dissertação 3
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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Programa de Pós - Graduação em Ensino de Ciências e Matemática
ENSINANDO O EFEITO FOTOELÉTRICO POR MEIO DE SIMULAÇ ÕES
COMPUTACIONAIS:
Elaboração de roteiro de aula de acordo com Teoria da Aprendizagem Significativa
STÊNIO OCTÁVIO DE OLIVEIRA CARDOSO
BELO HORIZONTE
2011
Stênio Octávio de Oliveira Cardoso
ENSINANDO O EFEITO FOTOELÉTRICO POR MEIO DE SIMULAÇ ÕES
COMPUTACIONAIS:
Elaboração de roteiro de aula de acordo com Teoria da Aprendizagem Significativa
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais como requisito parcial à obtenção do grau de Mestre em Ensino de Física.
Orientadora: Profa Dra ADRIANA GOMES DICKMAN
Belo Horizonte
2011
FICHA CATALOGRÁFICA Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Cardoso, Stênio Octávio de Oliveira C268e Ensinando o efeito fotoelétrico por meio de simulações computacionais:
elaboração de roteiro de aula de acordo com teoria da aprendizagem significativa / Stênio Octávio de Oliveira Cardoso. Belo Horizonte, 2011.
116f. : Il. Orientadora: Adriana Gomes Dickman
Dissertação (Mestrado) – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-graduação em Ensino de Ciências e Matemática.
1. Física – Estudo e ensino. 2. Aprendizagem. 3. Simulação por computador. 4. Ensino médio. I. Dickman, Adriana Gomes. II. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática. III. Título.
CDU: 53:373
À minha Mãe Dagmar Cardoso de Oliveira, que me incentivou e apoiou durante toda a vida. Aos meus Tios Darkson Cardoso e Juvenal Cardoso e família, pelos momentos de apoio nas dificuldades encontradas durante todo tempo. Ao meu amigo Lourival pela força e incentivo.
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer a Deus, pela oportunidade de tornar os pensamentos abstraídos
em realidade e a vontade em conquistas.
A todas as amizades feitas no curso de mestrado, aos colegas com quem convivi e
pude conviver mesmo que por pouco tempo. Especialmente a Maria Neuza e Carla pela ajuda,
confiança e os momentos de estudo. Agradeço aos momentos de descontração com os amigos
Elismar, Ney e Halley.
Aos professores do curso de Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática, por
mudar alguns pontos de vista, pelo conhecimento agregado e lições aprendidas.
Ao Instituto Regina Pacis, pela oportunidade de realizar meus estudos com a presteza
e parceria de todos os profissionais que nele atuam.
Enfim, gostaria de agradecer a orientadora Prof. Dra Adriana Gomes Dickman, que em
muito contribuiu para realização deste trabalho.
"A mente que se abre a uma nova idéia jamais volta ao seu tamanho original."
Albert Einstein
RESUMO
Elaboramos uma sequencia de atividades caracterizada pelo uso de simulações
computacionais no Ensino de Física, de acordo com a teoria da aprendizagem significativa de
Ausubel. Dentre os tópicos de Física, escolhemos o efeito fotoelétrico, um componente da
Física Moderna e responsável por muitos avanços tecnológicos presentes na vida cotidiana.
Simulações computacionais permitem os estudantes a visualizar e interagir com os fenômenos
físicos que são difíceis de serem reproduzidos em um laboratório didático. A sequencia
consiste das seguintes atividades: pré-teste, organizadores avançados, simulação
computacional usando um roteiro de atividades, organizadores explicativos, e teste de
avaliação final. Estas atividades são o produto de nossa interpretação da teoria de Ausubel;
em todas as etapas tentamos relacionar o sujeito e o uso de simulação computacional à teoria
de aprendizagem significativa. A sequencia de atividades foi aplicada a estudantes de ensino
médio do Instituto Regina Pacis. Nossos dados mostram que a maioria dos alunos
compreendeu os conceitos gerais relacionados ao fenômeno ao participarem das atividades.
Acreditamos que o uso de simulações computacionais contribuiu significantemente para este
resultado, ajudando os alunos a testarem suas hipóteses sobre o fenômeno. Concluindo, este
produto pode ser aplicado a qualquer estudante com disposição para aprender e com nível de
conhecimento compatível com alunos do terceiro ano do Ensino médio.
Palavras-chave: Aprendizagem significativa, simulação computacional, efeito fotoelétrico, ensino médio.
ABSTRACT
We elaborate a sequence of activities characterized by the use of computer simulations in
physics education, according to Ausubel’s theory of meaningful learning. Among the physics
topics, we choose the photoelectric effect, a component of modern physics and responsible for
many technological advances present in everyday life. Computer simulation allows students
to visualize and interact with physics phenomena that are difficult to reproduce in a didactic
laboratory. The sequence consists of the following activities: pre-test, advance organizers,
computer simulation using a guide of activities, expository organizers, and final evaluation
test. These activities follow from our interpretation of Ausubel’s theory; at all stages we try to
relate the subject and the use of the computer simulation to the theory of meaningful learning.
The sequence of activities was applied to high school students from the institute Regina Pacis.
Our data show that most students understand the general concepts related to the phenomena
once they have participated in the activities. We believe that the use of computer simulation
contributed significantly to this result, helping students to verify their hypotheses about the
phenomena. Concluding, this product can be applied to any student with disposition to learn
and whose knowledge level is compatible with students in the final year of high school.
Keywords: Meaningful Learning, computer simulation, photoelectric effect, high school
students.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1: Mapa conceitual ............................................................................................... 38
FIGURA 2: Resumo do processo de assimilação de conceito ........................................... 43
FIGURA 3: Quadro de Competências e Habilidades a serem desenvolvidas em
Informática ............................................................................................................................ 45
FIGURA 4: Quadro de Competências e Habilidades a serem desenvolvidas em Física
.................................................................................................................................................. 45
FIGURA 5: Quadro explicativo da estrutura de pesquisa ................................................ 54
FIGURA 6:Ilustração da Luz irradiada sobre a placa de metal e os elétrons sendo
ejetados na simulação computacional do efeito fotoelétrico ............................................. 70
FIGURA 7: Ilustração dos fótons atingindo a placa de metal na simulação do efeito
fotoelétrico ............................................................................................................................. 71
FIGURA 8: Mapa conceitual sobre o efeito fotoelétrico ................................................... 75
FIGURA 9: Cronograma de atividade para alunos voluntários do ensino médio do
Instituto Regina Pacis ........................................................................................................... 81
FIGURA 10: Lista de presença dos alunos que participaram das atividades descritas
................................................................................................................................................. 82
FIGURA 11: Resposta classificada como SP do aluno 9 sobre a primeira questão do pré-
teste ......................................................................................................................................... 84
FIGURA 12: Resposta do Aluno 6 para a segunda questão do pré-teste ........................ 85
FIGURA 13: Quadro de grandezas relacionadas com ondas por quantidade de aluno
.................................................................................................................................................. 85
FIGURA 14: Resposta do aluno 4 para a segunda questão do pré-teste ......................... 86
FIGURA 15: Resposta do aluno 2 para a terceira questão do pré-teste ......................... 87
FIGURA 16: Resposta do aluno 6 para a terceira questão do pré-teste .......................... 87
FIGURA 17: Resposta do aluno 1 para a terceira questão do pré-teste .......................... 88
FIGURA 18: Questões 4 e 5 do pré-teste ............................................................................ 89
FIGURA 19: Gráfico mostrando o resultado da primeira questão da avaliação final
.................................................................................................................................................. 93
FIGURA 20: Resposta do aluno 9 para a primeira questão da avaliação final .............. 93
FIGURA 21: Resposta do aluno 10 para a primeira questão da avaliação final ............ 93
FIGURA 22: Resposta do aluno 10 para a segunda questão da avaliação final ............. 94
FIGURA 23: Resposta do aluno 3 sobre a segunda questão da avaliação final .............. 95
FIGURA 24: Gráfico mostrando o resultado da segunda questão da avaliação final .... 95
FIGURA 25: Exemplo de resposta CI do Aluno 2 para a questão três da avaliação final
.................................................................................................................................................. 96
FIGURA 26: Resposta do aluno 9 para a terceira questão da avaliação final ................ 97
FIGURA 27: Gráfico mostrando o resultado da terceira questão da avaliação final
.................................................................................................................................................. 97
FIGURA 28: Gráfico mostrando o resultado da quarta questão da avaliação final ...... 98
FIGURA 29: Resposta do Aluno 1 para a quarta questão da avaliação final ................. 99
FIGURA 30: Resposta do Aluno 4 para a quarta questão da avaliação final
.................................................................................................................................................. 99
FIGURA 31: Resposta CS do Aluno 3 para a quinta questão da avaliação final
.................................................................................................................................................100
FIGURA 32: Resposta do Aluno 7 para a quinta e sexta questão da avaliação final
.................................................................................................................................................100
FIGURA 33: Resposta CI do Aluno 4 sobre a quinta e sexta questão da avaliação final
................................................................................................................................................ 101
FIGURA 34: Resposta do Aluno 8 para a sétima questão da avaliação final ............... 102
FIGURA 35: Resposta do Aluno 2 sobre a sétima questão da avaliação final .............. 102
FIGURA 36: Resposta do Aluno 7 sobre a oitava questão da avaliação final ................103
FIGURA 37: Resposta do Aluno 4 para a oitava questão da avaliação final ................ 104
FIGURA 38: Gráfico Mostrando o resultado da oitava questão da avaliação final
................................................................................................................................................ 104
FIGURA 39: Resposta do Aluno 1 para a nona questão da avaliação final ...................105
FIGURA 40: Resposta do Aluno 8 para a nona questão da avaliação final ...................106
LISTA DE TABELAS
TABELA 1: Aproveitamento dos alunos voluntários do primeiro ao terceiro ano do
ensino médio .......................................................................................................................... 80
TABELA 2: Síntese dos resultados das três primeiras questões do pré-teste ................. 88
TABELA 3: Resumo das questões quatro e cinco do pré-teste ......................................... 90
TABELA 4: Resumo sobre a análise do pré-teste .............................................................. 91
TABELA 5: Resumo das questões 4 e 5 do pré-teste ......................................................... 91
TABELA 6: Resumo da avaliação final............................................................................. 107
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
Inep – Instituto Nacional Anísio Teixeira
LDB – Lei de Diretrizes e Bases
PCN – Parâmetros Curriculares Nacionais
PNLD – Plano Nacional de Livro Didático
AO – Objeto de Aprendizagem
PCNEM – Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio
SP – Subsunçor Presente
SA – Subsunçor Ausente
SMD – Subsunçor Mal Definido
AM – Características de Aprendizagem Mecânica
AS – Características de Aprendizagem Significativa
CS – Conceito Satisfatório
CA – Conceito Ausente
CI – Conceito Insuficiente
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 14
1.1 Modernidade e Sociedade ............................................................................................... 14
1.2 Contexto Histórico do uso do Computador na Educação ........................................... 17
1.3 Recursos Computacionais .............................................................................................. 19
1.3.1 Simulação Computacional ............................................................................................ 19
1.3.2 Animação Computacional............................................................................................. 21
1.3.3 Hipertexto....................................................................................................................... 21
1.3.4 Hipermídia...................................................................................................................... 22
1.4 Novas Tendências da Informática na Educação .......................................................... 23
1.5 Possibilidades, Função e limite do computador no Ensino de Física ......................... 27
1.6 Outras Experiências ........................................................................................................ 31
1.7 Nossa Proposta................................................................................................................. 33
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................. 36
2.1 Aprendizagem Significativa de David Ausubel ............................................................ 36
2.2 Teoria de Ausubel relacionada ao Ensino de Física mediada pelo computador ...... 44
3. ESTRUTURA E METODOLOGIA DE PESQUISA .................................................... 51
3.1 Escolha do Conteúdo ...................................................................................................... 51
3.2 Elaboração da Sequencia de Atividades ....................................................................... 53
3.2.1 Pré-teste.......................................................................................................................... 54
3.2.2 Organizadores Prévios................................................................................................... 56
3.2.3 Uso de Simulação Computacional com um Roteiro de Atividades ............................. 57
3.2.3.1 Critérios de escolha da Simulação ............................................................................ 58
3.2.3.2 Elaboração do Roteiro de Atividades ........................................................................ 59
3.2.4 Organizador Explicativo................................................................................................ 60
3.2.5 Teste Final...................................................................................................................... 61
3.3 Produto, Material Potencialmente Significativo .......................................................... 62
3.3.1 Etapa 1: PRÉ-TESTE.................................................................................................... 62
3.3.2 Etapa 2: ORGANIZADORES PRÉVIOS..................................................................... 64
3.3.2.1 Vídeos ......................................................................................................................... 64
3.3.2.2 Texto ........................................................................................................................... 65
3.3.3 Etapa 3: SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL E ROTEIRO DE ATIVIDADES
.................................................................................................................................................. 70
3.3.4 Etapa 4: ORGANIZADOR EXPLICATIVO ................................................................ 74
3.3.5 Etapa 5: AVALIAÇÃO FINAL .....................................................................................75
4. APLICAÇÃO DA SEQUENCIA DE ATIVIDADES E RESULTADO S DOS
QUESTIONARIOS ............................................................................................................... 79
4.1 População Pesquisada...................................................................................................... 80
4.2 Metodologia de Aplicação do Trabalho......................................................................... 81
4.3 Análise do pré-teste.......................................................................................................... 83
4.3.1 Análise de Conteúdo ..................................................................................................... 83
4.3.2 Característica de Aprendizagem ................................................................................... 89
4.3.3 Síntese dos Resultados .................................................................................................. 91
4.4 Análise da Avaliação Final.............................................................................................. 92
4.5 Interpretação dos Resultados........................................................................................ 106
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................................... 109
REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 113
14
1. INTRODUÇÃO
1.1 Modernidade e Sociedade
O avanço da tecnologia tem sido extremamente importante para a sociedade,
proporcionando agilidade na comunicação, otimização do processo de produção,
modernização de equipamentos, gerando grande facilidade na execução de procedimentos
médicos, pesquisas nos mais variados campos de conhecimento, entre outros.
As diversas inovações têm permitido a realização de tarefas em um tempo muito
menor, principalmente quando comparada à mesma prática em tempos antigos. Exemplos
destes avanços são os correios eletrônicos que possibilitam o envio de mensagem em forma
de texto, áudio e vídeo, em apenas segundos, programas de gerenciamento de dados que
proporcionam agilidade do tratamento de informações, reduzindo o volume de arquivos. O
desenvolvimento tecnológico também provocou a modernização de indústrias, como a
automobilística e têxtil, por exemplo, com a automação do processo de produção, além de
vários outros exemplos.
Essas mudanças na sociedade são previstas pelo filósofo Adam Schaff, que expõe suas
ideias sobre o desenvolvimento da informática na sociedade, no livro “A Sociedade
Informática” em 1990. Schaff descreve uma época na qual a cultura é modificada pela
tecnologia inventada pelo homem, e prevê que esse processo de informatização terá efeitos
em várias situações, como lazer, trabalho, comunicação e também na área educacional,
afirmando que:
Quando falamos de sociedade informática referimo-nos a uma sociedade em que todas as esferas da vida pública estarão cobertas por processos informatizados e por algum tipo de inteligência artificial, que terá relação com computadores de gerações subseqüentes (SCHAFF, 1990, p. 49).
De acordo com Schaff (1990), o surgimento de novas tecnologias e o descobrimento
de novas soluções utilizando a informática são consequencia da inserção dos computadores e
da informática no meio social, no qual esta ferramenta passa a ser usada como uma fonte de
opções para novas descobertas e por este motivo sua utilização precisa ser melhor
compreendida.
15
Em todas as formas de relacionamento existe, de alguma maneira, algum tipo de
tecnologia envolvido e com o passar dos anos essa tecnologia ocupa cada vez mais espaço na
vida das pessoas:
Na sociedade da informação, a comunicação e a informação tendem a permear as atividades e os processos de decisão nas diferentes esferas da sociedade, incluindo a superestrutura política, os governos federal, estaduais e municipais, a cultura e as artes, a ciência e a tecnologia, a educação em todas as suas instâncias, a saúde, a indústria, as finanças, o comércio e a agricultura, a proteção do meio ambiente, as associações comunitárias, as sociedades profissionais, sindicatos, as manifestações populares, as minorias, as religiões, os esportes, lazer, hobbies etc. (MIRANDA, 2000, p. 81).
No processo de modernização dos meios tecnológicos, surge a internet, um dos meios
sociais de comunicação mais utilizado atualmente. Cerca de 31 milhões de pessoas, com mais
de 10 anos de idade, usam a internet para o trabalho, busca de informações e notícias,
entretenimento, divulgação de resultado de pesquisas, etc (IBGE, 2007). Esse meio de
comunicação pode ser usado com vários objetivos, entre eles na educação, por meio de
consultas a bibliotecas virtuais, enciclopédias, dicionários, artigos de periódicos, sites
educacionais, páginas de universidades, participação de fóruns, etc.
Sendo a internet uma ferramenta de comunicação, a população informatizada forma
uma rede e por meio desta, todos podem trocar informações. Adam Schaff (1990) prevê em
seu livro que, no futuro tudo seria informatizado e qualquer atividade a ser realizada seria
feita utilizando um meio tecnológico relacionado à informática. Essa inserção de tecnologia
no cotidiano do ser humano aumenta a sua interatividade com o mundo na busca em satisfazer
suas necessidades e vontades, como expõe Rosa (2005):
A cada hora nosso depósito de conhecimento social se expande em amplitude e sofisticação. Na medida em que estas enormes quantidades de caracteres, de modelos e de relações possíveis vão sendo internalizados, o indivíduo amplia grandemente suas possibilidades de se localizar em diferentes contextos sociais, mas também, sobretudo, de conduzir diálogos interiores sobre as mais diferentes questões. (ROSA, 2005, p. 4)
Miranda (2000) expõe idéia correlata quando fala do desenvolvimento da informática,
deixando claro que esse novo costume de informatização e uso diário de tecnologia pode
acarretar ganhos no desenvolvimento cognitivo do ser humano:
16
O vertiginoso desenvolvimento das tecnologias de informação e comunicações tem sido um poderoso instrumento para a rotinização, reorganização e automatização do trabalho intelectual. O fenômeno tecnológico tem operado como liberador de energia cognitiva, que será necessariamente aplicada na área de conhecimento de cada ser humano, não importa seu nível de educação (MIRANDA, 2000, p. 79).
A discussão feita até agora, permite concluir que com o avanço da sociedade e das
necessidades humanas, o ser humano tem que se superar e aperfeiçoar cada vez mais, e para
isso, será necessário uma estrutura de interação entre uma melhor formação a cada geração,
locais de estudos atualizados e com metodologias didáticas diferenciadas que leve o estudante
a se tornar um profissional de valor para a sociedade. Nesta perspectiva, afirma-se que:
É inegável que os conteúdos contemporâneos exercem uma influência cada vez maior em nosso cotidiano, tornando sua compreensão imprescindível para o entendimento do mundo moderno. Vivemos inseridos em uma sociedade cada vez mais tecnológica, fruto de uma industrialização que tomou proporções inimagináveis a partir do século XX, alavancada por “revolucionárias” teorias científicas (PIETROCOLA; BROCKINTON, 2003, p. 2).
A cada momento em que a tecnologia se renova é necessário que os seus construtores
se informem mais. Assim, de acordo com Medeiros e Medeiros (2002), a educação brasileira
tem tomado novos rumos que apontam em direção à busca da formação de um novo
profissional e de um novo cidadão, crítico e participativo na sociedade na qual está inserido.
Essa busca pela diversificação da formação do profissional não é estritamente brasileira, em
outros países, como cita Veit e Teodoro (2002), programas educacionais privilegiam a
inserção da internet nas escolas e o uso dos computadores no âmbito escolar torna-se
indispensável.
Assim, as escolas terão que se adequar às novas tecnologias, implantando em sua
estrutura meios tecnológicos que possibilitem a aprendizagem por meio de metodologias
contextualizadas com a sociedade moderna, utilizando, por exemplo, a internet e o
computador como ferramentas de ensino para buscar um rendimento cognitivo superior dos
seus aprendizes. Neste contexto, uma questão importante que surge é como utilizar as novas
tecnologias para promover o aprendizado.
17
1.2 Contexto Histórico do uso do Computador na Educação
Pensando nos meios de comunicação, na inserção do computador na sociedade e
principalmente na educação, e nos benefícios proporcionados às pessoas, é valioso saber
como essa tecnologia surgiu, se a disseminação desta tecnologia na sociedade teve uma
influência de países estrangeiros, quais foram suas experiências, as finalidades e propostas
iniciais.
Na década de 50 do século XX, quando se iniciava a comercialização de computadores
que possuíam capacidade de programação e armazenamento, surgiram algumas experiências
na educação. Nesta época, o uso de computadores se restringia às universidades estrangeiras,
como o Centro de Pesquisa de Watson e a Universidade de Illinois (VALENTE, 1999), tendo
a função básica de transmitir informações aos estudantes.
No Brasil, a inserção do computador no ensino começou na década de 70 do século
XX, como explica Moraes (1997):
De acordo com o livro Projeto EDUCOM (Andrade, P. F., e Albuquerque Lima, M. C. M., 1993), documento referencial que resgata a história e consolidam os diferentes fatos que caracterizam a cultura de informática educativa existente no país, as primeiras iniciativas na área tiveram suas raízes plantadas na década de setenta, quando, pela primeira vez, em 1971, discutiu-se o uso de computadores no Ensino de Física, em seminário promovido em colaboração com a Universidade de Dartmouth/USA. Informa, também, que as primeiras demonstrações do uso de computadores na educação, na modalidade CAI, Computer Aided Instruction, ocorreu no Rio de Janeiro, em 1973, na I Conferência Nacional de Tecnologia Aplicada ao Ensino Superior (MORAES, 1997, p. 1).
De acordo com Moraes (1993), no Brasil os computadores eram utilizados como
objetos de estudos por universidades, ou seja, o objetivo era estudar formas de utilização do
computador na educação. Nestes tempos, iniciava o processo de informatização de algumas
universidades, como a Universidade Federal do Rio de Janeiro, a Universidade Federal de
Campinas e a Universidade Federal do Rio Grande do Sul que foram as precursoras no
processo de estudo do computador como ferramenta no processo de ensino.
O uso desta tecnologia no auxílio da educação começou então a ser divulgado, e foram
organizados seminários para discutir a utilização desta nova tendência educacional. O I
Seminário Nacional de Informática na Educação aconteceu na Universidade de Brasília em
1981, e teve como tema a forma de utilização do computador no ensino. Como consequencia
foi sugerido que as universidades testassem o uso e aplicabilidade desta tecnologia em
18
universidades e escolas públicas, surgindo a possibilidade de implantá-la como ferramenta
para os ensinos fundamental e médio. Alguns anos depois, foi criado o Programa de Ação
Imediata em Informática na Educação, e em 1986 esse programa foi recomendado a exercer
suas atividades nos níveis de 1° e 2° graus de ensino, com o objetivo de estruturar as escolas,
buscar softwares educativos, e integrar as pesquisas que vinham sendo desenvolvidas nas
universidades e nas escolas públicas. Finalmente, em 1987, esse programa foi implantado,
passando a ser considerado como relevante o uso de computadores em escolas públicas
(MORAES, 1993).
A partir desse momento, o uso do computador na educação passou a ser discutido
pelas suas peculiaridades, ou seja, qual seria a melhor maneira de abordagem do conteúdo por
meio desta tecnologia, e a questão da substituição do professor por esta ferramenta.
No ano de 2006, o Instituto Nacional de Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira
(Inep) publica o censo escolar, relativo ao ano de 2005, sobre as escolas públicas que possuem
computadores em suas instalações. Assim, foi constatado que cerca de 73% de alunos de nível
fundamental estudam em escolas que tem computadores, e mais de 90% das escolas, que tem
ensino médio, possuem microcomputadores (INEP, 2006). Esses dados refletem a
importância que atualmente se dá à informática voltada para o ensino, na qual ela passa a ser
uma estrutura necessária contribuindo para o desenvolvimento do país e de novas tecnologias,
tornando assim, o computador uma ferramenta indispensável nas atividades escolares, tanto
nas aulas de disciplinas básicas, quanto na contextualização com o conhecimento científico
específico.
