PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática

Daniel Gouveia Duarte

UMA PROPOSTA DE ENSINO DO FENÔMENO DAS MARÉS ATRAVÉS

DE HIPERMÍDIA

Belo Horizonte

2019

Daniel Gouveia Duarte

UMA PROPOSTA DE ENSINO DO FENÔMENO DAS MARÉS ATRAVÉS DE

HIPERMÍDIA

Dissertação apresentada ao Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ensino de Física. Orientador: Prof. Dr. Lev Vertchenko Eixo de concentração: Ensino de Física

Belo Horizonte 2019

FICHA CATALOGRÁFICA

Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

Duarte, Daniel Gouveia

D812p Uma proposta de ensino do fenômeno das marés através de hipermídia /

Daniel Gouveia Duarte. Belo Horizonte, 2019.

110 f. : il.

Orientador: Lev Vertchenko

Dissertação (Mestrado) – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática

1. Mares - Estudo e ensino. 2. Estudantes universitários - Programas de

desenvolvimento. 3. Gravidade (Física). 4. Física - Estudo e ensino (Superior). 5.

Multimídia interativa. 6. Simulação (Computadores). 7. Estratégias de

aprendizagem. 8. Sistemas multimídia. I. Vertchenko, Lev. II. Pontifícia

Universidade Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Ensino

de Ciências e Matemática. III. Título.

CDU: 53:37.02

Ficha catalográfica elaborada por Fabiana Marques de Souza e Silva - CRB 6/2086

Belo Horizonte, 25 de novembro de 2019.

Daniel Gouveia Duarte

UMA PROPOSTA DE ENSINO DO FENÔMENO DAS MARÉS ATRAVÉS DE HIPERMÍDIA

Dissertação apresentada ao Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ensino de Física. Eixo de concentração: Ensino de Física

__________________________________________________________

Prof. Dr. Lev Vertchenko - PUC Minas (Orientador)

_________________________________________________________

Profa Dra. Adriana Gomes Dickman – PUC Minas

__________________________________________________________

Prof. Dr. Sérgio Luiz Araújo Vieira – IBMEC

Aos meus pais Fernando e Carmen, a todos

familiares, amigos e professores da PUC que

me apoiaram nessa fase de transição em minha

vida. Aos meus avós in memoriam.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus, por ter me dado tranquilidade e sabedoria em um momento de

crise, para que eu pudesse tomar a melhor decisão no âmbito profissional. Aos meus

pais, Fernando e Carmen, à minha irmã Larissa, a minha “Tata”, e a todas as pessoas

da minha família que sempre apoiaram, incentivaram e confiaram em minhas escolhas.

Aos professores da PUC Minas, tanto da graduação quanto do mestrado, que

proporcionaram um ambiente acadêmico de qualidade e sempre foram prestativos para

me ajudar quando precisei. Agradeço principalmente ao meu orientador Lev, pela sua

paciência e por estar sempre presente para discutir, debater e sugerir novas ideias

capazes de enriquecer este trabalho.

Um agradecimento especial aos meus avós maternos, José e Isaura, e a meus

avós paternos, João e Maria que, mesmo não estando mais neste plano, tenho certeza

que estão felizes por mais essa etapa concluída em minha vida.

“A maioria dos professores gastam seu tempo

fazendo perguntas que têm como objetivo

descobrir se o aluno não sabe algo, enquanto a

verdadeira arte de fazer perguntas é para

descobrir o que o aluno sabe ou o que ele é

capaz de saber”

(Albert Einstein)

RESUMO Esta dissertação apresenta uma proposta para o ensino de marés oceânicas que visa

aliar a Teoria da Aprendizagem Significativa, de David Ausubel, com a Teoria Cognitiva

da Aprendizagem Multimídia, de Richard Mayer. Apesar de apresentar aspectos

relevantes no âmbito socioeconômico e ambiental, o fenômeno das marés ainda é um

tópico negligenciado em nosso ambiente acadêmico. A proposta foi aplicada por meio

de uma oficina realizada na PUC-Minas, campus Coração Eucarístico, para alunos de

licenciatura do curso de Física, através de uma hipermídia desenvolvida como produto

pedagógico deste trabalho, cuja finalidade é explorar os fenômenos das marés. O

objeto de aprendizagem foi construído com base nas concepções do modelo de Maré

de Equilíbrio, proposto por Bjørn Gjevik, que explica o levantamento da camada de

água como consequência do equilíbrio entre a componente horizontal da força de maré

e a força horizontal decorrente do gradiente de pressão no fluido. O uso de hipermídia,

aliado aos conceitos pedagógicos que norteiam esta dissertação, resultou em um

aumento motivacional entre os alunos participantes, promoveu debates,

questionamentos de ideias e possibilitou o desenvolvimento de habilidades atitudinais.

A confrontação dos dados coletados por meio de questionários pré e pós teste

evidenciou, como resultado da oficina, uma aprendizagem significativa, pois os

estudantes envolvidos foram capazes de explicar o fenômeno das marés utilizando

conceitos físicos mais aprimorados, que superam as ideias errôneas baseadas no

senso comum.

Palavras-chave: maré de equilíbrio; aprendizagem significativa; hipermídia.

ABSTRACT This dissertation is a proposal for teaching the sea tides aiming to conciliate Ausubel’s

theory of Meaningful Learning with Mayer’s Cognitive Theory of Multimedia Learning.

Despite presenting relevant aspects in the socioeconomic and environmental terms, the

phenomenon of the tides is even less important in our academic environment. The idea

was applied through a workshop at PUC-Minas, Coração Eucarístico campus, for

formation of physics teachers, when a hypermedia developed as a pedagogical work,

which explores the mechanics involved in sea tides phenomenon, was explored. The

physics behind the construction of the learning object is based on Bjørn Gjevik’s

equilibrium tide theory, which explains rise of water as a result of the equilibrium

between the horizontal component of the tide force and the pressure gradient. The use

of hypermedia together with pedagogical ideas resulted in increased motivation from

students, promoting debates and developing attitudinal skills. A comparison between pre

and post-test questionnaires showed evidence that the workshop lead to significant

learning, once students were capable of explaining the phenomenon of sea tides using

more elaborated concepts from physics, overcoming common sense based erroneous

ideas.

Keywords: equilibrium tide, meaningful learning, hypermedia

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Estudo sobre marés realizado com alunos finlandeses...........................22

Figura 2 - Diferenças na força gravitacional ao longo da Terra................................42

Figura 3 - Força gravitacional diferencial...................................................................43

Figura 4 - Força de maré..............................................................................................43

Figura 5 - Força de maré ao redor do planeta........................................................ .........44

Figura 6 - Maré Alta x Maré Baixa........................................................................................45

Figura 7 - Análise vetorial do campo gravitacional........................................................46

Figura 8- Análise vetorial da força de maré.....................................................................49

Figura 9 - Análise vetorial da força de maré....................................................................49

Figura 10 - Forças de maré em um ponto do globo...................................................... 50

Figura 11 – Ponto anfidrômico e efeitos Coriolis...........................................................52

Figura 12 - Respostas oceânicas em Longyearbyen................................................53

Figura 13 - Diferenciação Progressiva x Reconciliação Integradora.......................64

Figura 14 - Apresentação multimídia e memórias envolvidas.....................................69

Figura 15 – Trabalhando com Mayer e Ausubel.........................................................71

Figura 16 - Estatística da pergunta 1 - Pré-teste........................................................79

Figura 17 - Imagem da questão 2 - Pré-teste..............................................................79

Figura 18 - Estatística da pergunta 2 - Pré-teste........................................................80

Figura 19 - Imagem da questão 3 - Pré-teste..............................................................81

Figura 20 - Estatística da pergunta 3 - Pré-teste..............................................................82

Figura 21 - Estatística da pergunta 4 - Pré-teste........................................................83

Figura 22 - Questão 1 - Pós-teste.................................................................................84

Figura 23 - Estatística da pergunta 1 - Pós-teste.......................................................84

Figura 24 - Estatística da pergunta 2 - Pós-teste.......................................................85

