação de um questionário (diagnóstico), aplicado antes do teste para verificar os conhecimentos prévios dos participantes. Estes foram, depois, separados aleatoriamente em 3 grupos distintos para que pudessem receber os três materiais desenvolvidos para esta pesquisa: um 5 Aplicativo multimídia são sofisticados materiais audiovisuais desenvolvidos a partir de textos, ilustrações, fotografias, gravações de áudio ou vídeo e animações, que em sua grande maioria permite que o usuário interaja com ele, comandando o acesso a informação como um diálogo (Carvalho & Sabatinni, 1994) 6 Plano Nacional do Livro Didático MEC Governo Federal 4

5 material impresso contendo textos sobre o olho humano (GT) um material impresso contento texto e imagem 2D do olho humano (GT2D) e uma aplicativo multimídia contendo texto e imagens 3D interativas do olho humano (GT3D). O texto dos materiais impressos e do aplicativo foi o mesmo. Os participantes estudaram os materiais por um período máximo de 40 minutos e depois responderam um questionário que foi o mesmo aplicado antes do teste piloto V1, para verificar se haveria ou não melhora no aprendizado (nesse caso o questionário V1). Para cada questão do questionário havia um espaço para justificativa que era opcional; havia tmabém uma última questão que pedia para que o participante desenhasse o olho. Na observação direta, feita por duas pesquisadoras do GEMATEC 7, observou-se o comportamento dos participantes e suas reações diante dos materiais distribuídos. Análise e discussão dos resultados Na pesquisa exploratória foram analisados quatro livros didáticos da sétima série do ensino fundamental. Foram escolhidos livros desta série porque é nela que se estuda o corpo humano. A Imagem 01, abaixo, retirada de um dos livros didáticos analisados, foi utilizada no material impresso e serviu de exemplo para a formatação do modelo 3D do aplicativo. Imagem 01: Representação pictórica, em 2D, do olho humano. Fonte: Ciências e Interação 7ª série Editora Positivo 5

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