Tecnologias Tecnologias computacionais no Ensino computacionais no Ensino de Física de Física

Eliane VeitEliane Veit

Ives Solano AraujoIves Solano Araujo

I Encontro Estadual de Ensino de FísicaI Encontro Estadual de Ensino de Física

Novembro de 2005Novembro de 2005

Instituto de Física - UFRGSInstituto de Física - UFRGS

Onde estamos e para onde Onde estamos e para onde vamos?vamos?

possibilidades atuais no ensino de Física possibilidades atuais no ensino de Física

aquisição de dadosaquisição de dados

comunicaçãocomunicação

tutorialtutorial. . .

Educação mediada por Educação mediada por tecnologias computacionaistecnologias computacionais

novas estratégias de ensino novas estratégias de ensino

tecnologias computacionais x novas tecnologias tecnologias computacionais x novas tecnologias (DVD)(DVD)

FísicaFísica

modelagem computacional

aquisição automática de dados

Modelagem computacional Modelagem computacional em Ciênciasem Ciências

• Por quê?Por quê?

-- é um dos pilares fundamentais do é um dos pilares fundamentais do

desenvolvimento científico Física, desenvolvimento científico Física,

Química, Biologia Química, Biologia

-- Física: teórica, experimental e computacional Física: teórica, experimental e computacional

- - noção de que é possível predizer, além de noção de que é possível predizer, além de

observar fatos observar fatos

Investigações sobre Investigações sobre tecnologias educacionais no tecnologias educacionais no Ensino de Física?Ensino de Física?American Journal of Physics (1980...),

Journal of Research on Science Teaching (1980...),

Intenational Journal of Science Education (1987...),

Science Education (1980...)

Enseñanza de las Ciencias (1983...)

Revista Brasileira de Ensino de Física (1980...),

Caderno Catarinense de Ensino de Física (1984...),

I. S. Araujo, M. A. Moreira, E. A. Veit

Principais modalidades de Principais modalidades de uso do computador no ensino uso do computador no ensino de Físicade Física

I)I) Instrução e avaliação mediada pelo Instrução e avaliação mediada pelo computadorcomputador

II)II) Modelagem e simulação computacionaisModelagem e simulação computacionais

III)III) Coleta e análise de dados em tempo realColeta e análise de dados em tempo real

IV)IV) Recursos multimídiaRecursos multimídia

V)V) Comunicação à distânciaComunicação à distância

VI)VI) Resolução algébrica/numérica e visualização Resolução algébrica/numérica e visualização de soluções matemáticasde soluções matemáticas

VII)VII) Estudo de processos cognitivosEstudo de processos cognitivos

I) Instrução e avaliação I) Instrução e avaliação mediada mediada pelo computadorpelo computador

• programas-tutoresprogramas-tutores (tutoriais): se adaptam às (tutoriais): se adaptam às dificuldades individuais e aos sucessos de dificuldades individuais e aos sucessos de cada estudante, fornecendo instruções cada estudante, fornecendo instruções personalizadas em seções de interação com o personalizadas em seções de interação com o indivíduo (indivíduo (figfig))

• testes automatizadostestes automatizados para a avaliação de para a avaliação de aprendizagem (aprendizagem (figfig))

• ou avaliação de concepções espontâneas: ou avaliação de concepções espontâneas: PrometeusPrometeus

I) Instrução e avaliação I) Instrução e avaliação mediada mediada pelo computadorpelo computador

VantagemVantagem: possibilidade de atendimento : possibilidade de atendimento individualizado ao estudante no momento individualizado ao estudante no momento em que ele sentisse necessidadeem que ele sentisse necessidade

Nesta categoria incluem-se avaliações de Nesta categoria incluem-se avaliações de experiências didáticas.experiências didáticas.