Figura 25 - Evolução da primeira pergunta.................................................................88

Figura 26 - Evolução da segunda pergunta................................................................89

Figura 27 - Evolução conceitual...................................................................................89

Figura 28 - Hipermídia desenvolvida - Tela inicial...................................................101

Figura 29 - Hipermídia desenvolvida - Organizador prévio.....................................102

Figura 30 - Hipermídia desenvolvida - Tela “entenda o movimento”.....................103

Figura 31 - Hipermídia desenvolvida – Hipertexto...................................................103

Figura 32 - Hipermídia desenvolvida - Tela “Veja os cálculos”..............................104

Figura 33 - Hipermídia desenvolvida - Tela “Veja os cálculos”..............................105

Figura 34 - Hipermídia desenvolvida - Tela “Veja os cálculos”..............................106

Figura 35 - Hipermídia desenvolvida - Tela “Veja os cálculos”..............................106

Figura 36 - Hipermídia desenvolvida - Tela “Maré de equilíbrio”...........................107

Figura 37 - Hipermídia desenvolvida - Tela “Maré de equilíbrio”...........................108

Figura 38 - Hipermídia desenvolvida - Tela “Maré de equilíbrio”...........................109

Figura 39 - Hipermídia desenvolvida - Tela “Maré de equilíbrio”...........................110

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Estudo sobre marés realizado com alunos finlandeses..........................21 Tabela 2 - Principais constantes envolvidas..............................................................48

SUMÁRIO

CAPÍTULO 1- INTRODUÇÃO ........................................................................................16

1.1. Objetivos.................................................................................................................19

1.2. Forças de maré – um tópico negligenciado no Ensino de Física......................20

1.3. Energia maremotriz – aspectos econômicos e ambientais................................24

1.4. Tecnologia na educação........................................................................................26

1.5. Oficina pedagógica................................................................................................29

1.6 Recursos Tecnológicos..........................................................................................30

1.6.1 Hipermídia no ensino de física....................................................................31

1.6.2Animações e simulações..............................................................................33

1.6.3 Vídeos..........................................................................................................34

1.6.4 Hipertextos...................................................................................................35

1.7 Estrutura do texto da dissertação.........................................................................36

CAPÍTULO 2 - TEORIA FÍSICA ENVOLVIDA................................................................38

2.1.Forças de maré – Um breve resumo histórico.....................................................38

2.2.Uma abordagem tradicional das marés................................................................41

2.3.Teoria da maré de equilíbrio...................................................................................46

CAPÍTULO 3 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICO-PEDAGÓGICA...................................55

3.1. Justificativa da referência pedagógica................................................................55

3.2.Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel (TAS)....................................55

3.3.Organizadores prévios............................................................................................58

3.3.1.Tipos de aprendizagem significativa............................................................60

3.3.2.Tipos de subordinação da aprendizagem....................................................61

3.3.3.Diferenciação progressiva e reconciliação integrativa.................................63

3.4 Teoria Cognitiva da Aprendizagem Multimídia (TCAM).......................................65

3.5.TAS & TCAM............................................................................................................69

CAPÍTULO 4 – METODOLOGIA....................................................................................74

4.1. Desenvolvimento da hipermídia...........................................................................74

4.2. Aplicação da proposta de ensino.........................................................................75

CAPÍTULO 5 – RESULTADOS OBTIDOS.....................................................................78

5.1. Análise dos resultados..........................................................................................86

CAPÍTULO 6 - CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................90

REFERÊNCIAS...............................................................................................................92

APÊNDICE A-QUESTIONÁRIOS.................................................................................97

Questionário pré-teste................................................................................................97

Questionário pós-teste...............................................................................................98

APÊNDICE B – ORIENTAÇÃO DE USO DA HIPERMÍDIA DESENVOLVIDA PARA O

ENSINO DO FENÔMENO DAS MARÉS......................................................................99

16

1. INTRODUÇÃO

O tema deste trabalho é uma proposta de ensino sobre as forças de maré e

seus efeitos sobre as águas oceânicas para estudantes universitários, analisada

perante a sua aplicação a alunos do curso de licenciatura em Física da PUC-Minas.

Esse é um tópico muitas vezes negligenciado no ensino de física, até no ensino

superior, mesmo estando presente no nosso dia a dia como possível fonte de

energia, conforme veremos mais adiante.

Devido à negligência por parte dos profissionais da área de ensino, o assunto

é tratado de maneira superficial, muitas vezes apenas através de exemplos dentro do

tópico de gravitação universal. Sendo assim, mostraremos nesta dissertação que o

fenômeno das marés é explicado, geralmente, de maneira incorreta, o que pode

levar a erros conceituais durante o processo de aprendizagem ou até mesmo

reforçar algum conhecimento prévio equivocado.

Vivemos uma era em que a tecnologia está presente em todos os segmentos

de nossas vidas e de forma cada vez mais precoce para as crianças, seja com

tablets, celulares ou videogames de alto poder tecnológico. Com isso, os métodos

convencionais para o ensino de física, focados apenas em livros didáticos e

resolução de exercícios, ficam cada vez menos interessantes para os jovens atuais.

Em relação à falta de interesse por parte dos estudantes, o Comitê de Ensino

de Ciências dos Estados Unidos - Committee on Science Learning -, atesta que um

baixo nível motivacional em relação ao material didático e, consequentemente, à aula

em si, está diretamente relacionado a problemas no aprendizado por parte dos

alunos de uma determinada disciplina (Honey, 2011).

Com uma base deficitária no ensino médio, o aluno transporta suas

dificuldades para o ensino superior, quando é necessária uma abordagem menos

17

tradicionalista que o transforma de mero espectador a uma figura central. Conforme

Jones (2011), a dinâmica de ensino não pode ser focada somente no professor

(teacher-centered) e deve ser substituída por aquela que torna o aluno centro do

processo de aprendizagem (student-centered), dando-lhe a autonomia para que

utilize o aparato tecnológico dos dias atuais com a finalidade de tornar os conceitos

de física menos abstratos, aproximando o aluno à ciência, que para Veit e Teodoro:

A Ciência é um processo de representação do Mundo, sempre sujeito a reformulação. A linguagem matemática desempenha um papel fundamental nesta representação, que não pode ser confundida com explicação. Na realidade, o discurso científico tem mais a ver com representações do que com explicações. Por exemplo, a lei da gravitação universal de Newton é uma forma de representar, através de um modelo matemático, a interação entre corpos celestes. Nada nos diz acerca do que é gravitação. O poder da linguagem matemática resulta, pois, não da sua capacidade de explicação, mas da sua capacidade de representação, de descrição do processo natural. Isto é, utilizando-se equações, é possível reproduzir no papel (no caso de Newton, que não tinha computador, mas paciência para realizar inúmeros cálculos repetitivos...) ou no computador o que se passa no céu (com certo grau de aproximação), (VEIT e TEODORO, 2002, p. 88).

A tecnologia, sendo bem utilizada, é de extrema relevância para o

desenvolvimento cognitivo do aluno, tendo em vista que, segundo Serafim (2001,

apud REGINALDO et al., 2012, p. 2), o aluno só será capaz de compreender a teoria

se conseguir relacionar o conhecimento científico às situações do cotidiano.

Como resultado dessa dissertação, apresentou-se o produto educacional

constituído de um simulador computacional que aborda os principais conceitos

relacionados ao fenômeno das marés, sendo o autor da pesquisa o responsável por

aliar o conteúdo físico do fenômeno com a fundamentação teórico-pedagógica, em

parceria com a MUP Studios, responsável pelo desenvolvimento da hipermídia. Vale

ressaltar que a utilização de um computador para o ensino nem sempre significa uma

fuga da aula tradicional. Segundo, Fiolhais e Trindade (2003) essa inserção ocorre

muitas vezes apenas como substituição do giz e lousa pelo computador, mantendo o

aluno como mero ouvinte que não participa da construção do seu conhecimento.

