Realidade Virtual no Ensino de Química: o caso do modelo de partículas.

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1 Realidade Virtual no Ensino de Química: o caso do modelo de partículas. João Érick da Silva¹ * (IC), James Rogado² (PQ) joesilva@unimep.br 1,2 Núcleo de Educação em Ciências, Faculdade de Ciências Exatas e da Natureza, UNIMEP Rodovia do Açúcar km 156, Piracicaba-SP, CEP Palavras Chave: Realidade Virtual, Educação Química, Informática Educacional. RESUMO: Considerando a importância que as mídias computacionais vêm a oferecem como ferramentas didáticas no ensino de Química, o aplicativo produzido na investigação busca contribuir para a melhoria da qualidade de ensino. Considerando-se a existência de poucos softwares para o Ensino de Química, o aplicativo de Realidade Virtual - modelo de partículas, desenvolve simulação do conceito de Estrutura Atômica utilizando recursos computacionais de modelagem em ambiente 3D, podendo estes serem visualizados no Browser (WEB3D) e pela biblioteca Artoolkit. O modelo desenvolvido é baseado em desenho de livro didático, buscando substituir a forma estática da representação dos modelos atômicos dos livros, proporcionando ao aluno maior interação com os modelos de Científicos. INTRODUÇÃO A informática é considerada um meio revolucionário nas relações humanas, principalmente a partir da popularização da rede mundial de computadores, a internet. Com o constante aprimoramento da tecnologia, as máquinas passaram a ter alta capacidade de processamento de dados, tornando-se equipamentos cada vez mais rápidos, menores e baratos. A incorporação do computador no âmbito educacional, como ferramenta didática, é inevitável e necessário. Assim, o uso de simulações vem se tornando cada vez mais viável e acessível às escolas, professores e alunos. Os Parâmetros Curriculares Nacionais indicam que se deve reconhecer a integração do computador no contexto educacional podendo ser utilizado como ferramenta para novas estratégias de aprendizagem, capaz de contribuir de forma significativa para o processo de construção do conhecimento. (BRASIL, 1999). A utilização dos computadores como recurso didático para o ensino, na linha behaviorista de Skinner, tinha o objetivo de levar informações ao usuário por intermédio de um diálogo entre o tutor (computador) e o tutorado (usuário). Para Valente (1999) apud Yamamoto e Barbet (2001), as novas modalidades de uso do computador na educação apontam para uma nova direção, ou seja, o uso desta tecnologia não como máquina de ensinar, mas como uma nova mídia educacional em que o computador passa a ser uma ferramenta educacional, uma

2 ferramenta de complementação, de aperfeiçoamento e de possível melhora no processo de ensino. Desta forma, pretende-se utilizar ferramentas e dispositivos de Realidade Virtual como uma nova alternativa na utilização do computador como ferramenta didática, enfocando a criação da simulação de modelo de partículas em ambiente 3D, a ser utilizado em computadores. A Realidade Virtual (RV) é, antes de tudo, uma interface avançada do usuário que permite ao usuário uma maior interação (navegação) em tempo real com o computador, tendo como características a visualização e movimentação em ambientes tridimensionais em tempo real e a interação com elementos desse ambiente. (TORI; KIRNER, 2006). A Realidade Virtual pode ser imersiva ou não-imersiva. A realidade virtual é imersiva, quando o usuário é transportado predominantemente para o domínio da aplicação, através de dispositivos multisensoriais, por exemplo, um capacete. (TORI; KIRNER, 2006). Deste modo, ao mover a cabeça o usuário verá todo o mundo virtual como se estivesse dentro dele. A estereoscopia proporciona uma noção de profundidade, por isso é utilizada para aumentar a aparência de realidade no ambiente virtual. A Realidade Virtual é categorizada como não-imersiva quando o usuário é transportado parcialmente ao mundo virtual, através de uma janela (por exemplo, monitor ou projeção), mas continua a sentir-se predominantemente no mundo real. (KIRNER,TORI; 2004). A técnica de Realidade Aumentada (RA) utilizando a biblioteca Artoolkit é uma ferramenta que captura o ambiente real por câmeras (web-cam), misturando-o com objetos ou simulações virtuais. A realidade aumentada é um sistema que suplementa o mundo real com objetos virtuais gerados por computador, parecendo coexistir no mesmo espaço e apresentando as seguintes propriedades: combina objetos reais e virtuais no ambiente real; executa interativamente em tempo real; alinha objetos reais e virtuais entre si; aplica-se a todos os sentidos, incluindo audição, tato e força e cheiro. (AZUMA, 2001 apud KIRNER; SISCOUTO, 2006). Na Realidade Virtual imersiva, quando o usuário é transportado predominantemente para o domínio da aplicação, através de dispositivos multisensoriais (por exemplo, um capacete), a interação do usuário com o dado da tela com o real, é tão efetiva que ele pode explorar como se o dado de fato existisse. (TORI; KIRNER, 2006; PINHO, 1996). Segundo Pantelides apud Pinho (1996) há diversas razões para se usar a Realidade Virtual na Educação, entre elas destacam-se: Maior motivação dos usuários; O poder de ilustração da Realidade Virtual é muito maior do que outras mídias;