Outro recurso bastante utilizado em conjunto com o computador é a internet,
inventada entre a Segunda Guerra Mundial (1945) e a extinção da União Soviética (1991),
período chamado de Guerra Fria. A internet serve para conectar vários computadores, a essa
conexão se dá o nome de rede. A internet pode ligar todos os computadores em uma só rede
facilitando o acesso a informações e arquivos e a comunicação. Inicialmente essa tecnologia
funcionava somente através de cabos, mas atualmente existe internet sem fio, que tem as
mesmas características, porém, não utiliza uma ligação física. De acordo com Alves (2001),
algumas tarefas que a internet pode realizar:
Na Internet, além de obtermos informações, podemos fazer compras, trocar email, participar de conferências, fazer pesquisas, entre outras possibilidades. Por essa razão é que ela invade as escolas seduzindo alunos e professores, tornando-se um elemento estruturante no processo de construção do conhecimento e ressignificando toda uma prática pedagógica (ALVES, 2001, p. 15).
19
A combinação do uso do computador e da internet se constitui em uma ferramenta
pedagógica útil para os professores, possibilitando a busca por informações em poucos
segundos, servindo como uma grande “biblioteca” disponível a fornecer a informação
necessária através de poucos comandos, sempre tendo o cuidado de verificar a confiabilidade
da fonte de pesquisa.
Atualmente são discutidas várias possibilidades de se usar o computador e a internet
como uma ferramenta na educação, dessa maneira é discutido na próxima seção alguns
recursos que podem ser aproveitados com o uso destas ferramentas.
1.3 Recursos Computacionais
O computador é uma ferramenta útil e valorizada por sua agilidade e praticidade na
realização de tarefas. Essas características o tornaram uma ferramenta importante em muitos
âmbitos da nossa vida pública e pessoal, e na educação quando aliado à internet, torna-se
ainda mais atraente por suas amplas possibilidades de utilização. Assim, discuti-se sobre
alguns recursos disponíveis na internet, tais como simulação computacional, animação,
hipertexto e hipermídia, que são ferramentas que podem ser usadas na educação com a ajuda
do computador.
1.3.1 Simulação Computacional
A simulação computacional, definida por Fiolhais e Trindade (2003), é uma operação
ilustrativa de um determinado fenômeno, realizada por um programa de computador. No caso
da Física, essa simulação deve obedecer às leis impostas pela mesma. As simulações podem
ilustrar, dentro de um mesmo fenômeno, diversas situações, pois o programa oferece
interatividade ao usuário, por meio da possibilidade da alteração das suas variáveis.
Sampaio (2009) faz referência às definições de modelagem, modelo e simulação
computacional, e de acordo com sua visão, para definirmos simulação teremos antes que
definir modelo:
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Um modelo pode ser visto como um novo mundo construído para representar fatos/eventos/objetos/processos que acontecem no nosso mundo ou num mundo imaginário. Normalmente tais modelos são mais simples que o ‘mundo a ser modelado’ e na maioria dos casos interagimos com esses modelos com o claro objetivo de melhor compreender o mundo modelado (SAMPAIO, 2009, p. 2).
Para Sampaio (2009) as simulações são parte de um modelo, e objetiva imitar certo
acontecimento. Para isso, a simulação foca (...) os resultados (saídas) gerados pela execução
do modelo (ao qual o usuário não tem acesso) (SAMPAIO, 2009 – p. 2).
Já para Medeiros e Medeiros (2002, p. 79), simulação computacional engloba (...) uma
vasta classe de tecnologias, do vídeo à realidade virtual, que podem ser classificadas em
certas categorias gerais baseadas fundamentalmente no grau de interatividade entre o
aprendiz e o computador. A interatividade seria a consequencia da modificação de variáveis
oferecidas pela simulação, assim, fornecendo ao estudante uma sequencia de fatos, que se
aproxima mais da situação real.
Enfim, para este trabalho, entende-se como simulação computacional a sequencia de
imagens de um fenômeno ou situação executadas por um software, contendo recursos de
áudio ou não, que possibilite ao estudante observar com grande semelhança o fenômeno ou a
situação real ou imaginada, na qual possa fazer alterações, através de mudanças das variáveis
relacionadas à situação que aquela simulação propõe.
De acordo com Fiolhais e Trindade (2003), simulação é o recurso mais interessante
para a área da Física, visto que nesta ciência se trabalha com fenômenos e situações abstratas
e de difícil visualização. Com essa característica, a simulação computacional realizaria o
papel de um laboratório, porém, se faz a ressalva:
Embora as simulações não devam substituir por completo a realidade que representam, elas são bastante úteis para abordar experiências difíceis ou impossíveis de realizar na prática (por serem muito caras, muito perigosas, demasiado lentas, demasiado rápidas, etc.). (FIOLHAIS; TRINDADE, 2003, p. 264).
Esse recurso computacional pode ser uma alternativa para tentar melhorar o
aprendizado por parte dos estudantes, podendo servir também como ferramenta pedagógica
para os professores, possibilitando diversificação das aulas de Física.
21
1.3.2 Animação Computacional
Animação computacional é a simulação de parte de um fenômeno, realçada com o
objetivo de focar a atenção para aquele momento específico que se procura observar. De
acordo com Macedo (2009):
Animação consiste em empregar técnicas matemáticas em computadores com o propósito de imitar um processo ou operação do mundo real. Desta forma, para ser realizada uma animação, é necessário construir um modelo computacional correspondente à situação real que se deseja simular (MACEDO, 2009, p. 22).
Em comparação, as animações diferem das simulações no quesito de interatividade,
deixando de proporcionar aos estudantes a oportunidade de explorar diferentes formas e
resultados de um mesmo fenômeno, assim, simulações contem animações (LOPES;
FEITOSA, 2009).
1.3.3 Hipertexto
Os hipertextos surgiram a partir da ideia de que podemos fazer várias ligações com
outros assuntos através de uma única palavra. Assim, neste recurso, as palavras e/ou frases
possuem links que levarão o estudante a outra informação (FACHINETTO, 2005).
De uma forma mais detalhada, Fachinetto (2005) explica que o hipertexto é uma forma
de leitura não linear, na qual o estudante segue a leitura dentro do texto de acordo com suas
dúvidas e pensamentos.
Reunindo diversas definições de autores, entre eles Landow, Lévy, Chartier, Negroponte, Leão, Xavier, etc., sobre o termo hipertexto, pode-se dizer que o termo designa um processo de escrita/leitura não-linear e não hierarquizada e que permite o acesso ilimitado a outros textos de forma instantânea. Possibilita ainda que se realize uma trama, ou rede, de acessos sem seguir, necessariamente, sequencias ou regras (FACHINETTO, 2005, p. 3).
No contexto atual do Ensino de Física, o hipertexto pode ser uma ferramenta
pedagógica no processo de construção da estrutura cognitiva do estudante, com as seguintes
características:
22
a) não-linearidade – possibilidade de acesso à informação desejada e disponível
no texto em qualquer sequencia, deixando o leitor livre para visitar o conceito
necessário (característica principal).
b) Interatividade – acesso entre a informação e o leitor por meio do texto.
c) Ser virtual e disponível na internet.
Entre outras características, o hipertexto se torna diferente frente a outras formas de
ensino, sendo uma alternativa para a diversificação da metodologia de ensino.
1.3.4 Hipermídia
A hipermídia é um recurso que disponibiliza para o estudante todos os tipos de
recursos citados anteriormente em uma única situação, combinando vídeo, som, hipertexto,
simulação e interatividade. A citação abaixo ilustra as várias facetas deste recurso:
Hipermídia segundo LAUFER e SCAVETTA (1997) “é a reunião de várias mídias num suporte computacional, suportado por sistemas eletrônicos de comunicação”. Segundo FALKEMBACH (2003), Hipermídia é uma nova forma de gerenciar informações que permite criar, alterar, excluir, compartilhar e consultar informações contidas em várias mídias, possibilitando o acesso às informações de uma forma não seqüencial. Pode-se dizer que: Hipermídia = Multimídia + Hipertexto em que, Multimídia combina texto, som, imagem, animação e vídeo, ou seja, múltiplos meios, para exibir uma informação... (SOARES et al, 2006, p. 2).
Ainda de acordo com Soares (2006) a hipermídia pode proporcionar um ambiente de
aprendizado atraente por fazer uso de vários recursos que acabam por chamar a atenção dos
estudantes por meio do áudio, da visualização e da interatividade.
Em outra definição, Rezende e Cola (2004) conseguem expor a relação entre
hipertexto, animação e hipermídia, considerando também uma situação de grande importância
para diversificação do ensino:
Assim, os sistemas hipermídia são um meio de organizar um texto que descarta o processo de leitura seqüencial nos moldes tradicionais e permitem que um conceito seja apresentado através de meios como som, imagem e vídeo, associados aos recursos que o texto confere. Nesta apresentação conceitual diferenciada, os sistemas hipermídia de aprendizagem permitem ainda que esta se faça em diferentes níveis de detalhes, que são livremente acessados pelos usuários, conforme as experiências e habilidades destes frente a um novo conceito (REZENDE; COLA, 2004, p. 2).
23
Assim, com inúmeras possibilidades de acesso à informação e construção da estrutura
cognitiva do estudante, acredita-se que os recursos citados podem contribuir para formação e
estruturação do conhecimento científico, aplicações tecnológicas e fenômenos físicos
estudados no nível médio de ensino.
1.4 Novas Tendências da Informática na Educação
Em uma visão geral, a tendência no contexto escolar é diversificar o processo de
ensino, o que leva ao surgimento de novas dificuldades e desafios para a educação. Sabe-se
que a educação passa pela necessidade de modificar a estrutura de ensino, que surge da
necessidade de formar um aluno com conhecimento para o mundo contemporâneo, que esteja
apto a viver socialmente e engajado no mercado de trabalho. Para isso será necessário que o
aprendiz desenvolva, até o ensino médio, uma grande quantidade de competências e
habilidades. Essas habilidades são adquiridas nas disciplinas da educação básica como Física,
Biologia, Matemática, Português, História, Geografia, entre outras.
O Ministério da Educação (MEC) expressa uma preocupação nesse sentido por meio
da elaboração de documentos oficiais, cuja finalidade é orientar os currículos proporcionando
uma melhora no processo educacional. Assim, de acordo com os Parâmetros Curriculares
Nacionais (PCN),
Partindo de princípios definidos na LDB, o Ministério da Educação, num trabalho conjunto com educadores de todo o País, chegou a um novo perfil para o currículo, apoiado em competências básicas para a inserção de nossos jovens na vida adulta. Tínhamos um ensino descontextualizado, compartimentalizado e baseado no acúmulo de informações. Ao contrário disso, buscamos dar significado ao conhecimento escolar, mediante a contextualização; evitar a compartimentalização, mediante a interdisciplinaridade; e incentivar o raciocínio e a capacidade de aprender. Estes Parâmetros cumprem o duplo papel de difundir os princípios da reforma curricular e orientar o professor, na busca de novas abordagens e metodologias. (BRASIL, 2002, p. 4).
Além da mudança de currículo e da visão sobre o ensino nas escolas, o governo
também prevê a implantação de novas tecnologias como práticas de ensino objetivando a
inserção do estudante na sociedade após o término do ensino médio. Dessa maneira,
24
(...) a denominada “revolução informática” promove mudanças radicais na área do conhecimento, que passa a ocupar um lugar central nos processos de desenvolvimento, em geral. É possível afirmar que, nas próximas décadas, a educação vá se transformar mais rapidamente do que em muitas outras, em função de uma nova compreensão teórica sobre o papel da escola, estimulada pela incorporação das novas tecnologias (BRASIL, 2002, p. 5).
Entretanto, o cenário atual de ensino não condiz com a situação social real dos nossos
alunos que, em muitos casos, enfrentam práticas pedagógicas ultrapassadas, meios e
ferramentas tradicionais que, em geral, levam a uma formação descontextualizada com a
realidade da sociedade informatizada. A atitude e iniciativas de como trabalhar as áreas de
conhecimento irão definir o profissional e cidadão a ser formado nas escolas, e para que os
estudantes sejam bons “frutos” para o país, é necessário buscar metodologias inovadoras com
coerência e a responsabilidade de construir um ambiente educacional favorável ao processo
de aquisição de conhecimento. Pensando nesta questão, os PCN afirmam que
a formação do aluno deve ter como alvo principal a aquisição de conhecimentos básicos, a preparação científica e a capacidade de utilizar as diferentes tecnologias relativas às áreas de atuação. Propõe-se, no nível do Ensino Médio, a formação geral, em oposição à formação específica; o desenvolvimento de capacidades de pesquisar, buscar informações, analisá-las e selecioná-las; a capacidade de aprender, criar, formular, ao invés do simples exercício de memorização (BRASIL, 2002, p. 5-6, grifos nossos).
O que os PCN idealizam para a educação brasileira é constatado de forma contrária
por Villani (1984), Pereira et al (2007) e Ricardo e Freire (2007), que pesquisaram as
concepções dos alunos sobre o Ensino de Física. Nestes trabalhos constata-se que metade dos
alunos pesquisados aponta uma rejeição pela Física, e aqueles que se declaram a favor da
disciplina só a adotaram como válida por causa dos cálculos existentes no curso. Percebe-se,
assim, que uma disciplina como a Física, que tem a possibilidade de envolver os alunos com
os princípios fundamentais das tecnologias presentes no cotidiano do aluno, é apresentada em
sala de aula como uma sequencia de cálculos matemáticos.
As dificuldades encontradas pelos alunos do ensino médio para aprender Física,
segundo Villani (1984), são decorrentes dos desencontros entre o que o professor ensina e o
que o aluno pensa em fazer com as instruções ali apresentadas:
25
Quando um docente prepara uma aula normal de Física, considera que seus estudantes conheçam bem pouco do assunto estudado ou, no máximo, que eles tenham informações distorcidas a respeito. Conseqüentemente, sua meta torna-se preencher as lacunas dos alunos, em primeiro lugar com exposições de leis e fórmulas fundamentais, e depois com exercícios e problemas nos quais as mesmas leis são utilizadas... muitos professores reconhecem que o que foi aprendido pelos estudantes raramente ultrapassa o mero significado instrumental de ser o indispensável para “passar” nas provas... (VILLANI, 1984, p. 76-77).
Pereira et al. (2007), em suas pesquisas sobre a opinião dos alunos sobre o Ensino de
Física, questiona a importância do professor no momento de preparar e ministrar sua aula,
fator que pode desmotivar o aluno a buscar o entendimento da Física e aplicá-la no seu
cotidiano:
O fato de alguns alunos não gostarem de estudar Física não é uma novidade e caberia perguntar o por que. Evidentemente há várias causas possíveis, desde dificuldades individuais de aprendizagem até a forma como o professor gerencia as situações de aprendizagem. Essa última é mais relevante para os fins do presente trabalho. E, aqui cabe retomar o que Perrenoud (1999) ressalta em relação ao papel dos professores no processo de ensino. Estes deveriam não apenas transferir conteúdos, mas estimular o diálogo entre o espaço escolar e o mundo (PEREIRA et al, 2007, p. 5).
Tendo em vista o cenário da educação, e o avanço da informática, porque não
utilizarmos um meio que está difundido na sociedade para tentar suprir as necessidades e
dificuldades dos alunos em Física? Segundo Moraes (1998):
Sob o nosso ponto de vista, para educar para a Era da Informação ou para a Sociedade do Conhecimento é necessário extrapolar as questões da didática, dos métodos de ensino, dos conteúdos curriculares, para poder encontrar caminhos mais adequados e congruentes com o momento histórico em que estamos vivendo (MORAES, 1998, p. 1).
O grande objetivo da utilização de tecnologia no processo de aprendizagem é fazer
dela ferramenta do processo de ensino e aprendizagem, e considerando computadores e
internet, o Ensino de Física através destes equipamentos pode superar ou no mínimo amenizar
a problemática gerada pelo ensino atual. Dessa forma, busca-se levar ao estudante a formação
física adequada, deixando que a matemática faça sua parte de forma menos constante junto à
Física. Isso significa produzir aulas interessantes, que priorizem a metodologia e não somente
a matematização do conteúdo, que priorizem o raciocínio científico, o aluno pesquisador e o
desenvolvimento da estrutura cognitiva. Com essa idéia, a informática e o computador podem
26
ajudar no que Moraes (1998) julga ser necessário para que ocorra efetivamente uma educação
de qualidade:
Aprender é saber realizar. Conhecer é compreender as relações, é atribuir significado às coisas, levando em conta não apenas o atual e o explícito, mas também o passado, o possível e o implícito. Esta nova agenda implica em aprender a aprender que traduz a capacidade de refletir, analisar e tomar consciência do que sabe, dispor-se a mudar os próprios conceitos, buscar novas informações, substituir velhas "verdades" por teorias transitórias, adquirir novos conhecimentos resultantes da rápida evolução da ciência e da tecnologia e de suas influências sobre o desenvolvimento da humanidade (MORAES, 1998, p. 6).
Várias pesquisas apontam que o uso do computador como ferramenta pedagógica pode
proporcionar alguma melhora na eficiência e no trajeto do desenvolvimento da estrutura
cognitiva de alunos do ensino médio. Pietrocola e Brockinton (2007) fazem referência ao uso
de simulações computacionais no Ensino de Física moderna, e apóiam o uso coerente de
ferramentas computacionais no Ensino de Física:
Pensamos que simplesmente lançar mão de recursos computacionais não garante e nem implica em um ensino de qualidade, através do qual os estudantes realmente possam construir seus conhecimentos. Porém, como qualquer ferramenta, seu uso racional, orientado, tendo seu uso direcionado por suas capacidades e, principalmente, suas limitações pode conduzir a belíssimas obras de arte. Sendo o ato de Educar algo tão complexo, repleto de peculiaridades e especificidades, não podemos simplesmente descartar algo tão poderoso. Essa complexidade nos obriga a buscar cada vez mais alternativas educacionais que possam contemplar todas as nuances do processo de ensino e aprendizagem (PIETROCOLA; BROCKINTON, 2003, p. 4-5).
Fiolhais e Trindade (2003), em seu trabalho sobre o uso de computadores como
ferramenta no Ensino de Física, reconhecem as dificuldades que os estudantes têm com as
disciplinas da área das ciências exatas e posicionam-se a favor do uso de computadores como
medida atual e significativa para tentar mudar essa visão dos alunos de ensino médio em
relação à Física:
São conhecidas as dificuldades que muitos alunos apresentam na compreensão dos fenômenos físicos. Entre as razões do insucesso na aprendizagem em Física são apontados métodos de ensino desajustados das teorias de aprendizagem mais recentes assim como falta de meios pedagógicos modernos. A necessidade de diversificar métodos para combater o insucesso escolar, que é particularmente nítido nas ciências exatas, 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 (FIOLHAIS; TRINDADE, 2003, p. 259).
27
A introdução dos computadores no ensino é comentada nos Parâmetros Curriculares
Nacionais de Física (PCN) que propõem a interação dos alunos com os meios tecnológicos
atuais, sendo uma forma de tornar o educando sociável, e capaz de
(...) acompanhar o desenvolvimento tecnológico contemporâneo, por exemplo, tomando contato com os avanços das novas tecnologias na medicina, através de tomografias ou diferentes formas de diagnóstico; na agricultura, através das novas formas de conservação de alimentos com o uso das radiações; ou ainda, na área de comunicações, com os microcomputadores, CDs, DVDs, telefonia celular, TV a cabo. (BRASIL, 2002, p. 15).
A tendência da informática na sociedade é de se superar cada vez mais em tecnologia,
aparelhos eletrônicos, de maneira que computadores cada vez mais modernos substituirão as
versões atuais. Diante deste quadro, no qual as diversas tecnologias estão mais presentes na
sociedade, na vida dos jovens e adolescentes é necessário (...) reinventar a escola: uma escola
que alie o saber ao prazer, que faça uma conexão entre a tecnologia e a educação, que
possibilite a transversalidade, a diversidade, para que entre em consonância com os avanços
sociais e o novo momento no mundo – momento de mudanças e de transformações (ALVES,
2001, p. 16).
1.5 Possibilidades, Função e Limite do Computador no Ensino de Física
Diante da evolução tecnológica, dos avanços na programação que possibilitam a
criação de animações e simulações computacionais, torna-se necessário discutir quais são as
reais possibilidades do uso desta tecnologia, qual papel ela assume na educação e não menos
importante, quais são os limites desta tecnologia para a educação.
Em particular, se discute o uso de simulações computacionais no Ensino de Física,
juntamente com o uso do computador, que é a ferramenta necessária para aplicação das
simulações. O primeiro passo da discussão é definir qual papel assume o computador quando
possibilita ao aluno a execução de uma simulação computacional.
O computador, juntamente com a simulação, proporciona ao aluno um ambiente
interativo e construtor do conhecimento, que é muito valioso para Física. De acordo com
Toniato et al. (2006) o computador é pode ser uma ferramenta no processo de ensino e
aprendizagem, e em conjunto com as simulações computacionais na Física, assume papel de
28
um “laboratório”. O computador em si, a máquina, responde a comandos executados pelo
estudante através das simulações, porém, o que o estudante visualiza com seus comandos é a
reação ou simulação de uma situação ou fenômeno equacionado pela simulação
computacional. Desta forma,
(...) há que se tomar cuidado para que o uso do computador não se restrinja a uma máquina de fornecer informação, (...). Como a maioria dos educadores, defendemos o uso do computador como uma ferramenta para auxiliar a construção do conhecimento, perspectiva esta que teve como expoente Papert [3]. Esta também é (felizmente) a perspectiva que embasa a quase totalidade das publicações na Revista Brasileira de Ensino de Física e no Caderno Catarinense de Ensino de Física (VEIT; TEODORO, 2002, p. 2).
Desta maneira, entende-se que o papel do computador no Ensino de Física, como
facilitador do processo de ensino e aprendizado, uma ferramenta que aliada à outra ferramenta
(simulação computacional), serve como apoio pedagógico para a diversificação do ensino
desta disciplina. O que este conjunto de tecnologias faz é proporcionar ao estudante uma
visualização dinâmica dos fenômenos representados, além das várias possibilidades citadas
por Medeiros e Medeiros (2002, p. 80):
a. Reduzir o 'ruído' cognitivo de modo que os estudantes possam concentrar-se nos conceitos envolvidos nos experimentos; fornecer um feedback para aperfeiçoar a compreensão dos conceitos;
b. Permitir aos estudantes coletarem uma grande quantidade de dados rapidamente; c. Permitir aos estudantes gerarem e testarem hipóteses; d. Engajar os estudantes em tarefas com alto nível de interatividade; e. Envolver os estudantes em atividades que explicitem a natureza da pesquisa científica;
apresentar uma versão simplificada da realidade pela destilação de conceitos abstratos em seus mais importantes elementos;
f. Tornar conceitos abstratos mais concretos; g. Reduzir a ambigüidade e ajudar a identificar relacionamentos de causas e efeitos em
sistemas complexos; h. Servir como uma preparação inicial para ajudar na compreensão do papel de um
laboratório; i. Desenvolver habilidades de resolução de problemas; j. Promover habilidades do raciocínio crítico; fomentar uma compreensão mais profunda
dos fenômenos físicos; k. Auxiliar os estudantes a aprenderem sobre o mundo natural, vendo e interagindo com
os modelos científicos subjacentes que não poderiam ser inferidos através da observação direta;
l. Acentuar a formação dos conceitos e promover a mudança conceitual.
Tavares (2008) destaca algumas possibilidades que as simulações computacionais
podem fornecer para a melhoria do Ensino de Física,
29
(...) para estudantes com limitações na habilidade espacial, quando considerarmos sistemas complexos, nem sempre eles serão capazes de animar mentalmente como funciona um sistema a partir de uma série de diagramas estáticos. As animações podem também ser mais efetivas quando são utilizadas para visualizar processos que não são visíveis no mundo real (TAVARES, 2008, p. 105).
Desta forma, o computador pode proporcionar ao aluno várias possibilidades para que
uma aprendizagem significativa ocorra, mudando o contexto atual e promovendo uma
inovação do método didático de ministrar aulas de Física.
Lopes e Feitosa (2009) também citam algumas vantagens do uso do computador como
ferramenta no processo de ensino e aprendizagem, e comentam que uma simulação bem
utilizada pelo professor pode promover o entusiasmo dos alunos para aula.
Elas atraem pelo movimento, cor, forma e encadeamento de imagens representativas (modelos) de fenômenos físicos. (...) O ambiente virtual amplia as dimensões de espaço e de tempo da sala de aula. Nesse sentido, simulações e animações por computador são uma alternativa atraente de apoio ao ensino presencial de Física em todos os níveis. Utilizando bem tais recursos, o professor poderá tornar suas aulas mais dinâmicas, facilitando e motivando a aprendizagem dos alunos (LOPES; FEITOSA, 2009, p. 3-4).
Para Veit e Teodoro (2002), a modelagem computacional pode retirar da Física a
“fama” de disciplina de difícil entendimento, passando a ter maior aceitação pelos alunos. Em
suas palavras,
A introdução de modelagem1 no processo ensino/aprendizagem tende a desmitificar esta imagem da Física, possibilitando uma melhor compreensão do seu conteúdo e contribuindo para o desenvolvimento cognitivo em geral, pois modelagem facilita a construção de relações e significados (...) (VEIT; TEODORO, 2002, p. 3).