18

Em um artigo sobre a transformação do ensino de física, Wieman et al. (2005)

apresentam o estudo em que foi constatado que estudantes submetidos a cursos e

métodos avaliativos tradicionais, mesmo sendo aprovados nas disciplinas cursadas,

são incapazes de entender conceitos básicos de física ou assimilar conteúdo durante

a realização de exercícios. Em contrapartida, ao apresentar conteúdo de eletricidade

a um grupo de estudantes concentrando esforços para garantir-lhes a compreensão

dos fenômenos e realizando uma correlação entre os tópicos estudados, foi

observado, além de um aprendizado mais eficiente, uma melhor compreensão de

conceitos abstratos. A partir disso, os autores sugerem que a correta utilização da

tecnologia pode facilitar a compreensão da relação entre a teoria e o mundo real,

sendo benéfica para o ensino de física.

No mestrado profissional, deve ser desenvolvido um produto pedagógico

contextualizado pela dissertação. Sendo assim, buscamos construir como objeto de

aprendizagem uma hipermídia baseada nas ideias da Teoria Cognitiva da

Aprendizagem Multimídia, de Richard Mayer. Aliado a isto, com o objetivo de

proporcionar uma aprendizagem não literal e não arbitrária, apresentamos uma

oficina sobre ensino de marés levando em consideração as noções compreendidas

na Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel. Segundo o autor, em seu

livro Psicologia Educacional:

A essência do processo de aprendizagem significativa é que as ideias expressas simbolicamente são relacionadas às informações previamente adquiridas pelo aluno através de uma relação não arbitrária e substantiva (não literal). Uma relação não arbitrária e substantiva significa que as ideias são relacionadas a algum aspecto relevante existente na estrutura cognitiva do aluno, como, por exemplo, uma imagem, um símbolo, um conceito ou uma proposição. (Ausubel; Novak; Hanesian, 1980, p. 34).

Portanto, este produto visa promover uma atividade de perspectiva inovadora

que utiliza uma metodologia moderna que se propõe capaz de incorporar os

conceitos de mecânica necessários ao estudo do fenômeno das marés. Para tanto,

19

utiliza-se a estrutura cognitiva dos estudantes de Física, que contém elementos tais

como força resultante; decomposição de vetores; força gravitacional e gradiente de

pressão. Pretende-se evitar a utilização de métodos de aprendizado ultrapassados

que somente trabalham a capacidade do aluno em decorar fórmulas e conceitos

padrões.

1.1. Objetivos

Este trabalho tem como objetivo principal destacar a importância de um

estudo mais aprofundado acerca do ensino do fenômeno de marés para estudantes

do nível superior do curso de física. Propõe-se conciliar a teoria física presente no

fenômeno abordado com a utilização de uma hipermídia, em um ambiente de oficina,

pretendendo-se proporcionar aos alunos uma aprendizagem significativa. A oficina

busca conciliar a Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel (1968) com

a Teoria da aprendizagem multimídia de Mayer (2005), que serão os referenciais

teóricos pedagógicos deste trabalho.

Espera-se que a avaliação de eficiência da proposta ocorra após a aplicação

da oficina que conta com a aplicação de questionários que objetivam avaliar a

evolução da estrutura cognitiva dos alunos participantes, através do confrontamento

dos dados coletados e da verificação do aprendizado.

Como objetivo específico, buscamos propor situações que permitam ao aluno

externar seu conhecimento prévio e utilizá-lo em relação com as ferramentas

disponíveis no objeto de aprendizagem. Sendo assim, espera-se que eles sejam

capazes de contextualizar o conceito estudado, seja com uma simples alteração de

altura do nível do oceano, até a geração de energia através de efeitos de maré.

De maneira geral, espera-se que o produto didático aplicado seja capaz de

promover o aumento de interesse nos estudantes avaliados, possibilitando uma

maior motivação para o aprendizado científico. Espera-se também, uma maior

20

participação dos alunos em comparação com a metodologia tradicional de ensino,

incentivando o questionamento e a evolução de habilidades atitudinais como, por

exemplo, o respeito pela fala e opinião do colega.

1.2. Forças de maré – um tópico negligenciado no Ensino de Física

Por muito tempo as marés representaram um mistério para os cientistas,

podendo-se citar, como exemplo, a dificuldade em explicar o porquê da ocorrência

de maré alta em uma região do planeta que se encontra distante da Lua. Sendo

assim, mesmo vivendo em uma época de avanços científicos, com pesquisas

oceanográficas sendo realizadas, esse assunto ainda é obscuro até mesmo para os

estudantes de física.

No estudo publicado para o American Journal of Physics, Galili e Lehavi

(2003) analisaram quatorze livros didáticos e dois grupos de estudantes com o

objetivo de avaliar a compreensão das forças de maré e a habilidade em relacionar o

tema com a força de gravidade. A conclusão foi uma relação de livros que não

fornecem uma explicação satisfatória, ou negligenciam o tema, abordando-o apenas

a título de curiosidade em tópicos curtos ao final do capítulo sobre gravitação,

resultando em alunos com dificuldade para construção de uma análise sobre o tema.

O referido estudo corrobora o realizado por Viiri (2000), que analisou cento e

trinta estudantes finlandeses, divididos em três grupos, sendo vinte e oito do ensino

básico e cento e dois estudantes universitários. Os alunos eram indagados sobre

marés, sobre a origem do fenômeno e como representá-lo esquematicamente e, de

acordo com as respostas apresentadas, os participantes foram divididos em quatro

grupos, conforme tabela 1:

21

Tabela 1: Estudo sobre marés realizado com alunos finlandeses

Fonte: traduzida a partir de Viiri (2000)

Como se pode observar, as respostas, bastante diversificadas, foram divididas

em quatro grupos. O Grupo A foi considerado o mais fisicamente correto enquanto o

Grupo D representa as respostas mais incorretas. Alguns alunos conseguiram

relacionar a formação de duas protuberâncias de maré com o gradiente da força

gravitacional da Lua, enquanto outros relacionaram com a chuva, vento ou afirmaram

não ter ideia. Vale ressaltar que nenhum aluno entrevistado conseguiu relacionar a

maré de forma mais científica, seja citando a teoria da maré de equilíbrio ou a teoria

dinâmica, ambas apresentadas neste trabalho. A figura 1 nos mostra um comparativo

entre os três grupos entrevistados, sendo o eixo vertical o índice de respostas

obtidos por Viiri.

22

Figura 1: Estudo sobre marés realizado com alunos finlandeses

Fonte: Viiri (2000)

A partir dos dados acima apresentados, pode-se observar que somente o

segundo grupo de universitários, que fazem estágio com professores de um grau

mais elevado, foram capazes de relacionar o fenômeno com um conceito mais

científico, em que as duas protuberâncias se devem ao gradiente da força

gravitacional exercida pela Lua. Outro fator interessante que devemos salientar é a

elevada incidência de respostas, representada na figura 1 pela legenda B4,

baseadas em um senso comum de que as protuberâncias de maré só ocorrem do

lado terrestre em que a Lua se encontra, descartando a influência gravitacional de

nosso satélite no lado oposto do globo.

Para que seja possível introduzir o conceito da teoria da maré de equilíbrio, é

preciso mudar esse cenário já na formação do professor de física, abordando o tema

em sala de aula e utilizando materiais didáticos que apresentam o fenômeno de

maneira correta. No âmbito nacional, as forças de maré também são tratadas de

23

forma superficial ou, em alguns casos, não são nem citadas nos livros didáticos que

fazem parte da vida escolar de um estudante de graduação em física, o que vai ao

encontro com o estudo realizado por Galili e Lehavi (2003).

O livro Fundamentos de Física, volume 2, de Halliday e Resnick (2016),

aborda o tema através de um exemplo apresentado em apenas meia página, dentro

do capítulo de gravitação, intitulado “diferença entre a aceleração da cabeça e a

aceleração dos pés”. O texto não realiza uma análise profunda dos conceitos físicos

envolvidos:

(...) O resultado significa que a aceleração gravitacional dos pés da astronauta em direção a Terra é ligeiramente maior que a aceleração da cabeça. A diferença entre as acelerações (conhecida como efeito maré) tende a esticar o corpo da astronauta mas é tão pequena que não pode ser percebida (HALLIDAY; RESNICK, 2016, p. 36).