SimulaçãoSimulação::

ModelageModelagemm::

II) Simulação e modelagem II) Simulação e modelagem computacionais computacionais

acesso aos primitivos do modelo matemático ou icônico subjacente à implementação da modelagem

Ex: Modellus, Excel, Powersim

aluno aluno não não temtem

aluno aluno temtem

Tipos de atividades de Tipos de atividades de simulação e modelagem simulação e modelagem computacionaiscomputacionais

• exploratóriasexploratórias

de simulação: sem acesso

de modelagem: com acesso

observação, análise e interação do sujeito com modelos já construídos

aos primitivos do modelo matemático ou icônico

o sujeito passa por todo o processo de construção do modelo desde sua estrutura matemática até a análise dos resultadosEx: Modellus, Physlet, Interactive

Physics

• expressivas de expressivas de modelagemmodelagem

III) Coleta e análise de dados III) Coleta e análise de dados em em tempo real tempo real

• dados são coletados diretamente pelo computadordados são coletados diretamente pelo computador• a análise inclui gráficos, tabelas, cálculos estatísticosa análise inclui gráficos, tabelas, cálculos estatísticos

Vantagens: Vantagens:

• livra o aluno do trabalho árduo de leitura e anotação de dados

• noção sobre medidas no século XXI: nos lab. científicos, no setor produtivo, na área da saúde

• mais tempo para concentração nos problemas físicos

Mais tempo para discussãoMais tempo para discussão

• dos aspectos físicos relevantes dos aspectos físicos relevantes • das hipóteses assumidasdas hipóteses assumidas• das aproximações empregadasdas aproximações empregadas• das limitações dos modelos físicos e das limitações dos modelos físicos e

matemáticosmatemáticos• pensamento científico x lógica indutivistapensamento científico x lógica indutivista• tratar problemas mais reais e atuaistratar problemas mais reais e atuais

Idéias básicas da aquisição Idéias básicas da aquisição automáticaautomática

Placa de somPlaca de som

• interface analógico > digitalinterface analógico > digital

• interface digital > analógicainterface digital > analógica

Exemplos de softwares:Exemplos de softwares:

Osciloscope (fig)

Spectrogram (fig)

Aq_dados (fig)

IV) Recursos de multimídiaIV) Recursos de multimídia

• inclui textos, sons, imagens, animações, inclui textos, sons, imagens, animações, vídeos e simulaçõesvídeos e simulações

• organizados em módulos, de modo a fornecer organizados em módulos, de modo a fornecer contextos didáticos sobre o tópico em estudocontextos didáticos sobre o tópico em estudo

• links links inter-relacionam os elementosinter-relacionam os elementos• o aluno decide o caminho a seguir de acordo o aluno decide o caminho a seguir de acordo

com seus interessescom seus interesses• softwaressoftwares para a construção de materiais para a construção de materiais

didáticos multimídia estão nesta categoria didáticos multimídia estão nesta categoria ((exemplo 1: partículas1, exemplo2: ntefexemplo 1: partículas1, exemplo2: ntef))

V) Comunicação a distânciaV) Comunicação a distância

• o computador é usado como uma ferramenta o computador é usado como uma ferramenta de comunicação e intercâmbio de de comunicação e intercâmbio de informações através de mensagens informações através de mensagens eletrônicas, fóruns de discussão, troca de eletrônicas, fóruns de discussão, troca de arquivos, conferências remotas, etc.arquivos, conferências remotas, etc.

• aplicação de avaliações à distância aplicação de avaliações à distância • disponibilização remotadisponibilização remota• de tarefas escolaresde tarefas escolares

VI) Resolução algébrica/numérica e VI) Resolução algébrica/numérica e visualização de soluções visualização de soluções matemáticasmatemáticas

• resolução numérica ou algébrica de problemas resolução numérica ou algébrica de problemas de Física, ou ainda a representação gráfica das de Física, ou ainda a representação gráfica das soluções matemáticassoluções matemáticas

•objetivo principal é discutir o método de objetivo principal é discutir o método de solução matemática, não o problema físicosolução matemática, não o problema físico

• nas soluções numéricas são empregadas nas soluções numéricas são empregadas linguagens de programação de alto nível como linguagens de programação de alto nível como FORTRAN, C, MatLab e Pascal; nas soluções FORTRAN, C, MatLab e Pascal; nas soluções algébricas algébricas softwaressoftwares como o Mapple, MathCad como o Mapple, MathCad e o Mathematicae o Mathematica