Veit e Araujo (2005) expõem outras vantagens de uso do computador no Ensino de
Física, tratando as simulações computacionais como modelagem computacional exploratória,
na qual o aluno pode alterar algumas variáveis e obter resultados de acordo com os comandos
dados:
A modelagem computacional aplicada a problemas de Física transfere para os computadores a tarefa de realizar os cálculos - numéricos e/ou algébricos - deixando o físico ou o estudante de Física com maior tempo para pensar nas hipóteses assumidas, na interpretação das soluções, no contexto de validade dos modelos e nas possíveis generalizações/expansões do modelo que possam ser realizadas (VEIT; ARAUJO, 2005, p. 5).
1 Para Veit e Teodoro (2002), modelagem tem o sentido de processo de representação. É uma representação simplificada de um sistema, mantendo apenas as suas características essenciais.
30
Na revisão da literatura sobre o uso dos computadores e simulações na educação,
percebe-se que a grande maioria dos trabalhos publicados é a favor do uso racional dos
mesmos, ou seja, essas tecnologias devem auxiliar os professores no processo de ensino e
aprendizagem a ser proporcionado para os alunos com perspectiva de melhora no rendimento
cognitivo.
Entre tantas possibilidades e facilidades que as simulações computacionais podem
proporcionar ao professor e ao estudante, é sensato mencionar algumas situações que podem
desfavorecer o seu uso no Ensino de Física.
Uma situação que poderia mascarar a objetividade da simulação computacional para o
Ensino de Física, seria tratá-la como uma simulação que incorpore todas as propriedades do
mundo real. As simulações são projetadas em modelos simplificados, deixando de considerar
aspectos de grande influência no ato da experiência real. Logo, a simulação computacional
deve ser usada pelo professor como ferramenta no processo de ensino e aprendizagem, e
deve-se assegurar que os aprendizes saibam que a simulação de forma virtual de um
fenômeno não supre todas as propriedades de uma experiência no mundo real (MEDEIROS;
MEDEIROS, 2002).
A possibilidade de visualização de um fenômeno usando simulações computacionais é
superior as imagens estáticas e até de forma dinâmica, das imagens mostradas em livros ou
em quadros de sala de aula, mas deve-se estabelecer o pensamento de que a simulação é uma
simplificação do real. Essa orientação é dada por Medeiros e Medeiros (2002) quando
afirmam que:
Uma animação não é, jamais, uma cópia fiel do real. Toda animação, toda simulação está baseada em uma modelagem do real. Se essa modelagem não estiver clara para professor e educando, se os limites de validade do modelo não forem tornados explícitos, os danos potenciais que podem ser causados por tais simulações são enormes (MEDEIROS; MEDEIROS, 2002, p. 81).
Na seção 1.6 apresenta-se experiências de outros pesquisadores sobre a aplicação e
uso das simulações computacionais no Ensino de Física e alguns resultados obtidos sobre
estas experiências.
31
1.6 Outras Experiências
A mudança da Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB) alterou as
características do ensino médio, assim, este deixa de ser etapa preparatória para o ensino
superior, passando a ser a etapa final da formação básica. Como consequencia dessa mudança
foram inseridos outros princípios e objetivos para a formação básica do estudante. Nesta fase,
portanto, o estudante deveria desenvolver competências e habilidades para compreender o
mundo, a sociedade e aprender a aprender.
Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN), e posteriormente seu complemento os
PCN+, dão forma à estrutura de ensino e aos aspectos realmente importantes na formação
básica. Assim, os PCN incluíram na estrutura de conteúdos a serem abordados pela Física, a
Física Moderna, responsável por grande parte das tecnologias atuais. Entre os tópicos
abordados em Física Moderna podemos citar: a equivalência massa e energia, a teoria da
relatividade especial, o efeito fotoelétrico, corpo negro e princípio da incerteza.
Como a Física Moderna demanda uma nova forma de pensar sobre alguns fenômenos,
existem trabalhos que discutem como deve ocorrer a inserção deste conteúdo tão importante
no ensino médio, e buscam a melhor maneira de relacioná-lo com o mundo da tecnologia.
Pietrocola e Brockinton (2003), em seu trabalho, discutem a importância de inserir a
Física Moderna e contemporânea no ensino médio, e mencionam a existência de poucos
trabalhos que investigam a atualização do currículo escolar. Os autores apontam o fato de as
escolas não possuírem laboratórios para reproduzir fenômenos explicados pela Física
Moderna, e ressaltam ainda que, uma possível solução para esse problema seria a utilização
de recursos computacionais, como simulações, animações e ambientes de hipermídia
disponíveis em sites e em laboratórios virtuais.
Vale ressaltar que alguns autores de artigos sobre a inserção da Física Moderna no
ensino médio, como Sales e Vasconcelos (2008) e Levin (2007), defendem uma metodologia
que aborde uma visão histórica da Física Moderna, a utilização de recursos tecnológicos como
simulações e animações, e a elaboração de experiências de fácil construção.
Valadares e Moreira (1998) abordam tópicos de Física Moderna, como o efeito
fotoelétrico e a radiação do corpo negro, utilizando experimentos de fácil construção. Neste
trabalho, os autores relacionam tecnologias atuais cujo funcionamento tem como base estes
conteúdos. Por exemplo, são citados os postes de luz e os leitores de código de barras que
funcionam através do efeito fotoelétrico.
32
Machado e Nardi (2006) inserem conceitos de Física Moderna no ensino médio por
meio do suporte da hipermídia. Neste trabalho os autores, fundamentados na Teoria da
Aprendizagem de Ausubel, buscam identificar se
(...) os aspectos históricos, filosóficos, tecnológicos, sociais e ambientais da ciência, objetivando o ensino de física moderna, poderiam contribuir para estudantes de o ensino médio construírem conceitos científicos e noções sobre a natureza da ciência, incluindo concepções sobre as inter-relações, desta com a tecnologia, a sociedade e o ambiente (MACHADO; NARDI, 2006, p. 474).
O sistema de hipermídia utilizado pelos autores busca a inserção da teoria da
relatividade especial e fenômenos nucleares que possibilitam estabelecer uma relação entre
massa e energia. Ao final, obtêm - se
(...) indícios de que o uso do computador foi fator de motivação dos estudantes; a diversidade de elementos de mídia auxiliou-os a fixar a atenção sobre o conteúdo e favoreceu a visualização e interpretação dos fenômenos, facilitando ainda o raciocínio; o hipertexto estruturado em conformidade com princípios ausubelianos contribuiu para a percepção da relação entre os conceitos e ajudou no desenvolvimento de subsunçores para apoiar a aprendizagem subseqüente. Constatou-se que a proposta didática avaliada favoreceu a evolução das concepções da maior parte dos estudantes quanto ao conceito de equivalência massa-energia e suas implicações; suas relações entre Ciência, Tecnologia e Sociedade, incluindo aspectos ambientais e políticos; ao papel da Ética no desenvolvimento e aplicação dos conhecimentos científicos; ao progresso da Ciência ao longo do tempo (MACHADO; NARDI, 2006, p. 473).
No trabalho de Sales e Vasconcelos (2008), aplicado em alunos de ensino médio, usa-
se um objeto de aprendizagem (OA), recurso digital que dá suporte à aprendizagem, na busca
para estabelecer relação entre grandezas do efeito fotoelétrico e no cálculo da constante de
Planck (h). Os autores escolhem uma simulação na internet, aplicada com a função de
verificar a usabilidade de simulações no Ensino de Física e a contribuição destas para o
processo de aprendizagem. Ao final de suas avaliações, Sales e Vasconcelos (2008)
concluem:
Os dados coletados no experimento por meio das atividades de modelagem apontam que o ensino mediado por um OA a partir da modelagem exploratória, apesar de não ser uma metodologia familiar aos alunos, revela ser acessível ao ensino de alguns conceitos físicos. Observou-se ainda que os estudantes conseguiram manipular o modelo para o cálculo do h para diferentes materiais, com uma quantidade de erros mínima e em tempo razoavelmente pequeno. Enfim, a interação dos estudantes com o software resultou em uma aprendizagem significativa do fenômeno efeito fotoelétrico, com eficiente transposição didática dos conteúdos e o fortalecimento de mudanças conceituais (SALES; VASCONCELOS, 2008, p. 11).
Garcia e Dickman (2005) construíram uma simulação sobre o efeito fotoelétrico que
foi utilizada em alunos do curso de engenharia. Neste artigo busca-se saber se interatividade
33
dos alunos com a simulação pode proporcionar um momento de aprendizagem. De acordo
com a análise feita pelos autores, após a utilização desta ferramenta, os alunos apresentaram
uma disposição maior para participar de atividade extraclasse, além de um entendimento
melhor e mais detalhado do fenômeno.
Logo, observamos que as discussões sobre a inserção da Física moderna no ensino
médio são a favor de mudanças na estrutura de ensino, justificadas também pelo avanço
tecnológico e novas propostas para a formação do cidadão.
Entende-se que a utilização de simulações computacionais para ensinar Física é
apontada como uma experiência positiva em vários trabalhos na área, constituindo em uma
significativa melhora no processo de aprendizagem, proporcionando, em muitos casos, um
ambiente propício para aprendizagem significativa. Essa estratégia de ensino, aliada ao ensino
de Física Moderna para o ensino médio, revela-se, em particular, bastante enriquecedora.
1.7 Nossa Proposta
Uma vez compreendida a importância da inserção do computador na educação, e a
necessidade de inserção de conteúdos de Física Moderna no nível médio de ensino, nos
perguntamos como poderíamos contribuir para a aprendizagem significativa de conceitos
físicos.
Assim, a proposta consiste primeiramente em promover a integração do computador
na educação como ferramenta de apoio no processo de ensino e aprendizagem, com a função
de se tornar uma ferramenta utilizada principalmente para a exposição e interatividade de
fenômenos físicos. Objetiva-se investigar a possibilidade de tornar o computador, por meio
das simulações computacionais, em uma ferramenta no processo de aprendizagem de ensino
para o professor contribuindo para melhorar o aprendizado do estudante. Portanto, busca-se
auxiliar a aprendizagem da Física Moderna no terceiro ano do ensino médio, por meio do
estudo do efeito fotoelétrico usando simulações computacionais. Desta maneira, pode-se
mostrar o fenômeno de forma idealizada e com grande riqueza de detalhes, o que dificilmente
aconteceria em uma aula sem este recurso.
Embora haja muitas discussões sobre o uso do computador como ferramenta no
processo de ensino e aprendizagem, percebe-se, porém, que não há um embasamento teórico
definido sobre como usá-lo. Encontramos trabalhos, como relatos de experiências, que
34
afirmam ocorrer uma melhora no rendimento de alunos quando os professores passam a
utilizar este recurso atual (LOPES; FEITOSA, 2009). Dessa forma, a exemplo de Machado e
Nardi (2006), busca-se utilizar das simulações computacionais no Ensino de Física, embasado
em uma teoria de aquisição do conhecimento, a Teoria da Aprendizagem Significativa,
formulada por David Ausubel (1980). Esta teoria procura conhecer a estrutura cognitiva do
aluno e a partir dela, inserir conceitos de maneira gradual, partindo de conceitos mais amplos
para conceitos mais específicos (MOREIRA; MASINI, 2001).
A simulação computacional apoiada em Ausubel; Novak; Hanesian (1980) torna o
aprendiz parte ativa no processo de ensino aprendizagem, pois proporciona interatividade que,
quando aliada às idéias de Ausubel, permite que o aluno realize atividades conceituais que
levam à aprendizagem significativa, ou seja, à aquisição do conhecimento.
Acredita-se que a utilização das simulações computacionais, além de proporcionar um
possível aumento na estrutura cognitiva do aluno, promove a diversificação das aulas de
Física, através da exposição de situações inusitadas que não podem ser vistas facilmente.
Entende-se que a simulação não deve ocupar todo o processo de Ensino de Física,
substituindo artifícios e materiais usados tradicionalmente por alunos e professores. A
simulação computacional deve ser usada como uma ferramenta no processo de ensino e
aprendizagem de maneira consciente e estruturada, fazendo parte das atividades dos alunos de
forma constante, mas não exclusivamente. Esta suposição é tão verdadeira que para inserir a
simulação computacional no estudo de um determinado conteúdo, por meio de um roteiro de
atividades elaborado segundo a estrutura da teoria de Ausubel; Novak; Hanesian (1980) ,
somos levados a utilizar recursos como vídeos, textos, imagens, questionários e avaliação.
Compreende-se que não se pode consertar o Ensino de Física somente com o uso da
informática, computadores e simulações computacionais, mas pode-se ampliar a oportunidade
de ocorrer a construção do conhecimento em contextos que passem por processos
informatizados, de vários conteúdos e disciplinas, principalmente a Física.
Em síntese, busca-se dar um embasamento teórico à utilização das simulações
computacionais mediadas pelo computador, e através de um roteiro de aula inserir a
simulação como ferramenta no processo de Ensino de Física, na tentativa de proporcionar
uma aprendizagem efetiva.
O roteiro de aula, parte do produto proposto neste trabalho, foi elaborado de acordo
com a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel; Novak; Hanesian (1980) , visando a
integração da tecnologia (simulação computacional) com os meios tradicionais de ministrar
aula, e consiste das seguintes etapas:
35
a) Pré-teste
b) Organizadores Prévios
c) Aplicação da simulação com roteiro de estudo
d) Organizador explicativo
e) Teste final.
As etapas enumeradas acima são os resultados da nossa implementação da
interpretação da proposta de Ausubel para aquisição do conhecimento significativo, e nesta
configuração, procura-se ser fiel à teoria que se propõe, e em todos os momentos busca-se
interligar o conteúdo e aplicação da simulação computacional à teoria de Ausubel.
No próximo capítulo apresentamos a teoria de Ausubel, a interpretação dada a esta, e a
relação entre a estrutura do roteiro de aula e a teoria de aprendizagem significativa. No
capítulo três explanamos o fenômeno a ser estudado pelos aprendizes, a metodologia de
elaboração e aplicação do roteiro de atividades e a explicação das etapas que compõem este
produto. Ainda no capítulo três, apresentamos o produto desta dissertação, o roteiro de
atividades para o uso de simulação embasado em Ausubel; Novak; Hanesian (1980) .
No capítulo quatro é apresentado a análise e discussão dos resultados da aplicação do
roteiro de atividades, a metodologia aplicada, a população pesquisada e análise do pré-teste e
do teste final. No capítulo cinco estão as considerações finais sobre todo o processo
desenvolvido neste trabalho.
36
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Aprendizagem Significativa de David Ausubel
David Paul Ausubel nasceu em 1918 e faleceu em nove de julho de 2008, graduado e
Ph.D. em psicologia, é autor de várias obras sobre o processo de aquisição do conhecimento.
A Teoria da Aprendizagem Significativa, descrita em seu livro Educational Psychology: A
Cognitive View (1968), refere-se aos processos de aquisição do conhecimento em três eixos, o
psicomotor, afetivo e o cognitivo. Para este trabalho, daremos ênfase aos comentários e
discussões em torno do processo de aprendizagem cognitiva, o que não implica que o
processo de aprendizagem cognitivo não tenha ligação com os demais citados.
Dessa maneira, é importante definirmos o termo aprendizagem cognitiva, que de
acordo com Moreira e Masini (2001) (...) é aquela que resulta no armazenamento organizado de
informações na mente do ser que aprende, e esse complexo organizado é conhecido como estrutura cognitiva
(MOREIRA; MASINI, 200, p. 95).
Ainda segundo os autores, o cognitivismo se preocupa em estudar o processo de
formação, armazenamento, estruturação, compreensão e uso da informação envolvida na
cognição (MOREIRA, MASINI, 200, p.14). Assim, quando se fala em aprendizagem segundo
o construtivismo, entende-se que esta:
(...) é um processo de armazenamento de informação, condensação em classes mais genéricas de conhecimentos, que são incorporados a uma estrutura na mente do indivíduo, de modo que esta possa ser manipulada e utilizada no futuro. É a habilidade de organização das informações que deve ser desenvolvida (MOREIRA; MASINI, 2001, p. 13).
Para Ausubel; Novak; Hanesian (1980), aprendizagem significativa acontece quando
há aquisição de novos conceitos relacionados aos conhecimentos prévios já estabelecidos na
estrutura cognitiva do aluno, resultantes das experiências diárias, a esta última posição, se dá
o nome de subsunçor2. Sendo a aprendizagem o resultado da relação entre conhecimento
prévio e novos conceitos, cabe agora esclarecer como ocorre o processo de estruturação e
interação entre conceitos.
2 Subsunçor: Idéia mais ampla, que funciona como subordinador de outros conceitos na estrutura cognitiva e como ancoradouro no processo de assimilação (MOREIRA; MASINI, 2001 – p. 108).
37
Existem alguns elementos necessários para que ocorra o processo de aprendizagem
significativa. Segundo Ausubel; Novak; Hanesian (1980), esta aprendizagem requer um
material potencialmente significativo3 e a vontade do aprendiz em querer participar da
aprendizagem. Isso quer dizer que o aluno tem que manifestar uma pré-disposição para
relacionar conceitos novos com os conhecimentos prévios. Assim, quando estes dois eventos
estão presentes, ligações e relações são estabelecidas na estrutura cognitiva do aluno com o
objetivo de formar novos conceitos. Em outras palavras,
(...) aprendizagem significativa implica a aquisição de novos conceitos. Exige tanto uma disposição para aprendizagem significativa como a apresentação ao aluno de material potencialmente significativo. Esta última posição pressupõe, por sua vez, que o material de aprendizagem por si só pode ser relacionado a qualquer estrutura cognitiva apropriada (que possua sentido lógico), de forma não arbitrária (plausível, sensível e não aleatória) e substantiva (não literal), e que novas informações podem ser relacionadas às idéias basicamente relevantes já existentes na estrutura cognitiva do aluno (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980, p. 32).
Para Ausubel; Novak; Hanesian (1980) a estrutura cognitiva é organizada em ordem
de hierarquia, de conceitos mais gerais e inclusivos para conceitos mais específicos e menos
inclusivos. Tomando esse aspecto da estrutura, propõem – se a inserção do novo conceito
também de forma hierarquizada, iniciando com conceitos mais gerais e inclusivos e de ordem
descendente, partindo para conceitos mais específicos. Moreira e Masini (2001) exemplificam
esta ordem de conceitos utilizando conteúdos da Física,
Em Física, por exemplo, se os conceitos de força e campo já existem na estrutura cognitiva do aluno eles poderão servir de subsunçores para novas informações referentes a certos tipos de força e campo como, por exemplo, a força e o campo eletromagnético (MOREIRA; MASINI, 2001, p. 18).
Neste caso, os conceitos mais gerais, força e campo, são ilustrados pelo exemplo mais
específico, força e campo eletromagnético.
Uma maneira de obter esta hierarquia de conceitos é feita através da construção de
mapas conceituais. Segundo Tavares,
3 Material potencialmente significativo: é o material passível de ser relacionado de maneira substancial e não - arbitrária com idéias correspondentemente relevantes, que se situam no domínio da capacidade humana de aprender.
38
O mapa conceitual é um estruturador do conhecimento. Os mapas conceituais foram propostos como uma maneira de organizar hierarquicamente os conceitos e proposições que representassem a estrutura cognitiva que podiam ser depreendidas das entrevistas clínicas com crianças que faziam parte de um projeto educacional que ele4 dirigia (TAVARES, 2008, p. 102).
Em outras palavras, os mapas conceituais (...) são diagramas bidimensionais
mostrando relações hierárquicas entre conceitos de uma disciplina e que derivam sua
existência da própria estrutura da disciplina (MOREIRA; MASINI, 2001 – p. 51). Para
efeito de ilustração, na figura 1 segue uma demonstração de um mapa conceitual sobre força e
suas relações na Física.
Figura 1: Mapa conceitual
Fonte: MOREIRA; MASINI, 2006, p. 53.
O mapa conceitual da figura 1 mostra de forma hierárquica os conceitos ligados à
força, e outros menos inclusivos ligados ao conceito de campo. Este mapa ilustra qual
estruturação de conceitos a seguir, de acordo com a teoria da aprendizagem significativa,
propondo também a interação entre muitos conceitos usados em Física.
Assim, de acordo com Ausubel, Moreira e Masini (2001) indicam a utilização de
mapas conceituais como ferramenta organizacional de conceitos a serem apresentados,
4 Ausubel.
39
seguindo uma ordem de hierarquia de conceitos mais gerais e inclusivos para conceitos mais
específicos e menos inclusivos.
De acordo com Azevedo (2010), os mapas conceituais refletem a estrutura lógica que
seu autor possui sobre o tema em questão. Assim, com essa premissa, não se pode entender
que o mapa conceitual aqui apresentado, ou qualquer outro mapa conceitual, seja o mais
correto. Mapas conceituais devem ser compreendidos como uma das várias possibilidades de
ligações entre os conceitos existentes no tema discutido.
Entretanto, apesar do mapa conceitual ter o objetivo de dar uma visão geral do que
será estudado, este deverá ser usado preferencialmente quando os alunos já têm certa
familiaridade com o assunto abordado. Nesta configuração, pode-se utilizá-los para realizar
integrações e relações entre conceitos prévios e os que deverão ser aprendidos. Os mapas
conceituais utilizados como recursos instrucionais, não dispensam explicações, sendo eles
uma ilustração de ligações idiossincráticas, os mapas conceituais podem adquirir vários
formatos, inferindo assim, a necessidade da explicação e discussão de quem o criou
(MOREIRA; MASINI, 2001).
Para Ausubel; Novak; Hanesian (1980) quando um novo conceito interage com os
subsunçores, e tendo o aprendiz uma vontade e pré-disposição para aprender, o novo material
ancora-se5 no subsunçor, transformando-o em um novo conceito mais inclusivo e
significativo, pronto a servir de ancoradouro (subsunçor) para o novo conceito (MOREIRA;
MASINI, 2001).
A principal estratégia que Ausubel; Novak; Hanesian (1980) propõem para tentar
organizar a estrutura cognitiva do aprendiz e facilitar a aprendizagem significativa é o uso dos
organizadores6 prévios. Segundo Azevedo, o uso de organizadores prévios tem o objetivo de
(...) manipular a estrutura cognitiva do aluno de tal maneira que o novo material possa ter algum significado para ele, ou seja, possa ser lógico. Os organizadores envolvem a utilização de materiais relevantes, inclusivos e introdutórios que são maximamente claros e estáveis (AZEVEDO, 2010, p. 46).
Estes organizadores serão introduzidos antes do material a ser ensinado, com o objetivo de
realçar os subsunçores existentes na estrutura cognitiva do indivíduo, que servirão de
ancoradouro para os novos e inclusivos conceitos a serem aprendidos. Como esses
organizadores prévios irão introduzir o material para vários estudantes de estruturas 5 Âncora é o conceito utilizado para os conhecimentos prévios do aluno que servem de apoio aos novos conceitos que vão se relacionar a eles. 6 Organizadores prévios – Material introdutório apresentado antes do material a ser aprendido, explicitamente relacionado às idéias relevantes existentes na estrutura cognitiva (MOREIRA; MASINI, 2001, p. 107).
40
cognitivas diferentes, (...) os organizadores são apresentados num nível de abstração mais
elevado, maior generalidade e inclusividade, do que o novo material a ser aprendido
(AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980; p. 143).
A principal função dos organizadores prévios é facilitar a ligação do novo
conhecimento com o subsunçor, assim, estabelecendo uma relação de “ponte” entre as partes.
Segundo Moreira e Masini (2001),
A principal função do organizador prévio é a de servir de ponte entre o que o aprendiz sabe e o que ele deve saber, a fim de que o material possa ser aprendido de forma significativa. Ou seja, os organizadores prévios são úteis para facilitar a aprendizagem na medida em que funcionam como pontes cognitivas (MOREIRA; MASINI, 2001, p. 21).
Logo, a essência do organizador é proporcionar ao estudante uma ligação ou relação
entre o que se tem estruturado no cognitivo e o que o aprendiz tem que saber antes de ser
exposto ao novo material a ser aprendido. De acordo com Ausubel; Novak; Hanesian (1980) ,
as principais razões para se utilizar organizadores prévios são:
1. A importância de ter idéias estabelecidas relevantes e de outra forma apropriada já disponível na estrutura cognitiva para tornar logicamente significativas idéias novas potencialmente significativas e lhes dar um esteio estável; 2. As vantagens de usar as idéias mais gerais e inclusivas de uma disciplina como idéias de esteio ou subordinadores (a saber, a adequação e a especificidade da sua relevância, sua maior estabilidade inerente, seu maior poder explanatório e sua capacidade de integração); 3. O fato de que os próprios aprendizes tentam identificar um conteúdo relevante já existente na estrutura cognitiva (e a ser explicitamente relacionado com ele) como indicar explicitamente a relevância deste conteúdo e a sua própria relevância para o novo material de aprendizagem (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980, p. 144).