Ao analisar outra coleção bastante utilizada para o ensino de física básica nas

graduações de Física, a sexta edição do volume inicial da coleção Física para

Cientistas e Engenheiros, de Paul Tipler, não foi localizada uma única menção

destinada à compreensão das forças de maré, seja em um tópico específico dentro

do capítulo destinado à gravitação universal ou mesmo a título de curiosidade dentro

do espaço destinado ao final de cada capítulo, chamado “Física em foco”.

Com isso, o produto pedagógico presente neste trabalho tem a finalidade de

suprir tal carência pedagógica relacionada ao tema em questão, procurando aliar os

conceitos físicos pertinentes a uma boa didática, dentro de recursos modernos e

contemporâneos como hipermídias, de modo que o aluno se sinta interessado pelo

tema.

24

1.3. Energia maremotriz – Aspectos econômicos e ambientais

Estamos inseridos em uma sociedade cada vez mais interessada e

participativa no debate ambiental. Problemas como o aquecimento global nos forçam

a pensar em mudanças referentes à utilização de combustíveis fósseis, o que desafia

líderes do setor energético a buscar novas fontes energéticas. Diante de tal cenário,

uma opção cada vez mais viável é a utilização da energia maremotriz, dado o

crescente aperfeiçoamento de equipamentos utilizados na conversão de energia.

Uma das vantagens técnicas da energia maremotriz, em relação à outras

fontes energéticas, é o fator da previsibilidade. Por se tratar de um fenômeno de

cunho astronômico, é possível prever com alto grau de precisão o comportamento

das marés e, consequentemente, a energia produzida. Do ponto de vista ambiental,

uma vantagem a ser citada é a não necessidade de alagamento de novas áreas,

como geralmente ocorre nas hidrelétricas convencionais.

Alguns países ao redor do globo já dispõem dessa tecnologia, dentre eles

podemos citar China, Reino Unido, Canadá e França. Segundo Wu (1999), gasta-se

entre $350 e $400 dólares por quilowatt instalado para que se construa uma usina

maremotriz convencional. Como exemplo tem-se a planta de La Rance, na França,

que possui uma capacidade instalada de 240 MW e teve o custo para construção em

torno de $100 milhões. Sua produção anual gira em torno de 500 GWh e um custo

estimado de €0.12/kWh (WIKIPEDIA, 2019).

Do ponto de vista ambiental, a energia maremotriz não produz nenhum nível

de poluição ao meio ambiente, porém é necessária a realização de um estudo sobre

o ecossistema local, bem como sobre as atividades humanas na região, com o

objetivo de minimizar ao máximo os efeitos ocasionados pela construção da

barragem em um estuário. Com relação às possíveis alterações no ecossistema,

Clark (2007) destaca três principais alterações que podem ocorrer:

25

● Alteração na repartição das espécies no interior do estuário;

● Alteração no número de espécies do estuário, com algumas deixando de

existir e novas espécies surgindo;

● Alterações na taxa de reprodução e crescimento de algumas espécies,

provocando alterações no ciclo de vida.

Embora todos esses aspectos devam ser minuciosamente verificados, vale

salientar que o nível de incidência das possíveis alterações não se mantém de forma

igualitária para todas as regiões do planeta. Frau (1993), utilizando a usina

maremotriz de La Rance como referência, observou que os impactos ambientais

estiveram presentes somente durante o período de construção, quando ocorreu a

interrupção do fluxo natural do estuário. Com relação à vida marinha, foram

diagnosticadas modificações ao longo do ano até que um novo equilíbrio no

ecossistema da região foi alcançado.

Com relação aos aspectos econômicos envolvidos na construção de uma

usina eletromotriz, deve-se ponderar todos os aspectos envolvidos, tanto os diretos

quanto os indiretos. Clark (2007) afirma que aspectos diretos estão relacionados aos

custos de construção, operação e manutenção da usina, enquanto os indiretos estão

relacionados aos impactos ambientais e socioeconômicos associados à mesma.

Como exemplo dos aspectos indiretos tem-se o desenvolvimento de atividades

turísticas no entorno.

O autor salienta que uma usina maremotriz usufrui de uma fonte primária

praticamente inesgotável e possui custos operacionais mínimos em comparação a

outras fontes energéticas. Portanto, os investimentos envolvidos em construção e

operação são recuperados ao longo dos anos através da economia em combustíveis.

Conforme afirmado anteriormente, uma usina maremotriz está livre de

acidentes ambientais presentes em outras fontes energéticas, como por exemplo a

emissão de gases poluentes, a contaminação da água, a produção de resíduos e o

26

derramamento de óleo, o que beneficia de forma direta tanto o aspecto ambiental

quanto o econômico. Além disso, Charlier e Finkl (2009) salientam que a vida útil de

uma fonte energética deste tipo pode variar entre duas a três vezes mais em

comparação a uma usina térmica ou nuclear.

Sendo assim, por representar um tema com importante relevância para nossa

sociedade contemporânea, o ensino de marés não pode continuar sendo tratado

como irrelevante e negligenciado em sala de aula. Além disso, o ensino de marés

não deve ser focado apenas nos cursos de Física, pois representa um tema

abrangente que envolve várias áreas de interesse para o desenvolvimento

sustentável de nosso planeta.

1.4 Tecnologia na educação

Etimologicamente, a palavra tecnologia tem origem do grego tekné, cujo

significado pode ser representado como “técnica, ofício ou arte”, juntamente com o

sufixo logia, que significa “estudo”. Sendo assim, podemos dizer que tecnologia

representa o estudo da técnica ou, utilizando o conceito apresentado por Veraszto

(2004), o estudo da própria atividade do modificar, do transformar, do agir.

Desde a última década, o mundo vem evoluindo tecnologicamente de maneira

significativa, possibilitando avanços científicos em diversas áreas e, como

consequência, apresentando novas opções de entretenimento e comunicação.

Nesse processo, é esperado que o sistema educacional se modernize e apresente

novas ferramentas capazes de proporcionar um melhor aprendizado aos estudantes.

Pietrocola e Brockington (2003) resumem bem a sociedade na qual estamos

inseridos:

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

27

sociedade cada vez mais tecnológica, fruto de uma industrialização que tomou proporções inimagináveis a partir do século XX, alavancada por “revolucionárias” teorias científicas (PIETROCOLA; BROCKINGTON, 2003, p. 2).

Damos o nome de Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC) a todos

os dispositivos que interferem e intercedem nos processos de informação e nos

meios comunicativos da sociedade. A utilização das TIC possibilita diminuir a

distância entre estudante e escola (BRASIL, 2013) e, com isso, está cada vez mais

presente no cotidiano da vida escolar. Sendo assim, é fundamental a utilização

desses recursos tecnológicos por parte da escola, uma vez que eles estão cada vez

mais inseridos em nosso dia a dia (LEIVAS, GOBBI, 2014).

Para uma sala de aula heterogênea, que apresenta os mais diversos ritmos de

aprendizagem e dificuldades individuais, Fiolhais e Trindade (2003) consideram o

computador como um elemento facilitador na superação dessas diferenças, além de

ser um instrumento capaz de promover a adequação dos conteúdos às diversas

capacidades pessoais. Salienta-se aqui a importância de equipar jovens com

ferramentas capazes de desenvolver suas capacidades cognitivas.

Deve-se lembrar que, apesar de recomendada como instrumento de grande

utilidade para o ensino, o uso da tecnologia requer uma análise crítica por parte do

docente, o respeito entre as partes envolvidas, a gestão democrática e o uso

comprometido com o desenvolvimento humano. Conforme recomendação do Guia

de Tecnologias Educacionais (GTE) do MEC, Brasil (2008):

Embora se considere importante o uso de uma tecnologia, vale lembrar que esse uso se torna desprovido de sentido se não estiver aliado a uma perspectiva educacional comprometida com o desenvolvimento humano, com a formação de cidadãos, com a gestão democrática, com o respeito à profissão do professor e com a qualidade social da educação (BRASIL, 2008).