3 Permite uma análise de muito perto; Permite uma análise de muito longe; Permite que pessoas deficientes realizem tarefas que de outra forma não são possíveis; Dá oportunidades para experiências; Permite que o aprendiz desenvolva o trabalho no seu próprio ritmo; Não restringe o prosseguimento de experiências ao período da aula regular; Permite a que haja interação, e desta forma estimula a participação ativa do estudante. Assim devemos pensar na utilização da RV como um recurso didático colocado à disposição de professores e alunos que tem pode ter a finalidade de promover a aprendizagem de uma forma integrada - currículo e das atividades de sala de aula, que não somente seja mais uma forma de aprendizagem, mas sim como uma forma de atingir aquelas áreas onde os métodos tradicionais estão falhando. (PINHO, 1996). A utilização da RV (Realidade Virtual) pode permitir que os modelos atômicos deixem de ser apenas descritos pela fala, ou ilustrados pelo professor através da lousa, para serem simulados, possibilitando ao estudante o controle de parâmetros e de variáveis em estudo. Em outras palavras, o sistema de RV permite uma melhor representação (visualização) dos conceitos científicos (teorias, modelos atômicos) e, dessa forma, propicia melhores condições de aprendizagem. Com a utilização de softwares de RA pode-se privilegiar a construção do conhecimento utilizando metodologias científicas e, através da simulação de modelos atômicos, gerar atividades interativas para a aprendizagem ou a aplicação de conhecimentos da Química. A Realidade Virtual possibilita que a abordagem pedagógica torne-se diferenciada, os conceitos e experimentos, bem como o entendimento e solução do problema são ditadas pelo usuário (aluno-professor), permitindo que a abordagem não seja linear, estanque e escalonada. No entanto, isso só é possível se a RV for utilizada de uma forma adequada, como parte de uma abordagem educacional coerente e organizada. Ou seja, por meio de uma integração conveniente entre o currículo e o enfoque educacional. OBJETIVOS Tendo em vista a importância e benefícios que os recursos da Realidade Virtual vêm a oferecer o presente trabalho buscou desenvolver a aplicação-implementação de conhecimentos

4 sobre a estrutura atômica utilizando recursos computacionais de modelagem em ambiente 3D: Realidade Virtual Browser (WEB3D) e Realidade Aumentada (RA) na biblioteca Artoolkit. MATERIAIS E M ÉTODOS Para o desenvolvimento do aplicativo, foram utilizados os equipamentos disponibilizados pelo Núcleo de Educação em Ciências (NEC) da Faculdade de Ciências Exatas e da Natureza (FACEN), campus Taquaral da Unimep, que dispõe de computadores, impressoras e outros equipamentos necessários. Os principais dispositivos utilizados neste projeto estão listados a seguir: Monitores; Mouse; Rastreadores - Web Cam: Dispositivos sonoros; Sistemas baseados em projeção: tela panorâmica e mesa virtual que propiciam ao usuário imersão parcial em tamanho real e ainda permitem a participação simultânea de um conjunto de pessoas. Foram realizadas revisões bibliográficas abordando: as principais dificuldades dos estudantes referentes aos conceitos ligados à Estrutura Atômica; compreensão do funcionamento dos softwares utilizados; investigação histórica da emergência e consolidação dos primeiros modelos atômicos. Em seguida, realizou-se a instalação e avaliação de alguns softwares de modelagem 3D, tendo em vista que o objetivo principal era obter um software que exporta para o formato VRML característico para aplicações em Browsers (WEB3D), e na biblioteca do Artoolkit. Finalmente, o planejamento e a elaboração da construção da simulação do ambiente virtual para serem utilizadas no Browser e na biblioteca Artoolkit, foram concluídos. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Estrutura Atômica pode ser considerado um dos pilares da Química, exigindo alto nível de abstração, gerando dificuldade de entendimento por parte dos alunos e professores. Segundo Mortimer (1995), os estudantes utilizam os modelos de maneira bastante pessoal: o