A facilitação da aprendizagem significativa ocorre por meio da manipulação da
estrutura cognitiva, com objetivos pedagógicos considerando os atributos dos materiais a
serem apresentados. Para Ausubel; Novak; Hanesian (1980), isso pode ocorrer de duas
maneiras:
1. Substantivamente, com propósitos “organizacionais” e integrativos, usando os conceitos e proposições unificadores de uma dada disciplina, que têm maior poder explanatório, inclusividade, generalidade e viabilidade no assunto. 2. Programaticamente, empregando princípios programáticos adequados a ordenação da sequencia do assunto, partindo do estabelecimento de sua organização e lógica interna e, sucessivamente, planejando a montagem de exercícios práticos (MOREIRA; MASINI, 2001, p. 48).
41
Dessa maneira, a essência da teoria de Ausubel se apóia na utilização de conceitos
prévios já estabelecidos em uma estrutura organizada em nível de inclusividade hierárquica
relacionada aos conceitos a serem aprendidos. Os organizadores prévios, portanto, têm um
papel fundamental na facilitação da aprendizagem, organizando e estruturando os subsunçores
presentes na estrutura cognitiva dos alunos.
Ausubel; Novak; Hanesian (1980) consideram mais de um tipo de aprendizagem: por
exemplo a mecânica, por recepção e por descoberta. Na aprendizagem mecânica, os novos
conceitos a serem incorporados não têm relação com os conceitos prévios estabelecidos na
estrutura cognitiva do estudante, desta maneira, os conceitos ficam armazenados
arbitrariamente, não se relacionando aos subsunçores. Ausubel; Novak; Hanesian (1980)
fazem distinção entre a aprendizagem significativa e a mecânica, porém, em algumas
condições esta pode ser considerada uma forma de aprendizagem significativa.
Para Moreira e Masini (2001), a memorização de fórmulas, leis e conceitos físicos sem
nenhum propósito de construir relações entre as variáveis e o que elas representam, seria
exemplo da aprendizagem mecânica na Física. Enfim, a aprendizagem mecânica se torna
aprendizagem significativa quando os conceitos vistos mecanicamente apresentam relações
com conceitos existentes na estrutura cognitiva do aprendiz, modificando-o e restabelecendo
sua posição hierárquica.
Azevedo (2010) discute que, de acordo com Ausubel, a aprendizagem mecânica pode
se tornar significativa, dependendo de duas partes fundamentais, o aluno e o professor.
O aluno necessita estar receptivo à aprendizagem significativa, e imbuída de alguns conceitos esteios fundada em sua estrutura cognitiva, além de ter sua autocrítica formada. Além disso, o professor deve recorrer aos meios facilitadores da aprendizagem significativa, com a utilização de pontes cognitivas, materiais instrucionais e, ainda, levando em conta aspectos idiossincráticos do aluno (AZEVEDO, 2010, p. 34).
A aprendizagem por recepção é diferente da aprendizagem por descoberta. Moreira e
Masini (2001) caracterizam e diferenciam esse dois tipos de aprendizagem, como:
(...) na aprendizagem por recepção o que deve ser aprendido é apresentado ao aprendiz em sua forma final, enquanto que na aprendizagem por descoberta o conteúdo principal a ser aprendido é descoberto pelo aprendiz (MOREIRA; MASINI, 2001, p. 19).
A aprendizagem por recepção pode proporcionar certa facilidade no processo de
aprendizagem de conteúdos, ou em situações nas quais o subsunçor modificado tenha sido
42
esquecido. A formação e inserção do novo conhecimento na estrutura cognitiva do estudante
possibilitam ao mesmo lembrar tal material, ocorrendo uma “reaprendizagem” (AZEVEDO,
2010). Azevedo comenta sobre o cenário que se deve estabelecer para que a aprendizagem
receptiva se torne significativa, de acordo com Ausubel; Novak; Hanesian (1980) :
A aprendizagem receptiva pode se tornar significativa na medida em que o novo conhecimento se relacione de maneira substancial e não-arbitrária com algum aspecto da estrutura cognitiva prévia que lhe for relevante, estando, dessa maneira, mais próximo da aprendizagem significativa (AZEVEDO, 2010, p.33).
À medida que o novo material aprendido é assimilado pela estrutura cognitiva do
aluno, este se relaciona e interage a conceitos já estabelecidos e significativos, sendo a
aquisição de um novo conhecimento resultado desta interação.
Ausubel; Novak; Hanesian (1980) explicam que durante algum tempo esse novo
conhecimento é compreendido, isto é, associado à estrutura cognitiva. Após um período
idiossincrático, os novos conceitos passam por uma dissociação, em que os conceitos menos
inclusivos começam a ser esquecidos, ocorrendo uma redução gradual na estrutura cognitiva,
que o autor chama de supressão das idéias subordinativas.
Diante de um breve esboço sobre o processo de aquisição e estruturação do
conhecimento, o próximo passo é identificar como ocorre o processo de assimilação do novo
material, para tornar mais claro os processos de organização e aquisição de significados na
estrutura cognitiva.
Ausubel; Novak; Hanesian (1980) expõem que, assim como para crianças com idade
escolar, os adultos incorporam novos conceitos através do processo de assimilação, e define
tal processo como sendo:
A aprendizagem de novos significados conceituais, em contato com os atributos essenciais dos conceitos e relacionando estes atributos a idéias relevantes estabelecidas em sua estrutura cognitiva. Aprender os nomes dos conceitos, por outro lado, envolve um processo de aprendizagem representacional que segue comumente a assimilação de conceitos propriamente dita. Em outras palavras, estas crianças e adultos aprendem novos termos genéricos ou conhecendo suas definições ou encontrando-as num contexto, e então estabelecendo uma equivalência representacional entre os novos termos genéricos e os novos significados conceituais emergentes na estrutura cognitiva, que são eliciados pela combinação de palavras já significativas contidas nos termos sugestivos das definições ou contextos (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980, p. 78-79).
43
Em outras palavras, Moreira e Masini (2001) afirmam que a assimilação ocorre
quando um conceito, novo material ou uma proposição, potencialmente significativo e
relevante para a estrutura cognitiva, é assimilado sob uma idéia mais inclusiva, que está
previamente estruturada, formando uma extensão, qualificação ou reelaboração do conceito
prévio. Um resumo sobre o processo de assimilação pode ser simbolizado pelo diagrama da
figura 2.
Figura 2: Resumo do processo de assimilação de conceito.
Fonte: MOREIRA; MASINI, 2006, p. 25.
O processo de assimilação de conceitos pode ser chamado de aprendizagem
subordinada. Esse processo representa (...) a aprendizagem do significado de um novo
conceito ou proposição por interação (subsunção) com uma idéia particular relevante mais
inclusiva (subsunçor) na estrutura cognitiva (MOREIRA; MASINI, 2001, p. 105). Para o
autor da Teoria da Aprendizagem Significativa, a subsunção pode seguir dois processos
distintos de relação de conceitos, a subsunção derivativa e subsunção correlativa.
O processo de subsunção derivativa se dá quando o novo material se relaciona ao
subsunçor modificando-o, porém, nesta configuração o novo conceito é entendido como
exemplo específico na estrutura cognitiva, tornando-se ilustrativo de uma situação mais geral
e inclusiva que foi previamente aprendida. Já o processo de subsunção correlativa acontece
quando o novo material, potencialmente significativo e relevante para o subsunçor,
transformá-lo em um conceito mais profundo, inclusivo e refinado, porém, com sentido não-
implícito, não podendo ter como pseudônimo os subsunçores.
Associado aos dois últimos processos de subsunção mencionados, Ausubel; Novak;
Hanesian (1980) alertam para o esquecimento das informações com o passar do tempo. A esse
esquecimento ele chama de assimilação obliteradora. De acordo com Moreira e Masini
(2001), todos os dois processos de subsunção tendem à assimilação obliteradora. Ausubel
atribui à assimilação obliteradora a não estabilidade e clareza dos conceitos âncoras, ou
aqueles materiais que não foram aprendidos com certa discriminação. Ressalta ainda que a
obliteração tende a ser mais abrasiva na subsunção derivativa, visto que, nesta, os novos
conceitos são encarados como casos particulares e específicos na estrutura cognitiva do
44
aprendiz. Em qualquer disciplina, o principal problema é a neutralização da assimilação
obliteradora, o que acontece também com toda a aprendizagem significativa (MOREIRA;
MASINI, 2001, p. 28)
Sabendo das possibilidades, caminhos e maneiras da aprendizagem proposta por
Ausubel; Novak; Hanesian (1980), também torna-se necessário saber como evidenciá-la. A
aprendizagem realmente significativa acontece quando os novos conceitos se tornam claros,
precisos, diferenciados e intransferíveis na estrutura cognitiva do aprendiz. Nesta concepção,
pode-se argumentar que perguntando ao aluno sobre os atributos de determinado conceito,
pode-se identificar uma resposta mecanicamente memorizada. De acordo com Moreira e
Masini (2001), Ausubel; Novak; Hanesian (1980) salientam que os alunos foram
acostumados a responder de forma mecânica e através da memorização durante a passagem
pela fase escolar, logo, suas respostas serão, na grande maioria, mecanizadas.
Para identificar a aprendizagem significativa, propõe-se que o aluno seja submetido a
testes atípicos, diferentes dos testes de vestibulares e situações cobradas em exames que os
mesmos já tenham participado, ou mesmo tiveram acesso. Outra alternativa proposta,
(...) é solicitar aos estudantes que diferenciem idéias relacionadas, mas não idênticas, ou que identifiquem os elementos de um conceito ou proposição de uma lista contendo, também, os elementos de outros conceitos e proposições similares. Além dessa, propor ao aprendiz uma tarefa de aprendizagem seqüencialmente dependente de outra, que não possa ser executada sem um perfeito domínio da precedente (MOREIRA; MASINI, 2001, p. 24 -25).
2.2 Teoria de Ausubel relacionada ao ensino de Física mediada pelo computador
Apesar de muitas pesquisas sobre o Ensino de Física, a busca sobre formas
diversificadas de ensino, ou práticas pedagógicas eficazes, novas formulações de currículo e
mudanças na maneira de verificar o ensino de modo geral, pressupõe-se que o aluno ainda
seja um observador, memorizando fórmulas e exercícios já usualmente trabalhados.
Neste contexto, o aluno frente a uma situação inusitada tende a ficar desestruturado,
pois, não possui subsunçores na estrutura cognitiva que o auxiliem na confecção de um
raciocínio para resolver tal problema. O aprendiz que somente faz uso de uma aprendizagem
mecânica, ou seja, quando ocorre o armazenamento temporário de informações de forma
arbitrária, não substancial e sem conexão com os subsunçores, terá uma imensa dificuldade
em resolver problemas inusitados, porque estes requerem competências e habilidades a serem
desenvolvidas em uma aprendizagem significativa.
45
Compreende-se o termo competência como sendo (...) uma capacidade de agir
eficazmente em um determinado tipo de situação, apoiada em conhecimentos, mas sem
limitar a eles (AZEVEDO, 2010, p. 31). Apoiada nesta premissa, a competência seria a
capacidade de resolver um problema através de subsunçores existentes na estrutura cognitiva
do indivíduo e de um novo material, por meio do desenvolvimento de um raciocínio lógico
que a situação pede.
Atualmente o sistema de avaliação brasileiro e as diretrizes sobre o ensino médio, em
alguns aspectos, tem como ponto de partida os Parâmetros Curriculares Nacionais para o
Ensino Médio – PCNEM. Esse documento sugere competências a serem desenvolvidas
durante a fase escolar nos alunos do ensino médio. Os quadros apresentados nas figuras 3 e 4,
exemplificam competências e habilidades cobradas dos alunos ao final do ensino médio
quanto à informática e à Física.
Informática Competências e Habilidades a serem desenvolvidas em informática
Conhecer o papel da informática na organização da vida sócio-cultural e na compreensão da realidade, relacionando o manuseio do computador a casos reais, ligados ao cotidiano do estudante, seja no mundo do trabalho, no mundo da educação ou na vida privada. Reconhecer a informática como ferramenta para novas estratégias de aprendizagem, capaz de contribuir de forma significativa para o processo de construção do conhecimento, nas diversas áreas. Construir, mediante experiência prática, protótipos de sistemas automatizados em diferentes áreas, ligadas a realidade do estudante, utilizando-se para isso, de conhecimentos interdisciplinares.
Figura 3: Quadro de Competências e habilidades a serem desenvolvidas em informática. Fonte: Ministério da Educação, BRASIL, 2000, p. 61-62.
Física
Ciência e Tecnologia na Atualidade
Identificar e avaliar o desenvolvimento tecnológico contemporâneo, suas relações com as ciências, seu papel na vida humana, sua presença no mundo cotidiano e seus impactos na vida social.
Ciência e Tecnologia na História
Compreender o conhecimento científico e tecnológico como resultado de uma construção humana inseridos em um processo histórico e social. Compreender o desenvolvimento dos modelos físicos para direcionar corretamente os modelos atuais, seu dogmatismo ou certezas definitivas.
Figura 4: Quadro de Competências e habilidades a serem desenvolvidas na Física. Fonte: Ministério da Educação, BRASIL, 2000, p. 68.
Os quadros apresentados nas figura 3 e 4 referenciam uma necessidade de se trabalhar
a informática no âmbito educacional em várias disciplinas, assim, as orientações do PCNEM
justificam o uso de simulações computacionais como ferramentas de ensino.
46
Moreira e Masini (2001) acentuam que para Ausubel; Novak; Hanesian (1980) , (...)
significado é um produto “fenomenológico”, no qual o significado potencial inerente aos
símbolos converte-se em conteúdo cognitivo, diferenciado para um determinado indivíduo
(MOREIRA; MASINI, 2001, p. 46). Assim, os símbolos e imagens produzidos pela
informática podem proporcionar, em diferentes níveis, um ganho cognitivo. Paralelamente à
informática, a simulação irá fornecer, de maneira dinâmica, imagens sobre o fenômeno em
questão, variáveis que podem modificar o resultado apresentado pela simulação e também
quais são os principais aspectos e propriedades sobre o seu acontecimento. Cada imagem
fornecida pela simulação pode potencializar um significado para o indivíduo de forma
idiossincrática.
De forma correlata, Tavares (2008) defende o uso de simulações computacionais no
ensino, afirmando que as simulações computacionais podem ser uma ferramenta importante
para o ensino de alunos com dificuldades de abstração:
Claramente, a interatividade é um fator que facilita a aprendizagem, pois pode ajudar a superar as dificuldades de percepção e compreensão. Iniciar, parar e re-iniciar uma animação pode permitir uma re-inspeção com foco em uma parte específica do tema. As animações que permitam um olhar detalhado, uma ampliação, perspectivas alternativas, e o controle da velocidade de avanço são mais propícias para facilitar a compreensão. Um aparato pedagógico construído com essas características pode ainda potencializar essa tendência do ser humano de acompanhar visualmente os movimentos, se permitir a sua intervenção no movimento que se delineia. O aluno que tenha o controle do fluxo das informações veiculadas por uma animação pode calibrar a velocidade do passo mais adequado às suas características pessoais. Na medida em que ele pode intervir no cenário (alterando as perspectivas ou as condições iniciais da animação) ele pode encontrar uma maneira mais adequada para a sua percepção do fenômeno que está representado na animação. Em outras palavras, o aluno pode adequar a ferramenta instrucional ao seu estilo de aprendizagem e sua estrutura cognitiva. (TAVARES, 2008, p. 105).
A Física torna-se muito difícil para os alunos de ensino médio porque requer um nível
de abstração desenvolvido. No entanto, a mudança de conceitos se deve ao tamanho ou
profundidade do desenvolvimento cognitivo do aprendiz e da relação que este consegue fazer
com conceitos novos, muitas vezes abstratos, e os já estruturados cognitivamente.
A formação de conceitos inicia-se nas crianças no estágio pré-operacional, no qual
várias experiências levam a criança a representar uma situação ou objeto por uma palavra que
surge no seu vocabulário. A aquisição desses conceitos tem a (...) dependência em
experiências empírico-concretas limitando-as à aquisição de conceitos primários cujos
referentes consistem de objetos e eventos perceptíveis e familiares, como “cão” e “casa”
(MOREIRA; MASINI, 2001, p. 42).
47
Na fase escolar, ou seja, no ensino médio, os alunos apresentam-se em outro nível de
abstração, o estágio operacional-concreto. Esse nível consiste na
(...) aquisição de conceitos em um nível de ordem mais alto de abstração e, correspondentemente, dá origem a significados mais abstratos de conceito. O aprendiz é capaz de operar com conceitos secundários cujos significados ele aprende sem entrar em contato com as experiências empírico-concretas das quais derivam. Entretanto, de uma maneira geral, crianças numa faixa etária mais avançada (idade escolar), como também adolescentes e adultos, adquirem novos conceitos por meio do processo de assimilação de conceito. Ou seja, aprendem novos significados conceituais, entretanto, em contato com os atributos essenciais dos conceitos e relacionando estes atributos às idéias relevantes estabelecidas em sua estrutura cognitiva (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980, p. 78).
Como a Física trabalha com conceitos abstratos no nível escolar, ou seja, entre jovens
e adultos, considera-se a simulação computacional uma importante ferramenta de apoio ao
estudante. Esta ferramenta pode propiciar ao aluno uma visualização do fenômeno em
imagens dinâmicas, diminuindo o nível de abstração necessário para compreensão da situação
descrita e aumentando a possibilidade de promover a assimilação de conceitos.
A assimilação de conceitos ocorre quando um novo material contextualizado é
relacionado a um conceito prévio adquirido, que seja substancial e relevante para a estrutura
cognitiva do aprendiz (MOREIRA; MASINI, 2001). Como as simulações oferecem aos
estudantes opções para testar hipóteses e situações inusitadas, pressupõe que isso leve o
aprendiz a formular hipóteses e perguntas, quando se tornar ativo no processo. As respostas
aos seus questionamentos podem ser visualizadas em forma de imagens dinâmicas e
interativas através da representação gráfica contida nas simulações computacionais. Essa
relação que o aprendiz realiza com a simulação “excita” a sua estrutura cognitiva, levando os
conceitos mais inclusivos e gerais a se relacionar, por meio das possibilidades de variar os
resultados finais obtidos da simulação.
Para realização deste trabalho, leva-se em conta a principal observação proposta pela
teoria de Ausubel, é conhecer os conceito prévios dos alunos. De acordo com Azevedo,
Ausubel propõe uma aprendizagem que tenha um ambiente interativo, uma comunicação eficiente que respeite e conduza o aluno a imaginar-se como parte integrante desse novo conhecimento por meio de “elos” de termos familiares, além da necessidade de se apresentar aos mesmos um material potencialmente significativo, ou seja, tanto lógico como psicologicamente significativo (AZEVEDO, 2010, p. 35).
A utilização das simulações computacionais como ferramenta de ensino proporciona,
além da interatividade entre aluno e conteúdo, a interatividade entre professor e aluno,
promovida pelo feedback sobre os questionamentos do estudante e sistematização do
48
conteúdo estudado. Desta forma o aprendiz é parte integrante do problema e da situação
simulada, podendo assim, relacionar os conceitos prévios com um novo material fornecido
pelas imagens.
Segundo Ausubel; Novak; Hanesian (1980), um dos principais obstáculos para que
ocorra aprendizagem significativa é a falta de organização prévia e hierarquizada do
conhecimento do aprendiz. A desorganização da estrutura cognitiva do indivíduo dificulta o
relacionamento entre os subsunçores e a nova informação a ser incorporada. Para Ausubel
uma possível solução para essa dificuldade seria o uso dos organizadores prévios que:
(...) são introduzidos antes do próprio material de aprendizagem, sendo utilizados para facilitar o estabelecimento de uma disposição significativa da aprendizagem, com isso, os alunos reconhecem que elementos dos novos materiais de aprendizagem podem ser significativamente aprendidos relacionando-os com os aspectos relevantes da estrutura cognitiva existente (AZEVEDO, 2010, p. 46).
Logo, organizadores prévios servem de âncora para aprendizagem e levam ao
desenvolvimento de conceitos subsunçores que facilitem a aprendizagem subseqüente. No
caso de um material ser totalmente novo, um organizador “explicativo” é usado para
formação de subsunçores que sustentariam de forma ordenada a relação com o novo material
(MOREIRA; MASINI, 2001).
O problema, pois, da aprendizagem em sala de aula está na utilização de recursos que
dificultem as relações entre conceitos e sua integração à estrutura cognitiva do aluno,
tornando o material não significativo (MOREIRA; MASINI, 2001).
A simulação computacional, assim como, os organizadores prévios e explicativos são
ferramentas que servirão como guia para os alunos na interpretação e entendimento do
assunto a ser discutido e tem como objetivo promover os quatro principais passos para se
desenvolver uma aprendizagem significativa receptiva. Recapitulando, a aprendizagem
receptiva acontece quando o material a ser aprendido é apresentado para o aluno em sua
forma final e a nova informação é incorporada à estrutura cognitiva de forma não – literal e
não – arbitrária (MOREIRA; MASINI, 2001).
O novo material deve seguir uma ordem de inclusividade e hierarquia de conceitos a
ser discutida nos seguintes aspectos:
a) Diferenciação progressiva: é uma maneira de se organizar o conteúdo para promover a sua
aprendizagem significativa. Na diferenciação progressiva, as idéias mais gerais e inclusivas
são apresentadas aos alunos em primeiro lugar, sendo, então, progressivamente diferenciadas
49
em termos de detalhes e especificidades (AZEVEDO, 2010). Azevedo (2010) alerta que isso
não é uma prática difundida nas salas de aula, ao contrário, o que se observa é uma
organização que privilegia a memorização do conteúdo, em que o aluno é forçosamente
conduzido a pensar tal qual seu professor (AZEVEDO, 2010, p. 38).
Pressupõe-se que a simulação computacional ajude a ativar os conhecimentos prévios
do aluno sobre o fenômeno como um todo e sua ligação com as distintas variáveis que fazem
parte dele.
b). Reconciliação integrativa: é um processo pelo qual o conteúdo é organizado de modo que
as semelhanças e diferenças significativas sejam ressaltadas, de reconciliar inconsistências
reais ou aparentes e de explorar explicitamente relações entre as idéias (AZEVEDO, 2010).
Na utilização da simulação computacional a reconciliação integrativa é nítida, visto que, é
possível verificar o comportamento do fenômeno quando suas variáveis são alteradas, sendo
essas mudanças observadas e podendo ser questionadas pelas idéias relacionadas no
subsunçor do aprendiz.
c) Organização seqüencial: para Ausubel; Novak; Hanesian (1980) a disponibilidade de
subordinadores ideacionais relevantes e substantivos para a aprendizagem verbal significativa
pode ser otimizada valendo-se das dependências seqüenciais naturais entre as divisões
componentes de uma disciplina. Se a organização da ordem dos tópicos de determinado
campo de conhecimento obedecer tais dependências seqüenciais, a aprendizagem de cada
unidade se torna uma realidade de direito próprio. (AZEVEDO, 2010)
Neste princípio, busca-se tirar vantagem de uma sequencia de conceitos disponíveis
pelo novo material apresentado ao estudante, levando a disponibilizar idéias – âncoras
substanciais e relevantes para uso da aprendizagem significativa e retenção do conhecimento
(MOREIRA; MASINI, 2001). Nesta idéia, a simulação computacional juntamente com um
roteiro de atividade, ilustra de forma seqüencial a ocorrência dos fatos que compõe o
fenômeno em questão, tornando lógico e diminuindo o grau de abstração para compreendê-lo.
d). Consolidação: com a consolidação podemos assegurar uma prontidão continuada do
assunto e êxito na aprendizagem seqüencialmente organizada, desde que o passo precedente
seja sempre claro, estável e bem organizado. O assunto não deveria ter continuidade até que
todas as etapas anteriores tivessem sido compreendidas. “Assim, nunca se deve introduzir
50
novo material na sequencia até se dominarem bem todos os passos anteriores” (AZEVEDO,
2010, p. 40).
Uma facilidade ofertada pela simulação computacional é a possibilidade de buscar
ilustrações e respostas para as dúvidas de forma aleatória, assim, caso o aprendiz não
compreenda a primeira parte do fenômeno, sendo este pré-requisito para a subseqüente, este
poderá recorrer a uma nova interpretação do fenômeno para sanar suas dúvidas.