Ao avaliar trabalhos na área do ensino, pode-se verificar uma forte tendência

de conciliar a tecnologia com abordagens humanistas, fazendo com que educadores

trabalhem com teorias pedagógicas que propõem uma relação mais próxima entre

28

educador e educando. Pode-se citar, por exemplo, a teoria sócio-interacionista de

Vygotsky e a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, teórico que compõe a

base pedagógica deste trabalho.

Esta inclinação a harmonizar aparatos tecnológicos com uma proposta de

ensino mais humana vai ao encontro das ideias de Postman (1994), que propõe o

uso de tecnologias não apenas para simples transmissão de conteúdo, mas também

para formação de indivíduos críticos e racionais. Corroborando a teoria, no estudo

realizado por Lara et al (2013), os próprios estudantes avaliados colocaram a

formação do senso crítico como ponto principal da aprendizagem através do uso de

computadores:

Em nossa conversa final com os estudantes, o aspecto mais citado não foi o computador, o projetor ou qualquer outro recurso ou artefato utilizado, e sim os benefícios que aquele ambiente proporcionou para as dúvidas e discussões e a forma com que essa oficina pode colaborar para a formação do senso crítico e de observação dos estudantes. Através do papel de mediação assumido pelas TIC nessas oficinas pudemos concluir que é uma estratégia que se utilizada corretamente e com objetivos bem definidos pelo professor, em sala de aula, beneficia o processo de ensino aprendizagem,

como elemento motivador da busca pelo conhecimento. (LARA et al. 2013, p7)

Ao se considerar a sociedade cada vez mais inclusiva tecnologicamente, em que as

tecnologias se tornam obsoletas mais prematuramente em relação ao passado e são

substituídas por mídias cada vez mais inovadoras, é necessário reinventar a escola.

Ou seja, aproveitar o momento de transformações em que vivemos e proporcionar

um ambiente capaz de aliar o prazer em aprender com a tecnologia e a educação

(ALVES, 2001).

Para que a utilização de tecnologias em sala de aula possua um caráter

positivo, é necessária uma mudança tanto no comportamento do aluno quanto do

professor. O aluno não pode se manter passivo, estático, apenas recebendo

informações do professor e sim deve ter uma postura ativa, interagir com as novas

29

ferramentas tecnológicas de modo que saiba adquirir informações, filtrar o mais

importante e tornar-se crítico. Com relação ao papel do professor, Kenski (2002)

ressalta:

neste momento, não será anunciar a informação, mas orientar, promover a discussão, estimular a reflexão crítica diante dos dados recolhidos nas amplas e variadas fontes. Possibilitará aos alunos a triagem destas informações e o estabelecimento de oportunidades para a reflexão, o debate e a identificação da qualidade do que lhes é oferecido pelos inúmeros canais por onde os conhecimentos são disponibilizados. Neste sentido, ele é o profissional que vai auxiliar na compreensão, utilização, aplicação e avaliação crítica das inovações, em sentido amplo, requeridas pela cultura escolar. (KENSKI, 2002, p. 103).

Honey (2011) nos mostra que a falta de interesse, por parte dos alunos, nos

materiais didáticos disponíveis é uma das causas da dificuldade na aprendizagem no

ensino de ciências. Uma vez que o desinteresse ocorra no ensino fundamental, esse

estudante deverá ser uma pessoa mais dedicada aos estudos e, muitas vezes,

precisará de ajuda externa como um psicólogo ou aulas de reforço, caso queira

recuperar o que o autor chama de “habilidades científicas” para os níveis mais altos

de ensino.

Considerando o uso diversificado da tecnologia no ensino, utilizaremos o

conceito de hipermídia como produto pedagógico desta dissertação. Nos próximos

tópicos que compõem esse capítulo, serão apresentados os conceitos de oficina,

hipermídia e dos recursos tecnológicos utilizados para desenvolvê-la, sejam eles

hipertexto, simulação ou vídeo, assim como sua utilização no ensino de Física.

1.5 Oficina pedagógica

A oficina pedagógica pode ser definida como um local para construção do

conhecimento com foco na ação, sem negligenciar a base teórica, um processo ativo

de transformação recíproca entre sujeito e objeto (Cuberes apud Vieira, Volquind,

30

2002). Ao aliar o desenvolvimento de uma oficina pedagógica com recursos

tecnológicos capazes de demonstrar fenômenos abstratos, como é o tema deste

trabalho, estamos promovendo o fundamento básico do processo pedagógico, ou

seja, conciliar teoria e prática. Portanto, concordamos com Paviani (2009) ao dizer

que uma oficina deve construir, produzir e relacionar conhecimentos teóricos e

práticos, de forma ativa e reflexiva.

Para Candau (1995), a oficina é um espaço de construção coletiva do

conhecimento, portanto devemos salientar a necessidade de promover um ensino

não verticalizado, uma vez que o professor não ensina o que sabe e sim estimula os

alunos, proporciona uma aprendizagem em que o aprendiz é protagonista do

processo de ensino. Sendo assim, a construção de saberes decorre de fatores como

o conhecimento prévio e o nível de interesse dos participantes, conforme determina

Pavani (2009).

Portanto, como veremos na fundamentação teórico-pedagógica, uma oficina

bem desenvolvida, aliada a uma hipermídia capaz de motivar o estudante, converge

com as ideias de nosso aporte pedagógico, David Ausubel. Isso favorece a

aprendizagem significativa do tema abordado, o que corresponde ao objetivo

específico do trabalho em questão.

1.6 Recursos tecnológicos

Caracteriza-se como recursos tecnológicos qualquer tecnologia disponível, da

mais simples à mais complexa, que possa ser utilizada em caráter individual ou em

conjunto com outra, para atender a um determinado objetivo. Para o

desenvolvimento do produto pedagógico dessa pesquisa, utilizamos três recursos

tecnológicos distintos: animação/simulação computacional, vídeo e hipertexto, de

modo a formar um recurso único que engloba os três de modo não linear e objetivo,

31

gerando o que podemos definir como hipermídia. Sendo assim, nos próximos tópicos

serão discutidos os conceitos de cada um desses recursos e como sua utilização

pode representar um facilitador para o docente no ensino de física.

1.6.1. Hipermídia no ensino de física

A hipermídia pode ser definida como a reunião de várias mídias distintas em

um ambiente computacional amparado por sistemas eletrônicos de comunicação.

Entretanto, não se pode confundi-la com o conceito de multimídia, pois se trata da

junção dessas mídias a partir de elementos não lineares (Bayron, 2011), ou seja,

hipermídia é algo mais complexo do que simplesmente a soma de mídias distintas.

Em seu trabalho, Gosciola (2003) exemplifica a diferença entre esses dois conceitos:

a TV que oferece possibilidades de mudar de canal, alterar o volume do som, cor e brilho é multimídia, mas a TV interativa digital que oferece programas interativos, como possibilidade de escolha entre algumas câmeras, deixa de ser multimídia e passa a ser hipermídia (Gosciola, 2003 p.36).

Em outras palavras, pode-se dizer que a principal diferença entre multimídia e

hipermídia se resume na liberdade proporcionada pela manipulação das informações

contidas no aparato, o que proporciona uma sequência didática única e individual.

Silva (2012) alerta que ao usar uma hipermídia com caráter educacional não é

desejável que o estudante se perca ou se distancie do objetivo proposto. Se torna

crucial definir uma arquitetura de navegação que consiga conciliar a não linearidade

com o cuidado de evitar distrações.