5 comportamento de seres vivos e/ou as propriedades da substância são atribuídos a átomos e moléculas; há tendência em negar a existência de espaços vazios entre as partículas. A compreensão das idéias e modelos de estrutura atômica subsidia a interpretação da constituição e das propriedades das substâncias, possibilitando a busca de outros porquês: Por que ocorrem reações químicas? Por que certas substâncias dissolvem algumas substâncias e outras não? Por que alguns compostos conduzem corrente elétrica, e outros não? Por que nem todas as reações são espontâneas? Segundo Chassot (2001, p. 250), quando falamos de partículas, átomos, moléculas..., estamos nos referindo às realidades sobre as quais não conhecemos mais do que o resultado de algumas interações. Os modelos são importantes ferramentas de que dispomos para tentar compreender um mundo cujo acesso real é muito difícil. Assim, criamos simulações do modelo de partículas, em ambiente de Realidade Aumentada e Browser (WEB3D), sendo possível maior interação entre o aluno e o conhecimento abstrato. Para que os estudantes possam compreender melhor a teoria atômica, retiramos exemplos do livro didático: Química para o Ensino Médio (MORTIMER; MACHADO, 2002), para recriá-lo em ambiente virtual. Figuras 1 e 2: (Mortimer; Machado, 2002, p. 68, 77)

6 Figuras 3 e 4: Visualização de seringa virtual no Browser Figuras 5 e 6: Seringa virtual com modelo de partículas no Browser Figura 7: Visualização da seringa no Artoolkit.

7 Com a utilização de técnicas de Realidade Virtual, tanto pelo Browser, como pela biblioteca Artoolkit, o aluno poderá visualizar as simulações das teorias, observando que as partículas estão em constante movimento, que existem colisões entre as partículas, de que existe vácuo entre as partículas, ou seja, que não existe nada entre as partículas. Por possibilitar vários estilos e tipos de aprendizagem, interatividade e o controle do usuário sobre o que se aprende e como se aprende, a interação efetiva do estudante, estimulando a participação ativa, as técnicas de RV tornam mais fácil o acesso à compreensão no nível teórico. REFERÊNCIAS Artoolkit. Disponível em: < Acesso em: 15/08/2007. BRASIL. Ministério da Educação, Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio. Ciências Matemáticas e da Natureza e suas Tecnologias. Brasília-DF: MEC/SEMTEC, CAREY, R.; BELL, G. The annotated VRML 2.0 Reference Manual. USA: Addison Wesley, Cortona. Disponível em: < Acesso em: 25/10/2007. GALAGOVSKY, L.; ADÚRIZ-BRAVO, A. Modelos y Analogías En La Enseñanza de Las Ciencias Naturales. El Concepto de Modelo Didáctico Analógico. Enseñanza de Las Ciencias, 19 (2), p , GOMES, T.; FERRACIOLI, L. A investigação da construção de modelos no estudo de um tópico de Física utilizando um ambiente de modelagem computacional qualitativo. Revista Brasileira de Ensino de Física, 28 (4), p , KIRNER, C.; SISCOUTTO, A. R. Fundamentos de Realidade Virtual e Aumentada. In: VIII Syposium on Virtual Reality. Sociedade Brasileira da Computação. Porto Alegre-RS. p. 2-21, KIRNER, C.; TORI, R. Introdução à Realidade Virtual, Realidade Misturada e Hiperrealidade. In: Conceitos e Tendências, 2004, São Paulo SP. SVR 2004 VII Syposium on Virtual Reality. São Paulo-SP. p. 1-20, MORTIMER, E. F. Concepções Atomistas dos Estudantes. Química Nova na Escola. 1, p MORTIMER, E. F.; MACHADO, A. H. Química para o Ensino Médio. São Paulo: Scipione, 2002.

8 PINHO, M. S. Realidade Virtual como Ferramenta de Informática na Educação. Instituto de Informática/Centro de Informática na Educação PUC-RS. Disponível em: < Acesso em: 13/11/2007. YAMAMOTO, I.; BARBET, V. B. Simulações de Experiências como Ferramenta de Demonstração Virtual em Aulas de Teoria de Física. Revista Brasileira de Ensino de Física, 23 (2), p , 2001.