Após a aplicação da simulação computacional, para estabelecer relações e interações
entre o novo material e conceitos prévios, pode-se utilizar mapas conceituais como
organizadores explicativos que definirão em ordem decrescente o grau de inclusividade dos
conceitos tratados no fenômeno estudado.
De acordo com Moreira e Masini (2001), os testes de compreensão devem, no
mínimo, serem fraseados de maneira diferente e apresentados num contexto de alguma forma
diverso daquele originalmente encontrado no material instrucional.
51
3. ESTRUTURA E METODOLOGIA DE PESQUISA
Neste capítulo apresenta-se o produto desta dissertação, a sequencia de atividades
proposta, organizada de acordo com a teoria da aprendizagem significativa, utilizando
simulações computacionais para o ensino do efeito fotoelétrico. Discuti-se a metodologia da
elaboração de cada etapa do produto, levantando seus objetivos e relações com a teoria a que
se propõe. Na sequencia de atividades estão o pré-teste, o organizador prévio, simulação
computacional juntamente com o roteiro de atividades, o organizador explicativo e avaliação
final.
3.1 Escolha do conteúdo
Baseando-se no avanço da ciência e das teorias que a compõe, e buscando a discussão
de um conteúdo proposto no currículo do ensino médio e também pelos parâmetros
curriculares nacionais, fez-se como escolha do assunto para esta dissertação o fenômeno
explicado pela Física Moderna, o efeito fotoelétrico, que é a base de funcionamento de vários
equipamentos presentes no cotidiano.
O efeito fotoelétrico7, explicado por Albert Einstein em 1905, é considerado um dos
fenômenos cujo entendimento marca o início da Física Quântica. Este fenômeno consiste da
ejeção de elétrons de metais, quando radiação incide sobre estes. Experimentos mostram que
existe uma frequencia mínima, característica de cada material, abaixo da qual elétrons não são
ejetados, independente do tempo de exposição destes à radiação. Einstein supôs que a
radiação é constituída por fótons (forma corpuscular da radiação), cuja energia é diretamente
proporcional à frequencia da radiação. Assim, um elétron, para ser ejetado, absorve a energia
de um fóton, que é usada para este se liberar da estrutura do metal e adquirir energia de
movimento. Como cada metal possui estrutura atômica diferente, a frequencia limite ou
frequencia de corte é diferente para cada metal, ou seja, cada material deve ser irradiado por
um valor mínimo de frequencia para que o fenômeno ocorra.
7 Maiores detalhes sobre o efeito fotoelétrico podem ser encontrados no texto do item 3.3.2.2.
52
Vale ressaltar que Einstein, no mesmo ano de 1905, publicou outros trabalhos
importantes para a evolução da tecnologia e da ciência, como a teoria da relatividade especial
e o movimento browniano.
Atualmente vários dispositivos e equipamentos tem seu funcionamento baseado no
efeito fotoelétrico. Um exemplo é o dispositivo que controla a abertura de porta em
elevadores. Este dispositivo é acionado quando a presença de um corpo interrompe o feixe de
luz que é emitido de um lado da porta do elevador para o outro. Esse feixe de luz incide sobre
um metal provocando o efeito fotoelétrico, ou seja, gerando uma corrente elétrica que aciona
um sistema que fecha a porta. Quando este feixe é interrompido, cessando o efeito fotoelétrico
e consequentemente a corrente elétrica, um segundo sistema é acionado, possibilitando a
abertura da porta do elevador.
O exemplo acima ilustra uma situação na qual, em acordo com os parâmetros
curriculares nacionais (PCN+), é necessário que o aprendiz compreenda de forma conceitual
os fenômenos tecnológicos atuais para ser capaz de identificar, interpretar e lidar com as
situações do cotidiano:
a. Ciência e tecnologia na atualidade - Reconhecer e avaliar o desenvolvimento tecnológico contemporâneo, suas relações com as ciências, seu papel na vida humana, sua presença no mundo cotidiano e seus impactos na vida social (BRASIL, 2002, p. 150).
Mais especificamente, ainda de acordo com os PNC+, o aluno deve Compreender os
processos de interação das radiações com meios materiais para explicar os fenômenos
envolvidos em, por exemplo, fotocélulas, emissão e transmissão de luz, telas de monitores,
radiografias (BRASIL, 2002, p. 29).
Pensando nas grandes mudanças da sociedade, os parâmetros curriculares
proporcionam uma reflexão sobre o currículo do ensino médio. Neste, um novo currículo deve
proporcionar à vida do aprendiz três situações: a vida em sociedade, a atividade produtiva e a
experiência subjetiva (BRASIL, 2002). Entre esses momentos, entendemos que a
interpretação e o conhecimento sobre situações cotidianas, como aparelhos que usam o
fenômeno do efeito fotoelétrico, devem ser entendidas e abordadas no nível médio de
educação.
Dessa maneira, entende-se que o estudo de fenômenos ligados a radiação, possibilita o
aprendiz a adquirir competências e identificar, por exemplo, riscos e benefícios que decorrem
da utilização de diferentes tipos de radiação, possibilitando torná-lo um agente consciente do
mundo atual.
53
3.2 Elaboração da Sequencia de Atividades
De acordo com a teoria da aprendizagem significativa, são necessários alguns aspectos
para que esta ocorra. Um material de instrução que tenha um conteúdo organizado de acordo
com a inclusividade de conceitos, também, alguns conceitos já existentes na estrutura
cognitiva do aprendiz que sejam relacionados ao material a ser aprendido, e por último, o
aprendiz deve apresentar uma disposição em relacionar os conceitos já fixados na estrutura
cognitiva ao novo material.
Para este trabalho, foi escolhido o material instrucional citado acima, na forma de
textos e/ou vídeos, com a função de promover ou realçar subsunçores existentes na estrutura
cognitiva dos aprendizes.
As outras duas condições já pressupõem que se saiba qual o grau de instrução ou se
conheça os conceitos prévios presentes na estrutura cognitiva dos alunos, ou seja, deve-se
garantir a existência de subsunçores, ou conceitos que irão se relacionar com os novos
conceitos, além da pré-disposição do aluno para aprender o novo conteúdo.
No presente trabalho, elabora-se um produto que envolve o uso de simulações
computacionais por meio de um roteiro de aula, para alunos do terceiro ano do ensino médio,
visando a assimilação de conceitos de Física Moderna, mais especificamente, do efeito
fotoelétrico com embasamento na teoria da aprendizagem significativa.
Para a utilização de simulações computacionais no Ensino de Física do ensino médio,
pressupõe-se o desenvolvimento de uma metodologia apoiada na Teoria de Ausubel; Novak;
Hanesian (1980). Acredita-se que desse modo o aluno poderá agir de forma ativa, abrindo
espaço para a aprendizagem significativa, adquirindo novos conceitos, assimilando-os em sua
estrutura cognitiva de forma clara e substancial.
Na figura 5 apresenta-se um esquema da ordem de estruturação pressuposta neste
trabalho, considerando todas as etapas descritas por Ausubel; Novak; Hanesian (1980) para
facilitar a aprendizagem significativa. O esquema é um resumo das etapas estruturadas do
plano de aula a ser seguido, representadas pelos quadros azuis. Os quadros verdes
representam os pressupostos, os objetivos e os materiais usados nas etapas.
54
Figura 5: Quadro explicativo da estrutura de pesquisa.
Fonte: Arquivo pessoal
Nas subseções que se seguem, detalhamos o processo de elaboração de cada etapa da
sequencia de atividades que compõe o produto desta dissertação, mostrado na seção 3.3. É
indicado entre parênteses as subseções nas quais se encontram cada etapa do produto, a saber:
pré-teste (3.3.1), organizador prévio (3.3.2), simulação computacional juntamente com o
roteiro de atividades (3.3.3), organizador explicativo (3.3.4) e avaliação final (3.3.5).
3.2.1 Pré - teste
Na tentativa de atender a essência da teoria de Ausubel; Novak; Hanesian (1980), ou
seja, conhecer a estrutura cognitiva e conceitos prévios dos alunos, elaboramos um pré-teste
que foi aplicado antes de o aluno ter qualquer contato com o novo material sobre os conceitos
circundantes ao efeito fotoelétrico. Além do objetivo de identificar partes da estrutura
cognitiva do aprendiz participante da pesquisa, também gostaríamos de identificar a
disposição deste para relacionar o novo material, de maneira substantiva e não – arbitrária, à
sua estrutura cognitiva.
O pré-teste tem fundamento na teoria de Ausubel; Novak; Hanesian (1980) ao
afirmar-se que os novos conceitos devem se relacionar com os prévios. Assim para facilitar o
processo de aquisição de conhecimento, é necessário conhecer a estrutura cognitiva do aluno
sobre o tema a ser abordado.
55
O pré-teste consiste de cinco questões, sendo quatro discursivas e uma objetiva, cuja
intenção é identificar os conceitos necessários e a pré-disposição para que os aprendizes
compreendam o fenômeno que será estudado.
As três primeiras questões abordam tópicos importantes para a compreensão do efeito
fotoelétrico: estrutura do modelo atômico; propriedades dos fenômenos ondulatórios; e
transferência de energia em colisões.
A primeira questão do pré-teste tem o objetivo de verificar se o aluno possui conceitos
relacionados à estrutura da matéria. Busca-se subsunçores sobre a composição da matéria, o
modelo de um átomo, e principalmente a consciência da existência de partículas subatômicas,
como os elétrons.
A segunda questão busca identificar no aluno conceitos relacionados aos fenômenos
ondulatórios, como velocidade, frequencia, comprimento de onda e transporte de energia. A
necessidade destes conceitos será fundamental para o aluno entender conceitos novos, por
exemplo, como a energia de um fóton depende da frequencia da radiação. Nesta pergunta,
parti-se do pressuposto de que o aluno ainda não tenha conhecimento formado sobre a
natureza dual da luz. Assim, para que se possa introduzir os conceitos de luz de forma
quantizada, primeiro o aluno tem que conhecer a luz como onda e seus conceitos mais
específicos.
A terceira questão do pré-teste busca encontrar no aluno conceitos estruturados sobre
conservação e transferência de energia. Pressupõe-se que o aluno tenha passado pela parte que
estuda a dinâmica do movimento em Física, na qual os temas: trabalho realizado por uma
força, energia mecânica, energia cinética, energia potencial e princípio de conservação de
energia, tenham sido trabalhados com os aprendizes. Entende-se que esses conceitos e
princípios serão necessários para a aprendizagem significativa do efeito fotoelétrico quando se
discutir, através do roteiro de atividades, a equação do efeito fotoelétrico, proposta por
Einstein em 1905, que relaciona a energia cinética do elétron com a energia do fóton e a
função trabalho do material.
Caso o aluno tenha esses conceitos formados em sua estrutura cognitiva, pode-se
chamá-los de subsunçores, pois, são conceitos prévios necessários para o entendimento do
efeito fotoelétrico. Esses conceitos serão relacionados a outros novos conceitos quando o
aprendiz fizer uso das simulações computacionais através do roteiro de aula. Caso o aprendiz
não tenha os subsunçores necessários para inserção do fenômeno em questão, o material
instrucional deverá se encarregar de fornecer a fundamentação teórica dos conceitos
necessários.
56
Na quarta e na quinta questão, busca-se identificar nos alunos a intenção de aprender.
A quarta pergunta basicamente se quer conhecer a forma de estudo adotada pelo aluno em
disciplinas como Física e química, que facilmente podem ser interpretadas como sequencias
de cálculos matemáticos. Infelizmente, com base em experiências docentes, pressupõe-se que
a maioria dos alunos estude mecanicamente, decorando conteúdo e exemplos trabalhados
dentro de sala de aula. Nesta situação, de acordo com Ausubel; Novak; Hanesian (1980),
entende-se que a aprendizagem mecânica pode se tornar significativa, quando o novo material
torna-se substancial e significativo para o aluno, passando a fazer parte da sua estrutura
cognitiva modificando os subsunçores. Em contrapartida, se entende que o aprendiz que tem o
hábito de explorar as relações entre o novo conceito e seus conhecimentos prévios, tentando
relacionar o novo material a fatos ocorridos e presenciados por ele, representa um adepto da
aprendizagem significativa.
A quinta questão tenta identificar no aprendiz um raciocínio frente a situações
inusitadas, observando se o aluno possui uma postura de tentar relacionar seus conhecimentos
com a nova situação, mostrando-nos a intenção de aprender significativamente o novo
conceito ou encontrar a resposta a uma nova situação.
3.2.2 Organizadores Prévios
Após a aplicação do pré-teste, em uma segunda etapa, é sugerido a apresentação dos
organizadores prévios. Esses organizadores têm a principal função de realçar os subsunçores
existentes na estrutura cognitiva do aprendiz, também de fazê-lo lembrar de fatos presentes no
cotidiano que justifique aprender o assunto a ser estudado. A parte que cabe ao organizador
prévio, de acordo com Ausubel; Novak; Hanesian (1980), deve ter conceitos amplos e
inclusivos para atender a variedade de estruturas cognitivas identificadas no pré-teste. É nessa
etapa do trabalho que inserimos de forma gradual conceitos sobre o efeito fotoelétrico.
Com esse pensamento, sugeri-se a apresentação, em um primeiro momento, de dois
pequenos vídeos (detalhados no item 3.3.2.1.), que mostram a parte histórica do fenômeno do
efeito fotoelétrico, em que Albert Einstein e Max Planck são os principais cientistas
responsáveis pela teoria e fundamentação da natureza dual da luz e como ocorre o efeito
fotoelétrico. Os vídeos tratam também, das dificuldades que os cientistas encontraram para
57
explicar o fenômeno, observado em experiências feitas com luz incidente em materiais
metálicos, a partir da Física Clássica.
Obedecendo a ordem de inclusividade de conceitos, após a exibição dos vídeos
comentados, o aprendiz receberá um texto adaptado do livro de física de Sampaio e Calçada
(2005). Este livro foi aprovado e distribuído nas escolas estaduais pelo Programa Nacional do
Livro Didático para o Ensino Médio (PNLDEM) em 2007 e contem uma explicação razoável
sobre o fenômeno do efeito fotoelétrico, abordando pontos e variáveis essenciais à discussão
estabelecida. O texto em questão trata o efeito fotoelétrico de forma conceitual e
contextualizada consistente com os vídeos exibidos. Diante deste texto, discute-se em todos
os aspectos possíveis, considerando o grau de conhecimento dos alunos, as especificidades do
fenômeno do efeito fotoelétrico.
Pressupõe-se que a exibição dos vídeos, leitura do texto e discussão do fenômeno com
os aprendizes, proporcionarão aos alunos subsunçores importantes para entender e utilizar a
simulação computacional a ser apresentada, juntamente com o roteiro de atividades.
3.2.3 Uso de Simulação Computacional com um Roteiro de Atividades
O próximo passo é a utilização da simulação computacional, encontrada na internet
em site de livre acesso. O objetivo do uso das simulações é tornar o aprendiz parte do
experimento e do fenômeno do efeito fotoelétrico, através da interatividade com as variáveis
que permeiam o fenômeno em estudo. A interatividade permite ao estudante testar hipóteses
criadas por ele mesmo, participar de forma ativa na simulação de um fenômeno que envolve
elementos abstratos, como átomo, fótons e ondas eletromagnéticas.
Na busca por simulações, encontra-se algumas opções que continham erros em suas
representações. Buscando proporcionar ao estudante uma simulação perfeita, ou que contenha
a menor quantidade de erros possível, além de maior conforto e facilidade de utilização,
seguimos alguns critérios para selecioná-las, detalhados nas próximas subseções.
58
3.2.3.1 Critérios de Escolha da Simulação
Na busca de embasamento sobre critérios para escolha das simulações, optamos por
utilizar os critérios selecionados por Macedo (2009), padronizando a escolha da simulação.
Os critérios adotados foram:
I – Facilidade de Utilização
Neste tópico deve-se observar as instruções anexadas em forma de texto à simulação,
o que ajudaria o aluno a interpretar o uso da simulação e proporcionaria um melhor
entendimento do fenômeno. Entretanto, nesse trabalho, a simulação será apresentada ao
aprendiz juntamente com um roteiro de atividades, que de forma gradual, auxiliará o aluno a
chegar às suas próprias considerações sobre a questão abordada. Desta maneira, a existência
ou não de instruções sobre como utilizar a simulação passou a ser irrelevante.
Ainda dentro deste critério, busca-se escolher uma simulação cujo funcionamento seja
de fácil entendimento e compreensão pelo usuário.
II – Grau de Interatividade
A interatividade se dá entre aluno e simulação através do computador, e para Macedo
(2009, p. 42) a interatividade consiste na possibilidade que o estudante tem de alterar
parâmetros, valores, variáveis, características das magnitudes e elementos que intervém na
animação. Busca-se, durante a seleção das simulações, escolher aquelas que apresentavam
opções de mudança de variáveis importantes e contextualizadas com os conceitos tratados nos
organizadores prévios, como a frequencia ou comprimento de onda, intensidade de luz,
função trabalho e energia cinética de cada elétron ejetado.
III – Confiabilidade de Origem
Parte das simulações encontradas foi produzida por universidades que mantêm um
laboratório virtual de física com simulações de alguns fenômenos, entre essas, algumas
universidades estrangeiras. A melhor simulação, de acordo com os critérios adotados,
encontra-se em idioma também estrangeiro, porém, outros professores e sites educacionais
59
fizeram a sua conversão para o português. Assim, optou-se pela simulação do efeito
fotoelétrico elaborada pelo projeto PHET da Universidade do Colorado (EUA), que oferece
gratuitamente simulações computacionais interativas de fenômenos da Física e de outras áreas
do conhecimento.
Mesmo considerando o prestígio desta instituição, a simulação foi testada de acordo
com as leis básicas aceitas pela sociedade científica, para evitar a ilustração de conceitos
errôneos para os alunos. Assim, todos os professores que necessitarem desta ferramenta terão
em sua aula uma simulação testada e correta.
3.2.3.2 Elaboração do Roteiro de Atividades
Juntamente com a simulação, o aluno recebe um roteiro de atividades, cuja função é
orientar os comandos dos aprendizes, levando-os a interpretação e estruturação do fenômeno.
O roteiro de atividades foi elaborado para auxiliar o aluno a perceber gradualmente a
importância e o funcionamento da simulação, a influência que cada variável tem no fenômeno
e quais são as restrições deste fenômeno, sempre obedecendo a ordem de inclusividade,
partindo de conceitos mais gerais para os mais específicos.
Pressupõe-se que a reprodução do fenômeno pela simulação, após as mudanças de
variáveis exploradas pelo estudante, o levarão a relacionar o novo material aos subsunçores já
estabelecidos. Por exemplo, quando o aluno alterar o comprimento de onda da luz incidente
na chapa de metal, perceberá que para determinados valores deste comprimento de onda,
nenhum elétron será retirado da chapa de metal. Com essa possibilidade, pressupõe-se que o
aprendiz consiga estabelecer a relação de que o fenômeno ocorrerá apenas em determinadas
situações e que o comprimento de onda da luz incidente é uma variável a ser considerada para
a ocorrência de tal fenômeno. Em outras situações os alunos poderão alterar o tipo de metal
ou a intensidade da luz incidente e investigar a influência destes parâmetros no fenômeno.
Pressupõe-se que alunos do terceiro ano de ensino médio estejam na fase de abstração
operacional-concreta, e assim consigam distinguir a simulação como uma ferramenta que
possibilita ilustrar, de acordo com as leis físicas, um fenômeno que necessita de um aparato
experimental sofisticado para ser reproduzido em um laboratório didático.
A primeira parte do roteiro de atividades consiste na localização de variáveis e como
alterá-las, como por exemplo, localizar onde se pode alterar a intensidade ou o valor do
60
comprimento de onda da radiação emitida pela fonte de luz. Em seguida, o aluno deverá usar
o roteiro em sua sequencia, trabalhando as atividades que o levarão à interpretação do
fenômeno através da simulação computacional.
O roteiro de estudos foi elaborado com uma sequencia de atividades que seja
semelhante à sequencia de conceitos existentes no fenômeno, possibilitando o envolvimento
com o novo material e obedecendo a hierarquia de inclusividade de conceitos para o
estudante. Quanto à idiossincrasia da estrutura cognitiva dos alunos, busca-se elaborar um
roteiro de atividade que tenha um grau de inclusividade alto, que tente relacionar os conceitos
mais gerais e substanciais com objetivo de atender a todos os aprendizes. Um exemplo desta
inclusividade é mostrado no item 4 do roteiro:
Aumente a intensidade de luz para 50%, sobre a placa de sódio e usando um comprimento de
onda próximo de 400nm. Observe a velocidade e quantidade dos elétrons ejetados em direção
à outra placa. Altere o valor do comprimento de onda para próximo de 150 nm. O que mudou
na simulação? O comprimento de onda que você alterou, aumentou ou diminuiu a velocidade
do elétron ejetado? Então, qual a relação entre comprimento de onda e velocidade dos
elétrons?
Com essa atividade, pressupõe-se orientar o estudante a relacionar o comprimento de onda da
luz com a energia cinética que o elétron adquiriu após ser ejetado do metal, e seguindo essa
linha de atividades, orientamos o aluno a descobrir as relações existentes entre as variáveis e o
fenômeno do efeito fotoelétrico.
3.2.4 Organizador Explicativo
Em outro momento é apresentado ao aprendiz o organizador explicativo, ou mapa
conceitual que se encontra na subseção 3.3.4. O objetivo deste mapa conceitual é enfatizar as
relações hierárquicas entre os conceitos que estão sendo ensinados em uma aula ou em um
fenômeno (MOREIRA; MASINI, 2001).
De acordo com Ausubel; Novak; Hanesian (1980), a construção e estruturação de
conceitos existentes no mapa conceitual devem ter como parte inicial os conceitos mais
61
inclusivos e gerais, e através da diferenciação progressiva, gradualmente diminuir o grau de
inclusividade, tornando-os menos inclusivos e mais específicos.
O organizador explicativo deve ser discutido com os aprendizes, sendo a necessidade
da explicação do assunto comentada por Ausubel; Novak; Hanesian (1980), pois, para ele
cada indivíduo possui uma estrutura cognitiva diferente, levando à construção de relações
entre conceitos novos e prévios de forma diferente, tornando necessária a explicação de quais
relações foram ilustradas.
3.2.5 Teste Final
O final das atividades ocorre com a aplicação de um teste de avaliação da assimilação
do conteúdo, que consta de atividades diferenciadas, explorando as relações entre as variáveis
diferentemente da forma em que elas foram apresentadas, evitando-se cópias de exercícios de
vestibular ou de livros. Essas questões são elaboradas levando-se em consideração as
tecnologias que fazem uso do efeito fotoelétrico, do material que foi apresentado na sequencia
de atividades, e principalmente de questões inusitadas, forma na qual Moreira e Masini (2001)
indicam como a maneira correta de identificar a aprendizagem de forma significativa.
As questões propostas no teste final tem o objetivo de identificar se o aprendiz
consegue estabelecer relações entre os conceitos prévios e os novos conceitos apresentados, se
algum subsunçor foi modificado, alterando sua estrutura cognitiva. Para este trabalho, optou-
se por aplicar questões contextualizadas e não visualizadas pelos alunos, bem como, questões
de forma seqüenciada, de maneira que uma não possa ser respondida sem o entendimento da
anterior.
Na seção 4.4 é realizado uma análise dos resultados da avaliação final detalhando o
nosso objetivo com cada pergunta e também a classificação das respostas dos aprendizes.
62
3.3 Produto, Material Potencialmente Significativo
Nesta seção apresenta-se o produto desta dissertação constituído pelos questionários,
vídeos, texto e o roteiro de atividades que os alunos usarão para se orientar no manuseio da
simulação computacional. Busca-se com esta sequencia propiciar ao aluno a diferenciação
progressiva e reconciliação integrativa do fenômeno proposto para estudo, tendo como base
fundamental a teoria de Ausubel; Novak; Hanesian (1980).
3.3.1 Etapa 1: PRÉ-TESTE
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Programa de Pós-Graduação: Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática
PRÉ – TESTE
3° SÉRIE ENSINO MÉDIO TURMA NÚMERO DO ALUNO DATA
ALUNO
Prof. Stênio O. O. Cardoso
Este teste tem como objetivo principal identificar os conceitos que o aprendiz tem
sobre o assunto a ser abordado, portanto, não terá nenhum valor significativo para notas ou
qualquer tipo de avaliação pertinente a estrutura do Instituto Regina Pacis.