Ao elaborar uma hipermídia voltada ao ensino, é necessário salientar a

importância da interdisciplinaridade entre profissionais de diversas áreas de atuação,

a fim de proporcionar uma navegação sem perda de conteúdo, fluída e de simples

manuseio. A título de exemplo, a construção do objeto de aprendizagem que compõe

este trabalho contou com a participação de profissionais da área do ensino de Física,

32

responsáveis pelo conceito físico, e web designers responsáveis pela representação

visual das ideias propostas, buscando uma construção gráfica clara e concisa para

quem manuseia a hipermídia. Sobre essa interação, Gosciola (2003) afirma que:

Para a hipermídia e para qualquer outro produto audiovisual, antes de existir um roteiro existe um argumento, baseado em uma ideia, em uma história narrada por alguém em conversas entre as pessoas (Gosciola, 2003 p.140).

Ao utilizar uma hipermídia em sala de aula, o docente deve ser capaz de vencer a

metodologia tradicional de ensino e proporcionar uma exploração ativa do conteúdo

proposto. Tal postura promove uma maior compreensão de temas abstratos e

favorece a capacidade do estudante de associar e ancorar novas ideias em sua

estrutura cognitiva.

Campos (1994) expõe algumas vantagens na utilização de hipermídias

voltadas ao ensino, das quais destacam-se: o controle pessoal de cada aluno em seu

ritmo de aprendizagem; atendimento individualizado no tocante à dúvidas; possibilita

um modo criativo para novos conteúdos e avaliações; método de ensino atrativo,

estimulante e motivacional para os estudantes envolvidos.

A fim de corroborar as ideias apresentadas, pode-se citar a pesquisa realizada

por Rezende (2001), na qual a autora avaliou o desenvolvimento de uma hipermídia

para o ensino de Mecânica. Segundo os resultados obtidos, a receptividade por parte

dos estudantes foi positiva e constatou-se a contribuição do software para a

reestruturação de conceitos e o desenvolvimento dos alunos envolvidos.

Com o objetivo de aumentar a compreensão sobre a composição do produto

pedagógico proposto nesta pesquisa, iremos abordar em caráter individual cada uma

das mídias envolvidas na construção do objeto de aprendizagem. Apresentaremos a

definição conceitual e seu benefício no campo da educação, caso utilizada de

maneira correta. São eles: animações/simulações; vídeos e hipertextos.

33

1.6.2. Animações e simulações

Segundo Freitas Filho (2008), podemos definir animação como a utilização de

técnicas matemáticas em computadores com a finalidade de reproduzir um processo

ou uma operação do mundo real. Assim, ao elaborar uma animação, é imprescindível

determinar a situação real que se deseja simular e construir um modelo

computacional correspondente a tal conjuntura. A simulação consiste em uma

animação mais abrangente, concedendo ao aluno a possibilidade de conhecer e,

caso necessário, modificar as grandezas presentes e não somente manipular o

evento.

Evidenciado por Macêdo (2009), um dos maiores contratempos do professor

de Física em sala de aula se deve à tentativa de construir o conhecimento junto aos

seus alunos, uma vez que muitos dos fenômenos envolvidos na disciplina são

abstratos e de difícil compreensão. A maior parte destes problemas ocorre porque

conceitos abstratos são difíceis de serem visualizados durante uma aula tradicional,

utilizando-se somente figuras ou textos livrescos. Ao utilizar simulações em sala de

aula, o professor possibilita aos alunos observar em alguns minutos a evolução

temporal de um fenômeno que levaria um tempo muito elevado no mundo real. Além

disso, permite a repetição do evento sempre que o aluno desejar (HECKLER;

SARAIVA; OLIVEIRA-FILHO, 2007).

Vale ressaltar que, ao utilizar simulações virtuais em sala de aula, cabe ao

docente ter prudência para escolher quais simulações irá trabalhar, sabendo

relacioná-las com o conteúdo abordado e salientando que tais recursos reproduzem

a realidade de forma simplificada. Deve ficar evidenciado ao estudante quais fatores,

presentes nos fenômenos reais, deve-se desprezar durante a simulação e o

professor precisará debater com a turma as razões que os levaram a tal decisão.

Segundo Medeiros e Medeiros (2002):

34

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 professores e educandos, se os limites de validade do modelo não forem tornados explícitos, os danos potenciais que podem ser causados por tais simulações são enormes. Tais danos tornar-se-ão ainda maiores se o modelo contiver erros grosseiros (MEDEIROS;MEDEIROS, 2002, p. 81).

Por fim, tal recurso não ficará restrito a uma ordem de utilização específica, cabendo

ao professor aplicar as simulações ao finalizar um tema, com o intuito de identificar

possíveis falhas conceituais, ou antes de aprofundar determinado conteúdo.

1.6.3. Vídeos

Seguindo a tendência de um mundo digital cada vez mais imerso na internet,

plataformas de vídeos, como o YouTube, por exemplo, ganham popularidade em

nosso cotidiano. Elas ocupam um espaço cada vez maior através de canais de

notícias, entretenimento, divulgação científica e com vídeos voltados para a

educação, que englobam todos os níveis de ensino.

Como já salientado anteriormente, para que a utilização de vídeos em sala de

aula obtenha êxito em seu objetivo didático é necessário que o docente faça uma

escolha responsável do material em questão. Ele precisa ser capaz de contextualizar

o conteúdo em sua disciplina, independente da complexidade. Concordamos com

Moran (1994) ao afirmar que mídias visuais facilitam a compreensão no momento em

que se discute um tema abstrato. Por outro lado, é necessário se atentar para que o

vídeo não seja demasiadamente longo e, assim, evitar que os alunos se dispersem.

A fim de proporcionar aos estudantes um caráter motivacional para a

aprendizagem dos conteúdos apresentados, Arroio e Giordan (2006) enfatizam a

importância de se verificar a linguagem do produto, bem como o nível das ideias, e

se elas se adequam ao que os alunos irão assistir. Desta forma, pode-se afirmar se o

material multimídia apresenta um apelo emocional.

35

Temos a consciência de que vídeos didáticos podem ser construídos desde

uma simples gravação de celular, gravações de fenômenos reais ou até mesmo

modelagens computacionais elaboradas a partir de animações. Sendo assim,

optamos por incluir em nosso objeto de aprendizagem um vídeo retirado do YouTube

que explica os fenômenos de maré utilizando uma linguagem de fácil acesso e que

apresenta analogias capazes de tornar o tema menos abstrato.

1.6.4. Hipertextos

Pode-se definir hipertexto como um termo que remete a um texto ao qual se

associam outros conjuntos de informação em diversos formatos como, por exemplo,

bloco de textos, palavras, imagens ou sons, cuja conexão se dá através de

referências específicas, sendo denominadas de hiperligações (WIKIPÉDIA, 2019).

De modo geral, são várias as características que tornam o hipertexto uma

ferramenta essencialmente virtual e descentralizada. Segundo Bolter (1971), ele

opera pela interconexão interativa, propicia a relação entre leitor e navegador com

múltiplos autores em uma quase sobreposição, o que permite relacionar tal

experiência com uma interação verbal face a face.

Presentes no produto pedagógico que compõe este trabalho, os hipertextos

têm como objetivo proporcionar uma interação com o estudante de Física, permitindo

aprofundar a teoria física das marés de modo dinâmico, sem a necessidade de sair

da hipermídia para uma pesquisa mais detalhada na internet. Desta forma, o aluno

será capaz de manter seu ritmo de estudo sem interrupções, o que facilita sua

concentração e influencia positivamente seu processo de aprendizagem.

36

1.7. Estrutura do texto da dissertação

Após este capítulo introdutório, descreveremos no segundo capítulo toda a

teoria física que será explorada na construção do produto pedagógico apresentado

neste trabalho.

Já no terceiro capítulo, apresentaremos os referenciais pedagógicos que

nortearam a pesquisa, que são Ausubel e sua Teoria da Aprendizagem Significativa

e a Teoria da aprendizagem multimídia, proposta por Mayer. Buscaremos conciliá-las

de modo a promover uma aula não tradicional para estudantes da licenciatura em

Física.

No quarto capítulo, será descrita a metodologia adotada, englobando o

desenvolvimento da hipermídia, conforme as premissas de Mayer (2005), e a

construção da oficina com base nas concepções de Ausubel (1968).