VI) VI) Estudo de processos Estudo de processos cognitivoscognitivos

• voltados à pesquisa dos processos cognitivos voltados à pesquisa dos processos cognitivos

do aluno em sua interação com o computador do aluno em sua interação com o computador

•ou na em sua interação com os colegas ou com ou na em sua interação com os colegas ou com

o professor, tendo a máquina o papel de o professor, tendo a máquina o papel de

fornecer o contexto pedagógico fornecer o contexto pedagógico

Tipo de artigos considerados

• Questões de pesquisaQuestões de pesquisa• Revisão da literaturaRevisão da literatura• Referencial teóricoReferencial teórico• MetodologiaMetodologia• Análise dos dadosAnálise dos dados• ConclusãoConclusão

Desenvolvimento, reflexão, Desenvolvimento, reflexão, apresentação de propostasapresentação de propostas

De investigação

Número de artigos publicados por categoria e por área da Física

MecâMecânicanica

Termodinâ-Termodinâ-micamica

Eletromagne-Eletromagne-tismotismo

ÓticaÓtica Física Física ModernaModerna

N.N.A.A.**

TotalTotal

II 1313 22 44 22 22 22 2525

IIII 4141 66 88 11 77 22 6565

IIIIII 2222 44 77 11 -- 11 3131

IVIV 99 22 22 -- -- 33 1616

VV 33 22 55 -- 11 11 1212

VIVI 33 -- 22 -- 11 22 88

VIIVII 66 --

TotalTotal 9595 1616 2828 44 1111 1010

* não adotam nenhuma área (N.A.) da Física em particular.

Ainda há pouca Ainda há pouca investigação !investigação !

cerca de 150 artigo cerca de 150 artigo

em um total de > 5000em um total de > 5000

novas tecnologias >novas tecnologias > novas novas metodologiasmetodologias

diversidade de estratégias no ensino diversidade de estratégias no ensino

Papel do professor?Papel do professor?

- coordenacoordena- orientaorienta- observaobserva- estimulaestimula- propõe atividades, desafios, ...propõe atividades, desafios, ...- põe em prática a avaliação formativa e põe em prática a avaliação formativa e

somativasomativa

Reflexão continuada sobreReflexão continuada sobre

• a adequação da tecnologia educacional aos a adequação da tecnologia educacional aos objetivos do processo de ensino-objetivos do processo de ensino-aprendizagemaprendizagem

• as tecnologias como meio para facilitar o as tecnologias como meio para facilitar o processo de ensino-aprendizagem (e não processo de ensino-aprendizagem (e não como um fim em si)como um fim em si)

• as tecnologias como ferramenta cognitiva, as tecnologias como ferramenta cognitiva, possibilitando ampliação das capacidades possibilitando ampliação das capacidades humanashumanas

Referências principaisReferências principais

ARAUJO, I. S.; VEIT., E. A. Uma revisão da literatura sobre estudos relativos a tecnologias computacionais no ensino de Física, Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, v. 4, 2004.

VEIT, E. A.; ARAUJO, I. S. Tecnologias VEIT, E. A.; ARAUJO, I. S. Tecnologias Computacionais no Ensino de Ciências, Computacionais no Ensino de Ciências, Programa Internacional de Doutorado em Ensino Programa Internacional de Doutorado em Ensino de Ciências. Universidade de Burgos, Espanha; de Ciências. Universidade de Burgos, Espanha; Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil. Brasil. Texto de Apoio N°24Texto de Apoio N°24..   

http://penta3.ufrgs.br:2002/http://penta3.ufrgs.br:2002/

http://http://www.plus2physics.com/www.plus2physics.com/electrostatics/electrostatics/online_tests.asponline_tests.asp

Simulação com o ModellusSimulação com o Modellus

Modelagem com o ModellusModelagem com o Modellus

Osciloscope (entrada de Osciloscope (entrada de som)som)

SpectrogramSpectrogram

canto de um pássaro

SpectrogramSpectrogram

tubo de 30cm tubo 40cm

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