1) Uma pedra, a água, a madeira ou qualquer outro corpo chamamos de matéria. Podemos
quebrar uma rocha em pedaços, e os pedaços em cascalho fino. Este ainda pode ser moído e
virar areia fina, que pode ser transformada em pó. Imaginando que podemos continuar esse
processo indefinidamente, escreva em sequencia de tamanho, a(s) parte(s) que compõe a
rocha. _____________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
63
2) Considere uma corda de violão ao ser tocada pelo violonista. O som que escutamos é o
resultado das vibrações executadas pelas cordas do violão, assim, cada corda produz uma
onda mecânica. Marque a opção que possui alguma ligação com a estrutura de uma onda.
Frequencia ( )
Mar ( )
Comprimento de Onda ( )
Período ( )
Luz ( )
Velocidade ( )
Aceleração ( )
Transporte de energia ( )
Valores definidos de energia ( )
Justifique a(s) resposta(s) marcada(s). ____________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
3) Em um jogo de sinuca, o objetivo é colocar dentro da caçapa todas as bolas ímpares ou
pares, para isso, todos os jogadores fazem uso de uma bola branca. Este jogo é praticado no
Brasil e requer noções de Física, mesmo que o jogador, enquanto jogue, não pense assim. A
força da tacada, a massa da bola, o ângulo do tiro, todas essas variáveis influenciam em uma
jogada certeira. Considere uma sinuca que não ofereça atrito para as bolas, e que um jogador
decida acertar a bola branca em outra que está parada, com o intuito de colocá-la na caçapa. O
jogador, com certa habilidade, dá uma tacada forte, em seguida a bola branca colide com a
outra em “cheio”. Depois da colisão a bola branca fica parada e a outra bola continua em um
movimento idêntico ao da bola branca. Qual explicação você daria para essa
situação?___________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
64
4) A Física faz parte das ciências naturais, juntamente com a química e a biologia. Nos
estudos anteriores às provas destas disciplinas, qual a forma de estudo que você usa para se
sair bem?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
5) Suponha que você esteja fazendo uma avaliação teórica de Física, sozinho(a), isto por que
perdeu a última prova. Uma das questões da avaliação você nunca tinha resolvido em sala
com seu professor, e você somente pode recorrer aos seus pensamentos. Marque a opção que
ilustra a sua provável atitude diante da resposta a essa questão:
a) Deixaria a questão em branco, por que, tenho dificuldade em Física;
b) Escreveria algumas frases tentando acertar no chute;
c) Escreveria sobre o primeiro raciocínio que tive, sem pensar muito;
d) Tentaria escrever uma resposta coerente com algum fenômeno ou situação que já vivenciei;
e) Buscaria responder usando as questões que já estudei em sala de aula, da mesma forma que
o professor passou no quadro.
Caso tenha outra atitude, escreva abaixo. __________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
3.3.2 Etapa 2: ORGANIZADORES PRÉVIOS
3.3.2.1 Vídeos
Links para acessar os vídeos utilizados na estrutura do trabalho:
Vídeo 1 – http://www.fisica.net/videos/Cientistas/
Vídeo 2 – http://www.youtube.com/watch?v=CEuMmMxD-vI
65
No vídeo 1 são citados aparelhos e tecnologias atuais que funcionam através do efeito
fotoelétrico, como o sensor de presença que é instalado nas portas dos elevadores, ou dos
sensores fotoelétricos instalados nos postes de luz. De acordo com a teoria de Ausubel;
Novak; Hanesian (1980), pressupõe-se que essas informações podem ser significativas para a
assimilação dos conceitos mais específicos e menos inclusivos que ainda serão apresentados.
O vídeo tem no total vinte e três minutos, falando resumidamente do ano de 1905, ano no qual
Albert Einstein publicou trabalhos importantes para o avanço da ciência e da tecnologia. Esse
vídeo faz parte de uma série de episódios gravados sobre o tema ciência, exibido na
programação da Rede Globo de Televisão, em um quadro chamado Espaço Aberto.
Em um segundo momento, o vídeo 2, com nove minutos de duração, explica por meio
de animações como ocorre o efeito fotoelétrico e o comportamento dual da luz, de forma
gradual e inclusiva, partindo das discordâncias existentes no início do século XX sobre a
natureza dual da luz. Esse vídeo foi encontrado em um site que tem como função principal a
postagem livre na internet de vários vídeos, o www.youtube.com.br. Os vídeos também
apresentam uma visão de que a ciência é um processo de construção de conhecimento,
embora esse não seja o foco do trabalho aqui proposto.
3.3.2.2 Texto
O texto e as imagens a seguir foram retiradas da referência: SAMPAIO, J. L.
CALÇADA, C. S. Física. São Paulo: Editora Atual, 2° Ed – vol. Único. Ano 2005, sendo o
texto adaptado.
O EFEITO FOTOELÉTRICO
Durante alguns anos Max Planck estudou o comportamento da radiação emitida pelos
corpos negros. Nas experiências, ele observava fenômenos que não eram previstos pelas leis e
teorias da Física conhecidas na época. No entanto, em 1905, Albert Einstein usando as idéias
de Planck, chegou a uma interpretação aceitável do fenômeno. A luz teria o comportamento
dual, ora ela se comportava como onda, ora como pacotes de matéria. Einstein chamou cada
pacote de quantum (palavra latina cujo plural é quanta). Mais tarde, cada quantum foi
chamado de fóton.
66
Ainda nesse trabalho de 1905, para testar a teoria quântica da radiação (luz), Einstein
mostrou que ela explicava o efeito fotoelétrico, cujas características também intrigavam os
físicos.
Quando ondas eletromagnéticas atingem um corpo, às vezes observamos que elétrons
são “arrancados” desse corpo. Em princípio isso pode acontecer com vários materiais, mas é
um efeito mais facilmente observável em metais. A emissão de elétrons pela absorção de
radiação (Luz) por metais é chamada de efeito fotoelétrico.
Figura 1: Emissão de elétrons pela incidência de luz.
O efeito fotoelétrico pode ser observado usando o dispositivo esquematizado na figura
2, chamado de fotocélula. Duas placas metálicas X e Y são colocadas no interior de uma
ampola de vidro, no interior da qual foi feito vácuo. A radiação incide na placa Y.
Figura 2: Fotocélula.
Se houver emissão de elétrons, estes serão atraídos pela placa positiva X,
estabelecendo-se uma corrente elétrica no circuito, que poderá ser detectada por um
amperímetro sensível (A). É desse modo que funcionam, por exemplo, as portas que se abrem
automaticamente quando nos aproximamos. Quando chegamos perto da porta nosso corpo
67
interrompe o fluxo de radiação e a corrente se anula. Quando a corrente se anula, é acionado o
mecanismo que abre a porta.
À primeira vista o efeito fotoelétrico tem uma explicação simples. A onda
eletromagnética transfere energia ao elétron. Uma parte dessa energia é usada para realizar o
trabalho (W) de extração do elétron; o restante transforma-se em energia cinética (Ec) do
elétron. No entanto, os resultados experimentais são intrigantes do ponto de vista da Física
Clássica.
Em primeiro lugar há a questão da frequencia. De acordo com a Física Clássica, esse
efeito não depende da frequencia da onda. No entanto, a experiência mostra que, para cada
metal, o efeito fotoelétrico só é observado quando a frequencia é maior ou igual a um valor
mínimo chamado frequencia de corte (fc). Na tabela a seguir apresentamos os valores de fc
para alguns metais. No caso dos metais alcalinos (sódio e potássio) essa frequencia
corresponde à luz visível. No entanto, para os outros metais, o valor de fc está na região do
ultravioleta.
Em segundo lugar há a questão do tempo. De acordo com a física clássica, em geral, o
tempo necessário para que um elétron adquira a energia necessária para escapar é da ordem de
horas, dias ou mesmo meses. No entanto, o que se observa é que, desde que exista condição
para que o efeito fotoelétrico ocorra, o tempo entre o momento em que a radiação atinge o
metal e o momento em que o elétron escapa, é extremamente curto (3x10-9 s); a emissão é
praticamente imediata.
Tabela 1: Valores de algumas frequencias de corte.
68
Em terceiro lugar há a questão da intensidade da radiação. Quando a frequencia da luz
incidente está acima da frequencia de corte, o efeito sempre ocorre, mesmo que a intensidade
da radiação seja muito pequena. A intensidade de luz influi no número de elétrons
“arrancados”, assim, influi na intensidade da corrente (i) medida no circuito da figura 2. No
entanto, a intensidade da radiação não influi na energia cinética adquirida por cada
elétron.
Figura 3: Fótons emitidos
A explicação dada por Einstein é que a radiação é formada por quanta (fótons) (fig. 3).
Cada elétron absorve apenas um fóton. Se a energia desse fóton for menor do que a necessária
para extrair o elétron, este não será emitido, por mais tempo que a radiação fique incidindo
sobre o corpo.
Sendo E a energia do fóton, Ec a energia cinética adquirida pelo elétron e W o trabalho
realizado para “arrancar” o elétron, temos:
E = Ec + W [I]
A energia do fóton é dada por E = hf, onde h é a constante de Planck e vale 6,63 x 10-
34 J.s e f é a frequencia (Hz) da luz. No efeito fotoelétrico a velocidade adquirida pelo elétron
é muito menor do que a da luz; assim, a energia cinética pode ser calculada pela fórmula
clássica:
Ec = 2
2
1mv
Portanto, a equação [I] fica:
hf = Wmv +2
2
1
69
O trabalho realizado para “arrancar” o elétron vai depender da profundidade do
elétron. Os que estão mais próximos da superfície são mais fáceis de “arrancar” do que os que
estão mais profundos. Quanto maior o trabalho necessário para “arrancar” o elétron, menor
será sua energia cinética. O trabalho mínimo necessário para “arrancar” um elétron é chamado
de função trabalho e será representado por Wo. Neste caso, a energia cinética adquire seu
valor máximo (Ec máx):
hf = Ecmax + Wo [II]
Se a frequencia for a de corte, teremos energia cinética nula, e da equação [II] obtemos:
hfc = Wo [III]
Da equação [II], obtemos:
Ecmax = hf – Wo [IV]
Portanto, se fizermos um gráfico da energia cinética em função da frequencia,
devemos obter uma semi-reta de coeficiente angular h, como mostra o gráfico da figura 4,
onde temos os dados para o césio e o sódio. Como h é uma constante universal, de valor h =
6,63 x 10-34 J.s, para todos os metais, as semi-retas devem ter a mesma inclinação (elas são
paralelas).
Figura 4: Gráfico da energia cinética máxima em função da frequencia para o césio e o sódio.
No estudo do efeito fotoelétrico os físicos usam freqüentemente a unidade de energia elétron-
volt: 1 eV = 1,6 x 10-19 J, que corresponde à energia necessária para um elétron atravessar
uma diferença de potencial igual a 1V.
70
3.3.3 Etapa 3: SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL E ROTEIRO DE ATIVIDADES
Link para acessar a simulação computacional do efeito fotoelétrico:
http://www.ensinolivre.pt/?q=node/184, acessado em 01-11- 2010.
As figuras 6 e 7 ilustram duas situações da simulação computacional utilizada como
ferramenta deste trabalho. Na primeira ilustração uma luz de comprimento de onda igual a
350 nm é irradiada sobre uma placa de sódio, e de acordo com o fenômeno em questão,
elétrons são ejetados deste metal. Na segunda ilustração, de forma idealizada, a luz aparece
em forma de pacotes de energia, o fóton, transferindo essa energia para um elétron que irá se
desprender do metal irradiado.
Nas ilustrações a montagem consiste de um circuito elétrico acoplado a tubo de vácuo
contendo as placas de metal. A luz proveniente de uma fonte, representada por uma lanterna,
incide sobre o material. O esquema permite que o usuário veja e manipule a intensidade e o
comprimento de onda da luz emitida. O espectro eletromagnético mostrado junto ao cursor de
ajuste do comprimento de onda contextualiza o significado desta grandeza. No circuito é
possível ver a intensidade da corrente elétrica gerada, bem como manipular o valor da
diferença de potencial entre as placas. No quadro ao lado, há a possibilidade de traçar gráficos
entre as variáveis que descrevem o fenômeno.
Figura 6: Ilustração da luz irradiada sobre a placa de metal e os elétrons sendo ejetados na simulação
computacional do efeito fotoelétrico.
Fonte: Dados da pesquisa
71
Figura 7: Ilustração dos fótons atingindo a placa de metal na simulação computacional do
efeito fotoelétrico.
Fonte: Dados da pesquisa
ROTEIRO DE ATIVIDADES
Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais – PUC
Programa de Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática
Área de Concentração: Física
ROTEIRO DE ATIVIDADES
3° SÉRIE ENSINO MÉDIO TURMA NÚMERO DO ALUNO DATA
ALUNO
Prof. Stênio O. O. Cardoso
Este roteiro tem o objetivo de orientá-lo no desenvolvimento das atividades sobre o
efeito fotoelétrico. Nesta atividade usaremos uma simulação computacional para relacionar as
propriedades do fenômeno em questão. Portanto, procure seguir as atividades da maneira
como elas são apresentadas e em caso de dúvida em como executá-la, busque ajuda com o
professor.
72
INTRODUÇÃO À SIMULAÇÃO
1. Você deverá abrir a simulação no local indicado pelo professor;
2. Devemos agora conhecer as variáveis que a simulação nos oferece;
a. Identifique na simulação como alterar a intensidade da luz;
b. Encontre no simulador onde podemos alterar o comprimento de onda;
c. Identifique na simulação o amperímetro, onde está escrito “corrente: 0,000”;
d. Encontre a pilha e a maneira de alterar sua tensão;
e. Do lado direito da simulação, podemos mudar a placa de metal que está dentro
da ampola de vidro, as opções são: sódio, zinco, cobre, platina, cálcio e
magnésio.
f. As outras opções iremos usar mais adiante.
ATIVIDADES
N° 1)
� Encontre a opção de alterar a intensidade de luz. Qual o valor que está marcando
inicialmente? Altere o valor da intensidade da luz para 50% e observe o que ocorre.
� Sem alterar os valores, escreva qual é o valor do comprimento de onda inicial e qual
corrente está marcando no amperímetro.
� Altere o valor da intensidade de luz para 100% e verifique o valor da corrente
mostrada pelo amperímetro. Escreva qual diferença você notou comparando o
resultado da corrente com o valor encontrado no item anterior.
� Quando aumentamos a intensidade da luz aumentamos também a corrente do sistema,
podemos concluir que a quantidade de elétrons ejetados foi maior, menor, ou igual?
N° 2)
� Procure na barra superior “opções” e escolha a opção “mostrar fotões” (fótons).
Observe o que irá mudar na simulação.
� Altere o valor da intensidade de luz para 50% e depois para 100%. O que você pôde
notar sobre o número de fótons que são emitidos pela fonte de luz. Este aumentou,
diminuiu ou permaneceu igual?
� Quando alteramos a intensidade da luz, a quantidade de energia de cada fóton
aumenta, diminui ou permanece igual?
73
� Quando aumentamos a intensidade de luz estamos aumentando, diminuindo ou nada
acontece com o número de fótons emitidos?
N° 3)
� Einstein determinou que a energia E de cada fóton é igual a constante de Planck h
multiplicada pela frequencia f da luz. Logo, fhE ⋅= . E nos estudos dos fenômenos
ondulatórios, podemos verificar que a velocidade de propagação v de uma onda é igual
ao comprimento de onda λ multiplicado pela frequencia f. Logo, fv ⋅= λ . Com base
nestas duas informações, como podemos relacionar a energia de cada fóton emitido
pela luz com o comprimento de onda da luz?
� A energia de cada fóton será diretamente ou inversamente proporcional a frequencia
de cada fóton?
� A energia do fóton será diretamente proporcional ou inversamente proporcional ao
comprimento de onda λ ?
N° 4)
� Encontre a opção para alterar o comprimento de onda da luz. Com a intensidade de luz
a 50% e o comprimento de onda a 400nm observe como os elétrons são ejetados da
placa de sódio.
� Altere o valor do comprimento de onda para 200nm. O que você notou de diferente na
simulação?
� Quando você diminuiu o valor do comprimento de onda a energia de cada fóton
aumentou, diminuiu ou não sofreu alteração? E a energia cinética do elétron,
aumentou, diminuiu ou não sofreu alteração?
� Altere o valor do comprimento de onda para 550nm. O que acontece com os elétrons
arrancados da placa de sódio? Quando aumentamos o valor do comprimento de onda
da luz, a energia dos fótons aumenta, diminui ou não se altera?
� Procure na barra superior “opções” e escolha a opção “mostrar fotões” (fótons). Os
fótons continuam sendo emitidos pela fonte de luz, então, porque eles não conseguem
“arrancar” elétrons da placa de metal?
N° 5)
� Altere o valor da intensidade de luz para 50% e o valor do comprimento de onda para
400nm.
� Altere o valor do comprimento de onda para 150nm e observe o movimento dos
elétrons “arrancados” da placa de sódio.
74
� Altere o material da placa, de sódio para platina. Observe o movimento dos elétrons
“arrancados”. Para os mesmos valores de intensidade de luz e comprimento de onda, a
energia cinética dos elétrons “arrancados” do sódio e da platina é diferente ou
permanece igual?
� Qual dos dois materiais tem maior facilidade de ejetar elétrons quando são irradiados
por uma luz com as características escolhidas acima?
� Parte da energia do fóton é consumida em forma de trabalho (W) para ejetar o elétron
da superfície do metal, a outra parte da energia é transformada em qual tipo de
energia?
� Para obtermos a energia total do fóton tem-se que considerar quais transformações de
energia? Escreva a equação que relaciona a quantidade total da energia do fóton,
sendo E a energia do fóton, Ec a energia cinética do elétron ejetado e W o trabalho
necessário para ejetar o elétron.
N° 6)
� Altere o metal para sódio, a intensidade de luz para 50% e o comprimento de onda
para 400nm.
� Altere o valor da voltagem da pilha para 1,00V e observe os elétrons ejetados.
� Nas placas de sódio apareceram os sinais de + e -, indicando que as placas estão
carregadas positiva e negativamente.
� A energia cinética dos elétrons aumentou, diminuiu ou não sofreu alteração? Em
caso de qualquer alteração, como você pode explicá-la?
3.3.4 Etapa 4: ORGANIZADOR EXPLICATIVO
Link para acessar o organizador explicativo ou mapa conceitual:
http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/20EfeitoFotoeletrico/Site/Ani
macao.htm, acessado em 01-11-2010.
75
Figura 8: Mapa conceitual sobre o efeito fotoelétrico.
Fonte: Dados da pesquisa
3.3.5 Etapa 5: AVALIAÇÃO FINAL
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Programa de Pós-Graduação: Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática
TESTE FINAL
3° SÉRIE ENSINO MÉDIO TURMA NÚMERO DO ALUNO DATA
ALUNO
Prof. Stênio O. O. Cardoso
1) A radiação da luz não é emitida continuamente, mas de uma maneira quantizada, de acordo
com o modelo corpuscular. Explique essa afirmação. ________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
76
2) O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons da superfície dos metais quando
irradiados por luz em determinada frequencia. Quando aumentamos a intensidade da luz que
irradia o metal, mantendo a mesma frequencia, o número de elétrons ejetados irá aumentar ou
diminuir? Justifique sua resposta. ________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
3) A energia de um fóton é dada por fhE ⋅= , onde h é uma constante. Em uma situação na
qual a frequencia da luz seja muito grande, o número de elétrons ejetados da superfície do
metal irá aumentar ou diminuir? Justifique sua resposta. ______________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
4) Podemos relacionar a energia do fóton com o comprimento de onda da luz incidente no
material. Com a intenção de aumentar a energia do fóton, devemos aumentar ou diminuir a
frequencia da luz incidente? E o comprimento de onda? Dados: fhE ⋅= ; fv ⋅= λ
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
5) No efeito fotoelétrico, parte da energia de um fóton é utilizada para “arrancar” o elétron do
metal, outra parte desta energia é transformada em qual tipo de energia?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
77
6) Para conseguirmos obter a quantidade de energia total de um fóton, que foi absorvido por
um elétron, teremos que adicionar a quantidade de energia gasta para ejetar o elétron do metal
e qual outra forma de energia? __________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
7) Muitos alunos ao estudarem o efeito fotoelétrico costumam confundir intensidade da luz
com a energia de cada fóton e a quantidade de fótons. Explique com suas palavras o que
acontece com a energia de cada fóton e com a quantidade de fótons quando alteramos o valor
da intensidade de luz.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
8) Uma das utilidades do efeito fotoelétrico é a sua utilização no controle de portas
automáticas, que se abrem quando chegamos perto e se fecham quando não há ninguém perto
da porta. O mesmo fenômeno também acontece no funcionamento das portas dos elevadores.
Nestes casos, um feixe de luz incide sobre uma superfície fotossensível causando a ejeção de
elétrons e formando uma corrente no circuito. Assim, esse fenômeno só acontece porque
conhecemos a frequencia de corte do material utilizado nas fotocélulas. Considerando o
fenômeno estudado, diferencie frequencia e frequencia de corte.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
78
9) Os postes de iluminação contem lâmpadas ligadas a um circuito que possui uma célula
fotossensível. Quando a luz do dia acaba, a corrente gerada pelo efeito fotoelétrico é
encerrada, acionando outro circuito para acender a luz que iluminará a rua. Considerando que
a luz ultravioleta provoque na célula fotossensível o efeito fotoelétrico e que tenha a
frequencia f = 8 x 1014Hz, responda:
a) Encontre o valor da energia (joule) E de cada fóton;
b) Se o trabalho (W) necessário para arrancar o elétron da célula fotossensível é 2,3 x 10-19 J,
encontre o valor da energia cinética com que o elétron foi ejetado.
Dados: fhE ⋅= ; WEE c += ;
h = 6,63 x 10-34 J.s
79
4. APLICAÇÃO DA SEQUENCIA DE ATIVIDADES E RESULTADO S DOS
QUESTIONÁRIOS
Neste capítulo é discutido a aplicação da sequencia de atividades e apresenta-se a
análise dos resultados obtidos por meio de questionário.
A sequencia de atividades foi aplicada em alunos do ensino médio do Instituto Regina
Pacis - IRP, da cidade de Sete Lagoas – MG. Entre os alunos das turmas de terceiro ano, foi
elaborado uma lista de alunos que estariam interessados em participar das atividades, através
desta, foram escolhidos dez alunos por meio de sorteio. Anteriormente ao sorteio, todos os
alunos estavam cientes de que as atividades a serem realizadas não gerariam nenhum tipo de
conforto quanto a notas e estrutura de avaliação do instituto. Sabiam também que as
atividades seriam aplicadas em horários diferentes dos horários das aulas já determinados pelo
instituto.
Durante e após o processo de aplicação do trabalho, os alunos apresentaram um
comportamento não alheio as atividades, realizando as tarefas que lhes foram pedidas e
participando das discussões estabelecidas, facilitando o processo de aquisição de
conhecimentos. Assim, ao final das etapas do trabalho, procurou-se analisar os resultados do
pré-teste e do teste final, criando categorias de classificação, agrupando os resultados e
buscando apontar aspectos positivos e negativos do processo de aplicação.
A opção de não motivar os alunos através de pontos extras decorre da tentativa de
identificar no aprendiz uma pré-disposição para aprender, uma vontade de buscar o
conhecimento, sem tirar proveito das atividades apenas para se sair bem no último ano do
ensino médio. Desta maneira, a participação dos alunos nas atividades foi voluntária, e o
interesse ou desinteresse destes reflete os aspectos positivos ou negativos da proposta.
Para efeito de veracidade da pesquisa, a aplicação dos organizadores prévios, o uso
das simulações computacionais e a explanação do organizador explicativo, foram gravados
em áudio e vídeo. As demais atividades não foram gravadas, pois, tem participação exclusiva
dos alunos registrada na forma escrita, ao resolver as atividades propostas no pré-teste e
avaliação final.
Todas as atividades descritas foram desenvolvidas no laboratório de informática do
Instituto Regina Pacis, exceto a aplicação dos organizadores prévios, que foi desenvolvida no
auditório do instituto pela necessidade de um recurso de áudio-visual (projetor de multimídia).
80
4.1. População Pesquisada
Para aplicação deste trabalho, optou-se em escolher por meio de sorteio, entre um total
de sessenta e seis alunos, dez alunos com idade entre 17 e 18 anos, do Instituto Regina Pacis.
Os alunos estavam matriculados no terceiro ano do ensino médio e o tema do trabalho, o
efeito fotoelétrico, faz parte do currículo proposto pela escola, pelos Parâmetros Curriculares
Nacionais e dos livros didáticos.
Os alunos participantes do processo de aplicação deste trabalho terão suas identidades
preservadas, assim, serão identificados pelos números de 1 a 10.