Com a finalidade de explicitar a evolução na estrutura cognitiva dos

estudantes participantes, o quinto capítulo trará os testes e questionários utilizados

para coletar os dados referentes à implementação do produto pedagógico. Além

disso, será apresentada a porcentagem de respostas corretas, assim como os

principais equívocos nas respostas a cada pergunta que compõe os testes e a

análise dos dados obtidos. Será apresentada uma crítica sobre as respostas e

traçaremos um comparativo entre os questionários pré e pós-teste.

No sexto capítulo, intitulado Considerações Finais, apresentaremos os

aspectos positivos e negativos observados durante a realização da oficina, bem

como as reflexões sobre se o produto pedagógico desenvolvido atingiu ou não os

objetivos propostos nesta dissertação.

Na última parte deste trabalho encontram-se os apêndices e anexos que

contemplam os materiais utilizados, tais como os questionários supracitados.

Destaca-se o apêndice B, seção onde se encontra o produto educacional

37

desenvolvido na dissertação. Apresentamos de forma minuciosa uma sugestão de

sequência didática capaz de conciliar a física envolvida na construção da hipermídia

com as ideias de Ausubel, de modo que, ao final da oficina, tenhamos um resultado

que sugira a ocorrência de uma aprendizagem significativa.

38

2. TEORIA FÍSICA ENVOLVIDA

Este capítulo apresenta o conceito físico trabalhado didaticamente com o

produto pedagógico desenvolvido na dissertação. Além disso, há o detalhamento do

significado físico das forças de maré bem como suas consequências.

Antes de apresentarmos a teoria vigente, mostramos uma breve e resumida

linha cronológica do fenômeno das marés, apoiada no trabalho de Ekman (1993). Os

conceitos físicos que norteiam esse capítulo foram retirados do trabalho de Gjevik

(2013), Lectures on tides. Bjørn Gjevik é um físico norueguês, professor na

Universidade de Oslo. Suas ideias inspiraram artigos importantes na área de física

oceanográfica, modelagem matemática e circulação oceânica, como por exemplo os

trabalhos de Petroliagkis (2018) e Hjelmervik et al.(2017) .

Com o intuito de contextualizar tal fenômeno, mostraremos de que forma as

forças de maré podem ser utilizadas como fonte geradora de energia, além das

principais características da força maremotriz. Todos os conceitos físicos citados

podem ser estudados no simulador que compõe o presente produto pedagógico e

estão presentes tanto na metodologia, quanto nos testes avaliados que compõem o

trabalho.

2.1. Forças de maré – Um breve resumo histórico

Popularmente, pode-se definir como maré a variação dos níveis das águas

oceânicas, sendo comum as terminologias “maré alta” e “maré baixa” para tal

definição de nível. Esse fenômeno sempre intrigou as mentes mais curiosas, desde a

época de civilizações antigas como os Fenícios, e foi considerado por Ekman (1993)

como um dos primeiros conhecimentos astrofísicos da humanidade.

39

Um dos primeiros a sugerir que a gravidade da Lua era a responsável pelo

fenômeno das marés foi o astrônomo grego Pytheas, 330 anos antes de Cristo.

Pytheas, durante uma expedição até as ilhas britânicas, foi o primeiro a observar a

ocorrência de duas marés altas por dia e dizer que, de alguma forma, esse fenômeno

era controlado pela Lua e suas fases.

Em 1609, o astrônomo alemão Johannes Kepler, em seu livro Astronomia

nova, chegou a relacionar o fenômeno das marés com “algum tipo de magnetismo”

existente entre nosso planeta, o Sol e a Lua, enquanto Galileo, em 1619, tentou

refutar a explicação de Kepler, através de sua publicação denominada Discurso

sobre Marés. De acordo com o físico italiano, o movimento de translação ao redor do

Sol gerava o deslocamento das águas oceânicas, que podiam ser aceleradas na

maré alta, ou retardadas na maré baixa, devido à rotação terrestre.

A solução para o problema foi apresentada em 1687 pelo físico e matemático

Isaac Newton, através do seu livro Philosophiae naturalis principia mathematica.

Newton afirmou que as marés eram criadas devido ao fato de a gravidade não ser

constante ao redor do corpo celeste, e diferentemente de seus antecessores, não

responsabilizava apenas a Lua ou o Sol, mas sim todos os corpos celestes.

Em sua teoria, Newton imaginava um hipotético oceano de nível global,

cobrindo toda superfície terrestre e em equilíbrio estático, originando assim a

denominada maré de equilíbrio. Explicitada nas proposições 24, 36 e 37 de sua obra,

Newton foi capaz de explicar três propriedades fundamentais das marés: a oscilação

das marés ocorrendo em um período de doze horas, uma amplitude diretamente

relacionada com as fases da Lua e a desigualdade diurna, nome dado à diferença de

altura entre duas marés cheias consecutivas.

Na preposição 36, problema 17, Newton foi capaz de determinar a força

necessária para o Sol mover o mar:

40

Como a força centrifuga das partes da terra, surgindo do movimento diurno da terra, que está para a força da gravidade assim como 1 está para 289, sobe as águas sobre o equador a uma altura que excede aquela sobre os pólos por 85.472 pés de Paris, como acima na Proposição 19, a força do sol, que mostramos agora estar para a força da gravidade como 1 está para 12.868.200 e, portanto, está para a força centrifuga assim como 289 está para 12.868.200, ou como 1 para 44.527, será capaz de levantar as águas nos lugares diretamente sob o sol e diretamente opostos a ele (...) (NEWTON; 1686, p. 264).

Mesmo apresentando uma explicação satisfatória para o fenômeno das

marés, a teoria de Newton não estava completa. Em 1775, o matemático e

astrônomo francês, Pierre de Laplace, apresentou sua teoria para a Royal Academia

de Paris e, vinte e quatro anos mais tarde, finalizou sua explicação apresentando seu

trabalho em sua obra, Traité de mécanique céleste.

Dando origem a um pensamento não estático, que daria início para

chegarmos à Teoria Dinâmica das Marés, Laplace trata as marés oceânicas como

água em movimento, ao invés de equilíbrio. Em sua equação, que só pode ser

solucionada numericamente após a invenção do computador, o matemático passou a

considerar efeitos da força de Coriolis1, que causa a propagação de ondas de marés

através da superfície oceânica.

Em 1754, o filósofo alemão Immanuel Kant chegou a propor que o atrito

oriundo do movimento das marés, em relação à Terra, seria capaz de causar um

retardo acentuado na rotação terrestre, a ponto de que, num futuro longínquo, um dia

se igualaria a um mês. Kant admitia não possuir evidências que corroborassem sua

hipótese, porém deixou esse questionamento para mentes pensantes futuras.

1 A força inercial de Coriolis ou pseudoforça de Coriolis é uma pseudoforça ou força inercial - não sendo

portanto uma força na definição do termo - percebida apenas por observadores solidários a referenciais não-inerciais animados de movimento de rotação em relação a um referencial inercial que se afastam ou aproximam do centro deste movimento de rotação. A pseudoforça de Coriolis faz-se presente apenas quando o objeto encontra-se em movimento em relação ao referencial não-inercial em consideração, mostrando-se sempre perpendicular à velocidade e também ao eixo de rotação do sistema não inercial em relação ao inercial

41

Anos mais tarde, em 1853, o oceanógrafo americano Willian Ferrel foi o

primeiro a admitir a existência de um atrito causado pelas marés e que isso levava a

uma aceleração aparente no movimento dos astros celestes. Ferrel, em 1864,

chegou a apresentar um cálculo mostrando que dentro de 300 mil anos a duração do

nosso dia teria o atraso de 1 segundo, número atualmente corrigido para

aproximadamente 2ms a cada século.

Mesmo que para muitos aparentasse ser um dado insignificante, desprezível,

o trabalho de Ferrel despertou interesse na comunidade científica e em 1866, o

astrônomo inglês George Airy foi o primeiro a relacionar o atrito causado pelas marés

ao prolongamento do dia, o que poderia ocasionar o aumento da distância entre a

Terra e a Lua. Hoje sabemos que esse afastamento realmente ocorre, pois devido à

energia dissipada pelas marés, o momento angular tem que ser conservado e,

portanto, há uma transferência de momento angular da Terra para a Lua, o que

aumenta ligeiramente sua velocidade orbital e, consequentemente, sua distância.