Na tentativa de caracterizar o perfil do grupo, com base em observações feitas em sala
de aula, foi considerado que o grupo de alunos sorteado é heterogêneo, de acordo com as
características que se seguem. Entre esses alunos sorteados existem alunos excelentes,
comprometidos, interessados e conscientes dos objetivos e necessidades de um estudante
responsável. Em contrapartida, temos alunos que são o oposto do descrito acima, mostrando
completo desinteresse pelos estudos, já outros que, apesar dos esforços, encontram muita
dificuldade nas disciplinas da área de ciências exatas.
Para ilustrar melhor esta questão, segue uma tabela de número 1 com as notas dos
alunos sorteados, referentes à disciplina Física do primeiro ao terceiro ano do ensino médio.
TABELA 1
Aproveitamento dos alunos voluntários do primeiro ao terceiro ano do ensino médio.
NOTAS DE FÍSICA ALUNO 1° ANO 2° ANO 3° ANO MÉDIA
1 70% 74% 68% 70,7% 2 74% 79% 70% 74,3% 3 60% 69% 60% 63,0% 4 70% 66% 63% 66,3% 5 62% 72% 61% 65,0% 6 61% 76% 65% 67,3% 7 79% 72% 66% 72,3% 8 61% 60% 60% 60,3% 9 88% 83% 79% 83,3% 10 79% 74% 69% 74,0%
Fonte: Dados da pesquisa
A tabela 1 indica que o grupo de alunos que participou das atividades não é
constituído apenas por alunos que gostam da disciplina Física, nem somente aqueles que vão
81
bem ou mal na disciplina. Têm-se alunos como o Aluno 3 e Aluno 8 que tem notas baixas em
Física, porém, mostram uma pré-disposição em querer aprender, esse fato se confirma quando
esses alunos colocam-se como voluntários para as atividades propostas. A maioria dos alunos
tem média entre 65 e 75%, e o Aluno 9 é o único que apresenta um rendimento acima de 80%.
4.2 Metodologia de Aplicação do Trabalho
Em aproximadamente cinco horas foi desenvolvida, com dez alunos do Ensino Médio,
uma estrutura de atividades embasadas na Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel,
de acordo com o produto elaborado neste trabalho. Buscando o aperfeiçoamento do Ensino de
Física, foi introduzido o uso de simulações computacionais, acompanhadas de um roteiro de
atividades, para abordar o assunto “Efeito Fotoelétrico”.
Nas atividades propostas, estão presentes em duas etapas, testes de identificação de
conhecimento, o pré-teste e o teste final. Entre essas etapas foram desenvolvidas atividades
para ativar os conhecimentos prévios, assim como as atividades que introduziriam novos
conceitos e um novo material.
Antes de discutirmos os dados coletados nas avaliações, é considerado que o
entendimento da atividade é crucial para a compreensão do trabalho e das observações a
serem feitas na discussão dos resultados. Logo, na tabela 2 segue o cronograma das atividades
desenvolvidas no mês de agosto de 2010 com os alunos do ensino médio.
Cronograma de atividades Data Horário Gravação Atividade/Local Duração Período 17/08 16:00 às
16:30 Não Pré-teste/ Sala de computação 30 min. Vespertino
19/08 16:00 às 17:00
Sim Organizadores Prévios / Auditório 60 min. Vespertino
20/08 14:40 às 15:50
Sim Simulação computacional / Sala de computação
70 min. Vespertino
27/08 14:40 às 15:50
Sim Organizadores explicativos / Sala de Informática
70 min. Vespertino
31/08 15:50 às 17:00
Não Avaliação Final / Sala de Informática
70 min. Vespertino
Figura 9: Cronograma de atividade para alunos voluntários do ensino médio do Instituto Regina Pacis. Fonte: Dados da pesquisa
82
A primeira observação é sobre a duração das atividades. Inicialmente foi proposto
noventa minutos para a aplicação da simulação computacional, e sessenta minutos para a
aplicação dos organizadores explicativos. No entanto, o tempo de duração destas atividades
foi inferior ao tempo programado, resultando das cinco horas totais em aproximadamente
quatro horas e vinte minutos de atividades. Isto aconteceu porque os alunos conseguiram
realizar as atividades mencionadas em tempo menor do que o previsto. Considera-se ainda, o
tempo de execução adequado à quantidade de atividades propostas e desenvolvidas com os
alunos.
Durante a aplicação das atividades, alguns alunos deixaram de participar de alguma
etapa. Nesta condição, em determinados casos, optou-se por não excluir esse aluno da análise
dos dados, e sim compará-lo com os outros alunos que participaram em tempo integral das
atividades propostas. Na tabela 3 apresenta-se a lista com a presença de cada aluno nas
atividades.
LISTA DE PRESENÇA ALUNO PRÉ-TESTE ORG. PRÉVIO SIMULAÇÃO ORG. EXPLICAT IVO AV. FINAL
1 P F P P P 2 P P P P P 3 P P P P P 4 P P P P P 5 P P P P F 6 P P P P P 7 P P P F P 8 P P P P P 9 P P P P P 10 P P P P P
P = Presente ; F = Faltou. Fonte: Dados da pesquisa.
Figura 10: Lista de presença dos alunos que participaram das atividades descritas. Fonte: Dados da pesquisa
De acordo com a tabela 3, os Alunos 1, 5 e 7 deixaram de participar de alguma
atividade. Entre esses, o Aluno 5 deixou de realizar a avaliação final, logo, vamos excluir esse
aprendiz da análise final com a justificativa de que não será possível realizar a comparação
deste com os outros nove aprendizes. Os Alunos 1 e 7 não participaram das atividades nas
quais foram apresentados os organizadores prévios e os organizadores explicativos,
respectivamente. Dessa maneira, pode-se utilizar estes dados para identificar a importância
destas etapas na assimilação do novo conteúdo.
83
4.3 Análise do Pré-teste
4.3.1 Análise de conteúdo
Para iniciarmos a análise dos questionários do pré-teste, primeiramente definiremos
classes para os grupos de resposta com determinada afinidade, de acordo com a teoria de
Ausubel; Novak; Hanesian (1980), em grupos que tenham conhecimento prévio bem ou mal
definido. As questões de número um, dois e três buscam identificar a carga cognitiva
relacionada aos conceitos circundantes do efeito fotoelétrico, adquirida pelo aprendiz durante
sua formação no ensino médio.
A primeira classe é denominada de Subsunçor Presente (SP). Nesta é subordinado
aquele aluno que detém conhecimento adquirido em outras situações sobre determinada
questão ou situação, sendo esse conhecimento fundamental para o entendimento do fenômeno
do efeito fotoelétrico a ser estudado nas atividades seguintes.
A segunda classe, denominada de Subsunçor Ausente (SA), agrupa os aprendizes que
não responderam corretamente a pergunta, ou seja, não relacionaram, e nem mesmo
mencionaram os conceitos implícitos relacionados ao fenômeno em questão, ou aquele que
não respondeu a pergunta.
A terceira e última classe é denominada de Subsunçor Mal Definido (SMD). O
aprendiz agrupado nesta classe apresenta uma resposta utilizando conceitos pertinentes à
situação, porém, estes conceitos não são correlacionados corretamente entre si ou com a
pergunta em questão, sendo assim caracterizados como conceitos mal definidos. Nesta classe
se agrupam aprendizes que passaram pelos conceitos necessários e não aprenderam
efetivamente determinado conteúdo, deixando assim conceitos mal formados ou assimilados
de forma arbitrária e literal.
A primeira questão, mostrada na figura 9, tem como objetivo identificar conceitos
relacionados à estrutura da formação da matéria (átomos, elétrons, prótons e outras
partículas). Na análise da primeira questão, oito alunos responderam que a matéria é
constituída por átomos, sendo que dois destes mencionaram moléculas e apenas três
mencionaram elétrons, prótons e nêutrons. Para os dois alunos restantes, a menor porção de
matéria seria formada por partículas (sem especificar quais), classificando-os em SMD. Neste
caso a maioria, oito alunos sabem que a matéria é composta por átomos, mas apenas três
foram capazes de mencionar partículas elementares como elétron, próton e nêutron, sendo
estes classificados como SP, já os outros cinco serão agrupados como SMD. Interessante
84
notar que ninguém se referiu a quarks, embora não seja necessário para o estudo do fenômeno
em questão. Nesta questão nenhum aluno foi classificado como SA. Um exemplo de resposta
coerente e correta, que supera as avaliações para a classe SP é do Aluno 9, mostrada na figura
11:
Figura 11: Resposta classificada como SP do Aluno 9 sobre a primeira questão do pré-teste.
Fonte: Dados da pesquisa
Na segunda questão, mostrada na figura 12, tem-se como objetivo identificar conceitos
e as propriedades de uma onda, como comprimento de onda, velocidade, frequencia e
transporte de energia. Neste caso, todas as alternativas propostas na pergunta tem ligação com
a estrutura de uma onda.
Analisando as respostas, vemos que apenas o Aluno 6, em sua justificativa, relacionou
transporte de energia à onda, como mostra a figura 12. Este ponto é importante, pois a luz,
sendo uma onda eletromagnética transporta energia, fato importante para a compreensão do
efeito fotoelétrico. Apenas esse aluno marcou os exemplos mar e luz, justificando a resposta
corretamente conforme ilustrado na figura 12.
Apenas um aluno menciona aceleração na justificativa, embora não a tenha marcado
nas opções.
85
Figura 12: Resposta do Aluno 6 sobre a segunda questão do pré-teste
Fonte: Dados da pesquisa
Número de alunos Grandezas associadas com ondas 1 Comprimento de onda, velocidade e
freqüência 1 Comprimento de onda e velocidade 2 Comprimento de onda, velocidade,
período e freqüência 3 Comprimento de onda 3 Comprimento de onda, período e
freqüência Figura 13: Quadro de grandezas relacionadas com ondas por quantidade de aluno.
Fonte: Dados da pesquisa.
Na figura 13 é mostrado grandezas que na opinião dos alunos estão associadas com
ondas. A maioria tem uma visão incompleta dos fenômenos ondulatórios, porém, todos os
alunos relacionam comprimento de onda à estrutura de uma onda, variável essencial para o
estudo do efeito fotoelétrico. Seis alunos mostraram em suas justificativas que não tem um
conceito cientificamente aceito sobre as grandezas escolhidas, portanto serão classificados
como SMD. Exemplo desta categoria é o Aluno 4, que marcou apenas a opção, comprimento
de onda, porém, faz uma associação de conceitos mal definidos na justificativa, mostrada na
figura 14.
86
Figura 14: Resposta do Aluno 4 para a segunda questão do pré-teste.
Fonte: Dados da pesquisa
Já outros três alunos justificaram corretamente as escolhas feitas e serão classificados
como SP, enquanto que um aluno não justificou sua escolha, assim será classificado como
SA.
Na terceira questão, figura 15, que tem o objetivo de identificar conceitos relacionados
à conservação e transferência de energia, 80% dos alunos classificados como SP responderam
que haverá transferência de energia de uma bola à outra. Dentre estes, dois mencionaram a
conservação de energia. Um aluno disse que haveria “transferência de trabalho” e outro
associou a situação como um exemplo de “ação e reação”. Apesar de cientificamente não
dizermos que houve uma transferência de trabalho considerou-se esta resposta como SMD,
por ser considerado que o aprendiz aborda o conceito de trabalho como o resultado de uma
transformação de energia. Já o aluno que usa a lei de ação e reação para tentar justificar a
transferência de energia será considerado como SA. Acredita-se que este aluno identificou
nesta lei uma questão vetorial, o que não é o objetivo desta questão. Assim, considerou-se que
a maioria dos alunos tem uma idéia clara sobre a transferência de energia em uma colisão.
Entre as respostas classificadas como SP, pode-se ilustrar esta classe com a figura 15:
87
Figura 15: Resposta do Aluno 2 para a terceira questão do pré-teste
Fonte: Dados da pesquisa
Os dois últimos casos classificados como SMD e SA, são ilustrados pelas figuras 16 e
17, respectivamente:
Figura 16: Resposta do Aluno 6 para a terceira questão do pré-teste.
Fonte: Dados da pesquisa
88
Figura 17: Resposta do Aluno 1 para a terceira questão do pré-teste.
Fonte: Dados da pesquisa
Em resumo, na tabela 2 podemos observar que na questão número três, a maioria dos
alunos possuem os subsunçores necessários para o estudo do fenômeno em questão. Nesta
questão foram tratados conceitos relacionados à transferência de energia. Na questão número
um, a maioria dos alunos citou partículas e átomos como a menor estrutura da matéria, e na
questão número dois, os aprendizes não relacionaram todas as respostas corretas à
propriedade de uma onda, neste caso, para ambas, a classificação com conceitos mal definidos
(SMD) supera as demais categorias. Os organizadores explicativos foram elaborados de
maneira a atender a necessidade de um novo material, com o objetivo de trabalhar em outras
etapas os conceitos que se apresentam mal definidos ou ausentes nestas questões.
TABELA 2
Síntese dos resultados das três primeiras questões do pré-teste.
SÍNTESE DOS RESULTADOS DAS TRÊS PRIMEIRAS QUESTÕES
Questão n° 1 Questão n°2 Questão n° 3
N° de Alunos Classificação N° de Alunos Classificação N° de Alunos Classificação
3 SP 3 SP 8 SP
7 SMD 6 SMD 1 SMD
0 SA 1 SA 1 SA
Fonte: Dados da pesquisa.
89
4.3.2 Características de Aprendizagem
A questão quatro e cinco do questionário inicial tem o objetivo de identificar as
características de um comportamento que leva a uma aprendizagem mecânica ou a uma
aprendizagem significativa. Para tal análise procura-se identificar nas respostas dos alunos
uma tentativa de aprender, por vontade própria, assim como realizar ligações entre
subsunçores e conceitos prévios com novos conceitos. Com essa estrutura, os aprendizes são
classificados em duas classes: Características de Aprendizagem Mecânica (AM) e
Características de Aprendizagem Significativa (AS).
Figura 18: Questões 4 e 5 do pré-teste.
Fonte: Dados da pesquisa
As perguntas ilustradas na figura 18 foram respondidas pelos alunos. Na resposta da
quarta questão, quatro alunos disseram que estudam e resolvem exercícios; quatro alunos
apenas resolvem exercícios; um aluno faz resumos e memoriza a matéria, e um aluno disse
que não estuda até o terceiro bimestre. Dois alunos mencionam que também prestam atenção
nas aulas, e uma resposta foi bem interessante: “Mistura de exercícios e teoria, e análise da
situação.”, mostrando que este aluno tenta interpretar as situações discutidas. O fato de o
aluno tentar memorizar um exercício é uma característica da aprendizagem mecânica, e o
90
aluno que estuda após o terceiro bimestre não demonstra uma vontade em aprender, realiza
suas atividades com a simples intenção de passar de ano, o que também caracteriza uma
aprendizagem mecânica, logo, essas duas situações serão classificadas como AM, juntamente
com os quatro alunos que só resolvem exercícios. Os outros quatro alunos que estudam e
resolvem exercícios tem características de uma aprendizagem significativa, sendo
classificados como AS. A resolução de exercício pode ter dois aspectos neste contexto, o
primeiro quando o aluno procura resolver estes exercícios como forma de treinamento, porque
sabe que a avaliação será de aparência semelhante ao exercício treinado. O segundo sentido
que se pode atribuir é de verificação de conhecimento, neste contexto o aluno procura usar o
exercício para testar seus conhecimentos, fazendo-os sem o intuito de memorizá-lo. O fato de
o aluno estudar e resolver exercícios mostra uma busca pelo aperfeiçoamento do conceito
abordado.
Na quinta questão, cinco alunos escolheram o item (d); dois escolheram o item (e) e
um aluno escolheu o item (c) e apenas dois alunos justificaram a escolha feita. Um aluno disse
que escreveria sobre o que ele achava que fosse a resposta e o outro disse que tentaria juntar
vários conhecimentos para encontrar uma resposta coerente. A última resposta demonstra uma
intenção em relacionar conhecimentos prévios, até de outra disciplina, para tentar chegar a
uma conclusão correta, portanto, sendo caracterizado como AS. A resposta dos alunos que
marcaram a opção (c), (e) e o aluno que escreveria sobre o que achava que fosse a resposta, a
penúltima situação, não caracteriza uma vontade em relacionar um exercício novo com
conhecimentos já adquiridos, sendo classificados como AM. Os alunos que marcaram a opção
(d), embora pareça mecanizada, o ato de refletir em buscas de experiências passadas na
escola, caracteriza uma vontade em relacionar um novo problema com alguma situação que
presenciou, sendo classificados como AS.
TABELA 3
Resumo das questões quatro e cinco do pré-teste
Questão quatro Questão cinco
Alunos AS Alunos AM Alunos AS Alunos AM
1; 2; 6; 7 3; 4; 5; 8; 9; 10 2; 6; 7; 9; 10 1; 3; 4; 5; 8
Fonte: Dados da pesquisa
Após a análise das duas últimas questões do pré-teste, percebe-se que os alunos
categorizados como AS, na questão quatro, não são totalmente os mesmos categorizados
91
como AS na questão de número cinco, da mesma maneira a grande maioria dos alunos
categorizados como AM na questão quatro não são os categorizados como AM na questão
cinco.
Na tabela 3 vemos que os alunos que apresentaram uma característica de
aprendizagem mecânica em ambas as questões, Alunos 3, 4, 5 e 8, são os alunos com o menor
aproveitamento em Física (abaixo de 66%) mostrado na tabela 1.
4.3.3 Síntese dos Resultados
Para a comparação dos resultados neste tópico, foi usado o resumo dos dados
mostrados nas tabelas 4 e 5:
Tabela 4 Tabela 5
Resumo sobre a análise do pré-teste Resumo das questões 4 e 5 do pré-teste
Fonte: Dados da pesquisa
Fonte: Dados da pesquisa
Pela tabela 4, pode-se observar que a grande maioria dos alunos possuem subsunçores
necessários, ainda que em alguns casos mal definidos, para o entendimento do fenômeno do
efeito fotoelétrico. Ainda com a tabela 4, pode-se notar que a questão número três teve índice
de porcentagem SP muito acima da outras questões.
No pré-teste também foram aplicadas outras duas questões, as questões quatro e cinco.
Como a quarta questão busca identificar a forma que o aprendiz estuda, relacionamos seis
entre dez alunos que estudam mecanicamente, e a quinta questão busca características de
respostas significativas ou mecânicas, pode-se observar, que a metade destes alunos buscam
responder as perguntas de forma significativa. Pode-se ainda fazer uma observação sobre o
resultado do Aluno 9. Este apresenta a maior média de todos os alunos envolvidos, no
PRÉ-TESTE
4° Questão 5° Questão
AM 60% 50%
AS 40% 50%
PRÉ-TESTE
1° Questão 2° Questão 3° Questão
SP 30% 30% 80%
SA 0% 10% 10%
SMD 70% 60% 10%
92
entanto, de acordo com a tabela 3, apresenta características de uma aprendizagem mecânica e
respostas semelhantes à de uma aprendizagem significativa. Uma combinação que produz
bons resultados nas provas.
4.4 Análise da Avaliação Final
Na avaliação final, busca-se identificar uma aprendizagem dos conceitos relacionados
ao fenômeno do efeito fotoelétrico. Em cada uma das nove questões o aprendiz deve
descrever relações entre os conceitos circundantes ao fenômeno em questão. Os conceitos
necessários para realização da avaliação foram descritos e explicados na etapa do organizador
prévio, simulação computacional, roteiro de atividades e discussão do “organizador
explicativo”. Nesta etapa apenas o Aluno 5 não respondeu o questionário, assim, a análise que
se segue será sobre um total de nove alunos.
Para a análise das avaliações finais, serão agrupados por semelhança de respostas os
alunos que se enquadrarem nas categorias definidas a seguir. Entre aqueles aprendizes que
responderam de forma correta, com clareza nos conceitos descritos será subordinado a
categoria Conceitos Satisfatórios (CS). Os alunos que responderam de forma a não
apresentar nenhum entendimento sobre a questão serão categorizados como Conceitos
Ausentes (CA). Aqueles alunos que responderam com conceitos que não estejam claros ou
conceitos mal definidos serão classificados como Conceitos Insuficientes (CI). Essas
categorias foram criadas após a análise de todas as questões da avaliação final, com o objetivo
de identificar o entendimento do assunto por parte do aluno e a eficácia da estrutura de
aplicação.
A primeira questão da avaliação final, mostrada na figura 20, teve o objetivo de
identificar a caracterização do comportamento corpuscular da luz, sendo emitida de maneira
quantizada, e constituída por partículas conhecidas como fótons. Neste caso, sete alunos
responderam corretamente, dizendo que a luz é emitida, também, em forma de partículas e
que cada partícula (fótons) tem energia definida; um aluno relacionou a intensidade de luz
com o número de fótons; apenas um aluno não respondeu à pergunta. A análise desta questão
gerou o gráfico mostrado na figura 19:
93
Avaliação Final - Questão n° 1
CS78%
CI11%
CA11%
Figura 19: Gráfico mostrando o resultado da primeira questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Pelo gráfico da figura 19 pode-se observar que 78% dos alunos se enquadram na
categoria CS, apresentando conceitos claros e bem definidos. A resposta do Aluno 9 retrata o
entendimento dos conceitos apresentados, com palavras corretas e termos adequados.
Figura 20: Resposta do Aluno 9 para a primeira questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Dentre os alunos participantes, 11% responderam com conceitos mal definidos, sendo
categorizados como CI, pois em algum momento foi feita uma ligação entre o conteúdo
apresentado e o fenômeno em estudo.
Figura 21: Resposta do Aluno 10 para a primeira questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
94
Como exemplo da categoria CI, mostrado na figura 21, o Aluno 10 responde que a
radiação (luz) não é emitida continuamente, o que caracteriza uma resposta correta, porém,
parece que o aprendiz utiliza parte da pergunta para formular sua resposta, pois faz uma
justificativa dizendo que “aumentando a radiação aumenta-se a quantidade de quantum”, o
que nos faz refletir sobre o que se quer dizer com o termo “aumentar a radiação”. Assim,
percebe-se que implicitamente o aluno sabe que a radiação é quantizada, porque usa a palavra
quantum em sua resposta, porém o aprendiz não explica detalhes da constituição da radiação,
não menciona os fótons ou pacotes de energia.
A segunda pergunta, figura 22, tem o objetivo de identificar nos alunos a relação entre
a intensidade da luz incidente e o número de elétrons “arrancados” de um metal, quando
ocorre o fenômeno do efeito fotoelétrico. Para responder corretamente esta pergunta o aluno
necessitaria saber que a intensidade da luz influencia no número de elétrons ejetados por
aumentar a quantidade de fótons emitidos.
Analisando as respostas, pode observar que seis alunos responderam corretamente
dizendo que o número de elétrons “arrancados” irá aumentar quando aumentamos a
intensidade de luz, portanto, aproximadamente 67% dos aprendizes apresentaram conceitos
claros e bem definidos, sendo estes categorizados como CS. Exemplo desta resposta é o
Aluno 10, ilustrada pela figura 22.
Figura 22: Resposta do Aluno 10 para a segunda questão da avaliação final
Fonte: Dados da pesquisa
Vale a observação de que na figura 22, embora correta a resposta do aluno, este não
relaciona o aumento do número de elétrons ejetados de acordo com o aumento do número de
fótons. Esta relação é feita apenas pelo Aluno 6 na figura 20, para a resposta da primeira
questão.
95
Dois alunos mencionam uma relação inversamente proporcional entre o número de
elétrons ejetados e a intensidade de luz. Assim, 22% dos aprendizes responderam de maneira
duvidosa, não apresentando conceitos claros e bem definidos, sendo categorizados como CI.
As respostas subordinadas a esta categoria são semelhantes a do Aluno 3, apresentando
termos corretos, ciente da existência de uma relação entre as variáveis, porém faz uma
associação errada entre os conceitos, como mostrado na figura 23.
Figura 23: Resposta do Aluno 3 para a segunda questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Apenas um aluno afirma que a intensidade da luz não interfere no número de elétrons
ejetados, sendo classificado como CA (11%). A análise da segunda questão é resumida no
gráfico da figura 24.
Avaliação Final - Questão n° 2
CS67%
CA11%
CI22%
Figura 24: Gráfico mostrando o resultado da segunda questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
96
Com base nos dados apresentados na figura 24, considera-se que as atividades que
perpassam pelos organizadores explicativos devem apresentar de forma mais clara e
enfatizando a relação entre a intensidade de luz, o aumento do número de fótons e
consequentemente do número de elétrons ejetados do metal exposto à radiação, embora a
maioria dos alunos perceba a existência de uma relação entre as grandezas.
A terceira questão, figura 25, busca identificar a relação de proporcionalidade entre a
energia dos fótons emitidos pela radiação e a sua frequencia. Para responder corretamente esta
pergunta, o aprendiz necessitaria de conhecimento exposto na simulação e nos organizadores
prévios, em que o aumento da frequencia iria aumentar a energia do fóton, consequentemente
aumentando a energia dos elétrons arrancados, mas não o número de elétrons ejetados do
metal.
O objetivo da questão de número três é verificar se o aprendiz consegue realizar a
relação correta entre o aumento da energia de cada fóton e o número de elétrons ejetados.
Como o aumento da energia de cada fóton não está relacionado com o número de elétrons
ejetados e sim com a energia cinética com que ele sairá do metal, entende-se que a fórmula
descrita no enunciado serviria apenas para auxiliar parte do raciocínio, aquele que levaria o
aluno a saber que com o aumento da frequencia aumenta-se a energia de cada fóton, mas não
o número de elétrons.
Dentre as respostas analisadas, quatro alunos responderam que o aumento da
frequencia da luz incidente aumentará o número de elétrons ejetados e dois alunos
responderam que o número de elétrons ejetados irá diminuir com o aumento da frequencia. De
acordo com essas respostas, aproximadamente 67% dos alunos responderam com conceitos
mal definidos, sendo categorizados como CI. Geralmente os aprendizes relacionam o aumento
da frequencia corretamente com o aumento da energia de cada fóton, porém também
atribuíram essa proporcionalidade ao número de elétrons ejetados do metal. Um exemplo para
este caso é do Aluno 2 é mostrado na figura 25.
Figura 25: Exemplo de resposta CI do Aluno 2 para a questão três da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
97
Três alunos responderam corretamente ao afirmarem que o número de elétrons
ejetados não se altera quando variamos o valor da frequencia, desde que seja acima da
frequencia de corte, sendo a frequencia relacionada à energia do fóton; assim,
aproximadamente 33% responderam com conceitos claros e bem definidos sendo
subordinados a categoria CS. Uma das respostas categorizadas como CS é a do Aluno 9,
mostrada na figura 26, que realiza uma relação correta entre a energia de cada fóton, a
frequencia e o número de elétrons ejetados.
Figura 26: Resposta do Aluno 9 para a terceira questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Nenhum aluno se enquadrou na ausência de conceitos sobre a questão. Os dados
apresentados acima estão sumarizados no gráfico da figura 27.
Avaliação Final - Questão n° 3
CS33%
CA0%
CI67%
CS
CA
CI
Figura 27: Gráfico mostrando o resultado da terceira questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
98
Com base nos resultados das questões dois e três apresentados acima, entende-se que
houve pouca clareza no material apresentado nas relações que envolvem a intensidade da luz,
frequencia, e energia do fóton.
A quarta questão, mostrada na figura 29, tem o objetivo de relacionar a energia do
fóton com a frequencia e o comprimento de onda da onda luminosa ( fv .λ= ). Com a análise
das respostas obtive-se o gráfico mostrado na figura 28:
Avaliação Final - Questão n° 4
CS44%
CI56%
CA0%
Figura 28: Gráfico mostrando o resultado da quarta questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
De acordo com as respostas, quatro alunos responderam corretamente, afirmando que
para aumentar a energia do fóton, a frequencia deve ser aumentada e o comprimento de onda
deve ser diminuído, outros quatro alunos responderam que tanto a frequencia quanto o
comprimento de onda devem ser aumentados e um aluno respondeu que a frequencia deve ser
diminuída e o comprimento de onda aumentado. Dentre esses alunos, aproximadamente 44%
dos aprendizes conseguiram responder usando conceitos claros e bem definidos, sendo
categorizados como CS. Exemplo desta categoria é o Aluno 1, de acordo com a figura 29:
99
Figura 29: Resposta CS do Aluno 1 para a quarta questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Já outros 56% responderam usando conceitos mal definidos, categorizando-se em CI.
Estes alunos perceberam a relação entre frequencia da luz emitida e energia do fóton, assim
como a relação entre o comprimento de onda e a energia do fóton, porém, expressaram os
termos de proporcionalidade erradamente. Exemplo desta categoria é o Aluno 4 como mostra
a figura 30:
Figura 30: Resposta do Aluno 4 para a quarta questão da avaliação final
Fonte: Dados da pesquisa
A relação entre frequencia e comprimento de onda foi pontuada pelos organizadores
explicativos, deixando assim uma porcentagem nula para os alunos com respostas incorretas e
conceitos ausentes, categorizados como CA.
Na quinta e sexta questões, figura 31, busca-se perceber nas respostas dos alunos o
conceito de conservação de energia, que também foi questionado no teste inicial. A pergunta
faz referência à distribuição da energia do fóton após a ocorrência do efeito fotoelétrico. A
resposta coerente com a questão será considerada como tal quando o aluno relacionar a
energia do fóton com a energia gasta para “arrancar” o elétron do metal, e o restante seria
100
transformado em energia cinética suficiente para abandonar o metal. A análise mostra que
aproximadamente 89% dos alunos responderam corretamente, sendo que a energia que não
for gasta para ejetar o elétron do metal, seria convertida em energia cinética do elétron.
Exemplos destas respostas são a dos Alunos 3 e 7, de acordo com as figuras 31 e 32:
Figura 31: Respostas CS do Aluno 3 para a quinta questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Figura 32: Resposta do Aluno 7 para a quinta e sexta questões da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
101
Já outros 11% dos aprendizes apresentaram incoerência entre as respostas das questões
cinco e seis, que em síntese buscavam o mesmo conceito. Assim, entende-se que o aluno 7,
apresenta uma formação de conceitos insuficientes ou não entendeu a pergunta seis, sendo
categorizado como CI.
Figura 33: Resposta CI do Aluno 4 para a quinta e sexta questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
A sétima questão, figura 34, busca relacionar intensidade de luz a dois outros fatores, a
energia de cada fóton e a quantidade de fótons. Busca-se nesta questão conceitos específicos
do fenômeno do efeito fotoelétrico, como o aumento do número de fótons quando se aumenta
a intensidade da luz, ou ainda a não variação da energia cinética do elétron quando
aumentamos a intensidade da luz. A análise da sétima questão mostra que quatro alunos
responderam corretamente dizendo que alterando a intensidade de luz não se altera a energia
de cada fóton, e sim o número de fótons emitidos. Neste caso, aproximadamente 45% dos
alunos estão categorizados como CS. Uma resposta que ilustra este caso é a do Aluno 6, como
mostra a figura 34:
102
Figura 34: Resposta do Aluno 8 para a sétima questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Outros cinco alunos responderam que o aumento da intensidade de luz aumentaria a
energia de cada fóton e o número de fótons, sendo categorizado como CI. Exemplo dos
aprendizes categorizados como CI na sétima questão da avaliação final é do Aluno 2, em que
faz referência correta em relação a intensidade da luz e o número de fótons, mas não entre a
energia do fóton, conforme mostrado na figura 33. Nenhum aluno foi categorizado como CA.
Figura 35: Resposta do Aluno 2 para a sétima questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Na oitava questão, antes de qualquer análise, cabe a observação de uma alteração feita
em parte do produto apresentado na seção 3.3.5. Neste, foi retirado da questão numero oito a
frase “Quando a luz deixa de incidir sobre a célula fotossensível, a corrente passa a não existir
e outro sistema é acionado para abrir a porta”. Essa correção se deve a possibilidade da frase
causar uma possível interpretação distorcida em uma futura aplicação deste material.
A oitava questão, figura 34, busca identificar um conceito específico do fenômeno do
efeito fotoelétrico, a frequencia mínima para que ocorra o fenômeno, conhecida como a
frequencia de corte ou frequencia limite.
103
A análise mostra que seis alunos responderam que frequencia de corte é o valor
mínimo da frequencia para que sejam ejetados elétrons da placa irradiada. Assim, de acordo
com as respostas, aproximadamente 67% dos alunos são categorizados como CS. Exemplo
destas respostas é a do Aluno 7 como mostra a figura 36:
Figura 36: Resposta do Aluno 7 sobre a oitava questão da avaliação final
Fonte: Dados da pesquisa
Já outros 22% responderam usando conceitos mal definidos sendo subordinados à
categoria CI, dizendo que a frequencia corresponde a energia com que os feixes de luz
incidem sobre uma superfície. Entre as respostas categorizadas como CI, uma boa ilustração é
a do Aluno 4, mostrada na figura 37, em que confunde os conceitos, formando uma resposta
incorreta mas usando os termos vistos durante o trabalho.
104
Figura 37: Resposta do Aluno 4 para a oitava questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Na questão ilustrado na figura 37, o aprendiz confunde fóton com elétron, dizendo que
o fóton será ejetado do metal, porém, sabe que a frequencia de corte é uma grandeza que deve
ter um valor mínimo para que o fenômeno aconteça, confunde também, frequencia com
intensidade de luz.
Apenas um aluno não respondeu a pergunta, sendo assim categorizado como CA. Na
figura 38 mostramos o gráfico com a classificação das respostas para a questão 8.
Avaliação Final - Questão n° 8
CS67%
CI22%
CA11%
Figura 38: Gráfico mostrando o resultado da oitava questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
105
A nona questão, figura 39, proporciona ao aluno uma oportunidade para o uso das
relações matemáticas aprendidas durante os momentos apresentados na estrutura do trabalho.
Nesta questão são fornecidos para o aprendiz as fórmulas que relacionam energia de cada
fóton com a frequencia da luz e a função trabalho para ejetar um elétron do metal. Considera-
se que as fórmulas não devem ser memorizadas com o simples intuito de substituição de
variáveis, mas devem proporcionar ao aprendiz uma visão das relações entre as variáveis que
descrevem um determinado fenômeno.
Ao final da análise da questão número nove, observa-se que três alunos a responderam
corretamente, usando as equações corretas e realizando a operação com potência de dez, já
outros seis alunos apresentaram resultados errados causados apenas por erros em contas que
envolviam potência de dez. Neste caso, aproximadamente 34% dos alunos apresentam
respostas corretas, sendo categorizados como CS. Exemplo das respostas dos alunos
categorizados como CS é a do Aluno 1 como mostra a figura 39.
Figura 39: Resposta do Aluno 1 para a nona questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Já outros 66% dos aprendizes obtiveram respostas incorretas por não saberem realizar
operações com potência de dez, sendo categorizados como CI. Exemplo destas respostas é a
do Aluno 8 como mostra a figura 40.
106
Figura 40: Resposta do Aluno 8 para a nona questão da avaliação final.
Fonte: Dados da pesquisa
Observa-se que os estudantes categorizados como CI só receberam esta classificação
porque realizaram cálculos errados, ressaltando assim uma defasagem no conteúdo sobre
potência de dez e não sobre as relações apresentadas no processo de ensino deste trabalho.
Logo, é necessário adicionar aos organizadores prévios uma revisão sobre potência de dez se
o objetivo for estudar estas relações matemáticas.
4.5 Interpretação dos Resultados
Nesta seção interpretamos os resultados obtidos na análise dos dados da avaliação
final, contrapondo, quando for pertinente, com os resultados obtidos no pré-teste. Assim, para
facilitar a discussão, é apresentado na tabela 8 um resumo da análise das respostas às questões
da avaliação final.
107
TABELA 6
Resumo da avaliação final
AVALIAÇÃO FINAL
Questão 1 Questão 2 Questão 3 Questão 4 Questão 5 e 6 Questão 7 Questão 8 Questão 9
CS 78% 67% 33% 44% 89% 45% 67% 34%
CA 11% 11% 0% 0% 11% 0% 11% 0%
CI 11% 22% 67% 56% 0% 55% 22% 66%
Fonte: Dados da pesquisa
De acordo com os resultados, pode-se observar que em cinco das nove questões a
maioria dos alunos apresenta um índice de conceito suficiente (CS) acima das outras
categorias. As questões restantes, apesar de terem a maioria dos alunos classificada na
categoria conceito insuficiente (CI), apresentam um índice nulo de conceitos ausentes (CA). É
importante ressaltar também que neste grupo a diferença entre a porcentagem de alunos
classificada como CS e CI é bem menor. Assim, os dados indicam que houve uma
assimilação satisfatória dos conceitos sobre o efeito fotoelétrico apresentados.
Um exame das questões 1, 2, 5, 6 e 8, caracterizadas por possuírem CS maior do que
CI e CA baixo, mostra que os alunos apresentaram uma compreensão melhor dos conceitos
relacionados com a quantização da radiação, modelo corpuscular da luz; a influência da
intensidade da luz no efeito fotoelétrico; a transferência de energia durante o fenômeno; e o
fato de haver uma frequencia limite para a ocorrência do efeito fotoelétrico.
Uma comparação com os resultados obtidos no pré-teste indica que o material
apresentado durante a sequencia de atividades sanou a deficiência que foi constatada em
relação à estrutura da matéria, pois na primeira questão do teste inicial, a maioria dos alunos
foi classificada na categoria subsunçor mal definido (SMD). Na avaliação final os alunos se
mostraram familiarizados com a existência de elétrons e com a natureza dual da radiação. A
compreensão das relações de transferência de energia no efeito fotoelétrico é consistente com
o bom desempenho dos alunos na terceira questão do pré-teste, na qual 80% dos alunos
apresentaram subsunçor presente (SP). Os outros conceitos, intensidade da luz e frequencia de
corte são elementos novos que foram apresentados aos alunos.
As questões 3, 4, 7 e 9, caracterizadas por apresentarem CI maior do que CS e CA
nulo, indicam que os alunos, mesmo após a participação na sequencia de atividades, ainda
possuem dificuldades ao definir as relações entre as grandezas energia do fóton, quantidade
de fótons presentes na radiação e número de elétrons ejetados com frequencia e intensidade da
108
radiação. A questão 9, em particular, reafirma a constatação feita anteriormente, de que os
alunos compreendem bem as relações de transferência de energia no processo. Neste caso, o
erro cometido pela maioria dos alunos ocorreu porque os alunos não sabiam trabalhar com
potência de dez.
Conclui-se, assim, que a sequencia de atividades deve ser modificada de modo a
oferecer mais oportunidades de se explorar as relações mencionadas acima, com atividades
diferenciadas daquelas apresentadas na primeira versão do material.
No início deste capítulo, ao apresentar a aplicação do produto, foi comentado que três
alunos estiveram ausentes, não participando de uma das etapas que estruturam o trabalho. O
Aluno 1 não participou da etapa que trata dos organizadores prévios, em que é proporcionado
ao aprendiz todos os conceitos e conhecimento necessários para o entendimento do fenômeno
do efeito fotoelétrico. Em uma análise particular deste aluno na avaliação final, observa-se
que quatro das nove questões são consideradas como respostas mal definidas, não fazendo uso
de conceitos claros. As outras cinco questões são classificadas como CS, usando termos
coerentes. Pensando em como esse aluno obteve um resultado satisfatório na avaliação final,
sem ter passado pelos organizadores prévios, é considerado que as outras etapas como a
utilização da simulação computacional e a apresentação do organizador explicativo
conseguiram suprir a necessidade deste aluno de conhecimento, esclarecendo os conceitos,
uma vez que apresenta no pré-teste respostas coerentes e subsunçores bem definidos.
O Aluno 7, que não participou da aplicação do organizador explicativo, obteve uma
média de aproximadamente 80% de questões CS, usando conceitos coerentes e bem definidos
na avaliação final. Fica claro que a presença deste aluno nas outras etapas do trabalho
conseguiu suprir a necessidade de conceitos relativos ao estudo em questão. É importante
ressaltar que este aprendiz obteve uma média de 67% de subsunçores presentes no pré-teste,
com respostas coerentes, e que nos três primeiros anos de ensino médio, na disciplina de
Física teve média acima de 72%, condizente com o comportamento de um bom aluno.
De uma maneira geral, pode-se afirmar que durante a aplicação da sequencia de
atividades foi observado o comprometimento dos alunos, envolvimento nas atividades
propostas, a pontualidade nas horas marcadas e interesse pelo assunto estudado. Entende-se
que a participação e dedicação dos alunos, mesmo sem recompensas, são exemplos de uma
postura consciente e de alunos comprometidos.
109
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A utilização de novas tecnologias na educação faz surgir uma discussão sobre o
quanto e como esse meio de informação pode contribuir para o processo de aprendizado. As
mídias, os vídeos e hipertextos representam uma parcela dos avanços tecnológicos presentes
na educação. Atualmente, discute-se qual o papel da simulação computacional na sala de aula.
Aulas baseadas em metodologias antigas, nas quais o professor é o único dono do saber e os
alunos são aprendizes retentores de conhecimento estão ultrapassadas. Nos dias de hoje, a
informação é acessível a todos de maneira prática, por meio da informática e dos
computadores. Com a intenção de facilitar o processo de aprendizagem, é apresentado uma
proposta que busca inserir parte de uma nova tecnologia no Ensino de Física. Para tal, optou-
se em usar as simulações computacionais por entender que estas podem proporcionar uma
interação entre o fenômeno e o aprendiz, possibilitando meios para que o aprendiz possa
investigar e compreender os fenômenos físicos.
A escolha da temática “ENSINANDO O EFEITO FOTOELÉTRICO POR MEIO
DE SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS: Elaboração de roteiro de aula de acordo com
Teoria da Aprendizagem Significativa” surgiu por entender que a educação deve passar por
atualizações no processo de ensino/aprendizado, e que o uso de simulações computacionais,
pode levar a ganhos cognitivos ao educando, desde que sejam utilizadas consistentemente
com uma teoria de aprendizagem.
Dessa maneira, o objetivo desta dissertação é proporcionar aos docentes uma
experiência alternativa para o processo de ensino e aprendizagem de conceitos físicos,
especificamente o efeito fotoelétrico, utilizando simulação computacional. Para tal, foi
elaborada uma sequencia de atividades, baseada na teoria da aprendizagem significativa de
Ausubel; Novak; Hanesian (1980), que prioriza a organização da estrutura de conceitos,
considerada parte essencial e fundamental para uma aprendizagem significativa. Nesta
estrutura o professor tem papel fundamental, seja para selecionar a simulação, para incluir
novos conceitos e principalmente para definir a sequencia de apresentação do novo material.
Como produto deste trabalho, foi elaborado uma estrutura de aplicação que envolve a
simulação computacional de forma contextualizada e coerente com as idéias de Ausubel.
Nesta sequencia, apresenta-se os organizadores prévios, a simulação computacional
juntamente com o roteiro de atividades e um mapa conceitual como organizador explicativo.
Este material foi preparado com a intenção de explorar os conhecimentos prévios dos alunos e
de maneira gradual introduzir novos conceitos.
110
Durante a preparação da sequencia de atividades que caracteriza este trabalho, houve
grande dificuldade em conseguir material que servissem como organizadores prévios, no
formato de vídeos e textos, para o fenômeno do efeito fotoelétrico. Portanto, vale salientar a
importância de trabalhos que discutem a inserção da Física Moderna no ensino médio.
Ressalta-se também que vários fenômenos e equipamentos atuais tem seu princípio de
funcionamento baseado na Física Moderna e Contemporânea.
A observação da aplicação das atividades propostas na estrutura deste trabalho mostra
que a apresentação dos organizadores prévios, com vídeos e textos, é considerada, por parte
dos alunos como uma aula normal, tornando-a pouco interessante. Mas, durante a aplicação
da simulação computacional, observa-se uma curiosidade por parte dos alunos em testar
aquela ferramenta, e que durante toda a atividade, a parte mais interessante e que houve uma
maior participação com perguntas e questionamentos foi observada durante o uso das
simulações computacionais.
As observações aqui apresentadas também são comentadas por Machado e Nardi
(2006), quando usavam o computador para ilustrar algumas situações da Física Moderna. Em
seu trabalho, os autores ressaltam que o computador e a hipermídia utilizada são fatores de
motivação para os alunos, por apresentarem uma perspectiva de mudança na estrutura de aula
pela facilidade de observação do fenômeno abstrato, assim como ter contribuído para a
formação de novos conceitos relacionados à estrutura cognitiva do aprendiz.
Analisando as respostas da avaliação final percebe-se que, em geral, há um
entendimento dos conceitos referentes ao fenômeno estudado por parte dos alunos. Considera-
se que após aplicação das atividades propostas, houve um ganho no grau de inclusividade dos
conceitos dos estudantes que dela participaram, e a utilização da simulação computacional
contribuiu para esse resultado, pois foi através dela que os alunos puderam testar suas
hipóteses. Enfim, compreende-se que a estrutura utilizada pode ser aplicada a qualquer aluno,
com a possibilidade de sucesso, e em alunos do nível de conhecimento compatível com
alunos do terceiro ano do ensino médio.
O material usado para chegarmos a estas observações foram o pré-teste e a avaliação
final. Dentro destas etapas, o fenômeno em questão, o efeito fotoelétrico, requer para sua
compreensão alguns conceitos prévios como:
a. Estrutura da matéria (Átomos, prótons, elétrons e nêutrons)
b. Conceitos sobre a estrutura de uma onda (frequencia, comprimento de onda,
velocidade e transporte de energia)
111
c. Conceitos sobre conservação de energia
Entre a aplicação do pré-teste e a avaliação final, os organizadores prévios e
explicativos juntamente com a simulação computacional têm o objetivo de proporcionar,
principalmente aos alunos que tem subsunçores mal definidos, uma reestruturação da sua
estrutura cognitiva, para que possam tornar seus conceitos mais inclusivos.
Na avaliação final buscou-se identificar conceitos diretamente relacionados com o
efeito fotoelétrico como:
a) Comportamento onda/partícula da luz
b) Relação entre intensidade da luz e o número de elétrons ejetados
c) Relação entre a energia de cada fóton com a frequencia e o comprimento de
onda da radiação
d) Relação entre a energia do fóton e a energia do elétron ejetado
e) Compreensão da existência de uma frequencia mínima para que o fenômeno
ocorra
f) Operações de potência de dez
A maioria destes conceitos pode ser considerada como específica, portanto, menos
inclusivos e de acordo com teoria de Ausubel; Novak; Hanesian (1980), estão mais facilmente
sujeitos a assimilação obliteradora, que é a ação normal de esquecermos os detalhes de uma
situação com o passar do tempo.
Como resultado da análise dos dados da avaliação final, observa-se que cinco das nove
questões apresentam índice de acertos acima de 67%, e todas as questões apresentaram um
índice muito baixo de conceitos ausentes, em comparação com as demais categorias, dando-
nos a oportunidade de considerar nosso produto como um material potencialmente
significativo. Os resultados encontrados são semelhantes à investigação de Sales e
Vasconcelos (2008), que através de uma simulação computacional buscavam mensurar a
aprendizagem e interação dos alunos com esta ferramenta sobre o fenômeno do efeito
fotoelétrico. Em suas conclusões, os autores relatam que houve uma aprendizagem satisfatória
do assunto frente ao material utilizado levando aos aprendizes mudanças na estrutura
cognitiva.
Como sugestão de melhoria da estrutura deste produto, pode-se adicionar ao material
uma pequena revisão sobre potência de dez que agregada ao organizador prévio poderá
contribuir para um melhor desempenho dos alunos frente à utilização das equações
112
circundantes ao efeito fotoelétrico. Sugerimos também a inclusão de uma nova questão
explorando o enunciado da questão número nove da avaliação final, de modo que o aluno
identifique o efeito fotoelétrico no funcionamento dos postes de iluminação.
Na reflexão sobre a terceira questão da avaliação final, observa-se que durante o
processo de aplicação do trabalho, apenas nos organizadores prévios, foi abordado que cada
fóton retira apenas um elétron, sendo esta uma justificativa para a alta margem de erros nesta
questão. Para a melhora dos resultados, considera-se que uma maior atenção deva ser dada à
relação entre intensidade da luz e o número de elétrons ejetados do metal, bem como à relação
entre frequencia e o comprimento de onda com a energia de cada fóton. Sugeri-se que estas
relações estejam presentes nos organizadores prévios e também no organizador explicativo.
Finalizando, é válido enfatizar a importância do professor neste processo de aquisição
do conhecimento, na seleção do material, na escolha da simulação, organização da estrutura a
ser aplicada e no esclarecimento de dúvidas em relação ao conteúdo. Considera-se importante
a utilização da simulação computacional como ferramenta no processo de ensino e
aprendizagem, de forma a ser explorada em meios coerentes e em consonância com outras
ferramentas já utilizadas pelo professor.
É sugerido e objetivado para trabalhos futuros, a exploração da teoria de Ausubel;
Novak; Hanesian (1980) para mensurar a retenção de conhecimento durante um período de
tempo maior utilizando meios tecnológicos, como a simulação computacional. De acordo com
Ausubel; Novak; Hanesian (1980), a aprendizagem efetiva, de forma significativa pode ser
retida no cognitivo por muito tempo, se comparada com os conceitos adquiridos por meios
convencionais.
113
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