Na seção 2.2, abordaremos a física da Teoria da Maré de Equilíbrio e

mostraremos que, se considerarmos a Maré Dinâmica, a resposta oceânica para tal

fenômeno é similar a osciladores harmônicos lineares.

2.2. Uma abordagem tradicional das marés

No decorrer deste tópico, será possível observar que a força gravitacional

exerce grande influência sobre o referido fenômeno, porém, ao contrário do que

consta em muitos livros didáticos, não deve ser tratado como uma variável única e

isolada. Nesse caso, deve-se levar em consideração também o gradiente de pressão

gerado no fluído.

Para facilitar a compreensão do caráter físico desse fenômeno, analisaremos

inicialmente o sistema Terra-Lua utilizando duas visões distintas, sendo a primeira a

42

abordagem tradicional que mesmo estando presente em grande parte dos livros

didáticos está fisicamente incompleta e, em seguida, apresentamos a teoria da Maré

de Equilíbrio, abordada por Gjevik (2013), e que consiste na base conceitual

envolvida na construção do produto pedagógico que compõe este trabalho.

A explicação mais corriqueira, presente na maior parte dos livros e em sites

acadêmicos que abordam o tema, é de que, uma vez que diferentes partes do

planeta possuem distâncias distintas em relação à Lua, não há uma uniformidade na

força gravitacional por elas sofrida, conforme mostrado na figura 2.

Figura 2 - Diferenças na força gravitacional ao longo da Terra

Fonte: Geomorfologia costeira UFMA

Ao tratar a força gravitacional diferencial, em cada um dos pontos do planeta,

como a diferença entre a força gravitacional no ponto específico e a força

gravitacional no centro de massa, teremos, figura 3, como resultante a situação

obtida na figura 4. Portanto, essa força gravitacional diferencial é denominada força

de maré.

43

Figura 3 - Força gravitacional diferencial

Fonte: http://www.if.ufrgs.br/fis02001/aulas/Aula8-132.pdf

Figura 4 - Força de maré

Forças gravitacionais exercidas pela Lua em diferentes pontos da Terra (acima) e forças trativas de maré (abaixo); (b) Esquema das forças atuantes na superfície terrestre, sendo gravitacional (setas pretas), centrífuga associada ao sistema Terra-Lua (setas ver melhas finas) e a força trativa de maré resultante (setas pretas grossas). [Fonte: Open University, 1989].

Seguindo esse raciocínio, teríamos uma resultante ao redor do planeta capaz

de “esticar” a superfície do planeta, de forma análoga a um chiclete, como

representado na figura abaixo, formando dois bojos de maré de forma simultânea em

dois pontos diametralmente opostos da Terra. A imagem da figura 5 ilustra bem a

situação.

44

Figura 5 - Força de maré ao redor do planeta

Fonte:physics.stackexchange.com/questions/118460/moons-pull-

causes-tides-on-far-side-of-earth-why

Para calcular a força de maré, seguindo essa explicação mais corriqueira,

devemos considerar a variação da força gravitacional em relação à variação da

posição entre as diferentes partes do corpo que sofre os efeitos de maré:

(1)

Isto posto, podemos apresentar a equação (1) como sendo uma expressão útil

para análise qualitativa da força de maré, visando não discutir sua magnitude de

maneira precisa e sim traçar comparações entre os efeitos causados por astros

distintos. Tal abordagem também é capaz de relacionar as marés altas e baixas com

as fases da Lua, conforme a figura 6.

45

Figura 6 - Maré Alta x Maré Baixa

Fonte: http://www.if.ufrgs.br/fis02001/aulas/Aula8-132.pdf

Com o intuito de disponibilizar uma teoria mais robusta para futuros docentes

em física, apresentaremos neste tópico a teoria da maré de equilíbrio. Por não ser o

foco deste trabalho, alguns fatores presentes na Teoria Dinâmica das Marés serão

desconsiderados. Tal teoria incorpora à teoria da maré de equilíbrio efeitos de

retardamento na propagação da alteração de pressão no fluido, a força inercial de

Coriolis e os modos de oscilação do fluido nas bacias de água. Além disso, o planeta

Terra será retratado como uniformemente coberto por um grande oceano.

Todavia, é possível indagar se o estudo da maré de equilíbrio é indispensável,

sendo que a teoria dinâmica das marés representa uma abordagem mais robusta e

completa do fenômeno. Para responder essa questão devemos compreender que

para um estudante dominar algo complexo ele deve construir o conhecimento de

maneira progressiva. Fazendo uma analogia, não há como dominar a gravitação

proposta por Einstein sem antes compreender por completo a gravitação de Newton,

ou ser especialista em mecânica Lagrangeana sem antes explorar toda a mecânica

newtoniana.

Portanto, como a intenção deste trabalho é o ensino de maré para estudantes

de física que não tiveram uma base sólida sobre marés, e não o de realizar uma

46

análise oceanográfica mais aprofundada, a escolha da Maré de Equilíbrio é algo

totalmente pertinente.

2.3. Teoria da maré de equilíbrio

Seguindo a mesma linha de raciocínio de Gjevik (2013), será considerado um

sistema Terra-Lua conforme a figura 7:

Figura 7: Análise vetorial do campo gravitacional

2

Fonte: GJEVIK (2013)

Considerando R como a distância entre o centro da Terra e a Lua, sendo

nosso satélite representado pela letra M, e G a constante gravitacional, no referencial

do centro de massa do sistema, considerado inercial, a aceleração do centro da

Terra é:

(2)

2 O campo gravitacional é a aceleração que uma massa de prova teria se submetida apenas a esse campo.

47

Aplicando a segunda lei de Newton para uma “massa de prova”, temos a

seguinte condição:

(3)

Sendo o primeiro termo do lado esquerdo da equação a força devida ao campo

gravitacional da Lua, o segundo representando seu peso e o terceiro a força de

empuxo do fluido, enquanto do lado direito representa a aceleração dessa massa.

Se ignorarmos a rotação da Terra em torno do próprio eixo, ela ficará somente

em translação ao redor da Lua e, com isso, todas suas partes estarão sujeitas a

mesma aceleração, portanto, podemos afirmar que . Sendo assim:

(4)

( ) (5)

O primeiro termo representa a “força de maré”, que deve ser equilibrada por

forças internas à Terra, no caso, o peso e o empuxo, no modelo de equilíbrio. A

componente horizontal dessa força tem que ser equilibrada pela componente

horizontal do empuxo.

Uma vez que a aceleração de maré ( ) pode ser escrita como a diferença

entre as duas acelerações apresentadas, e , e o ângulo zênite entre Terra e

Lua, seguindo o mesmo algebrismo matemático apresentado por Gjevik (2013),

podemos representar ( ) como:

(6)

Utilizando como referência as constantes astronômicas presentes na tabela

abaixo, observamos que o valor encontrado para a aceleração de maré , representa

uma fração muito pequena em relação à nossa aceleração gravitacional (g), uma

48

ordem de grandeza de . Esse resultado mostra que há algo mais sutil no

fenômeno das marés, ou seja, apesar do gradiente gravitacional ser real, ele não

pode ser considerado como o único responsável pela diferença no nível de grandes

massas de água.

Tabela 2: Principais constantes envolvidas

Fonte: Traduzida de Gjevik (2013)

Diferente do senso comum, para encontrar uma resposta que satisfaça a

indagação levantada no último parágrafo, não devemos levar em consideração a

magnitude da força geradora de marés e sim sua direção. Se considerarmos a

rotação do planeta em torno de seu próprio eixo, de acordo com a segunda lei de

Newton, temos:

(7)

( ) (8)

Esse segundo termo do lado direito da equação (7), , só aparece na

equação devido a rotação terrestre e, assim, na equação (8) 'ma representa a

respectiva contribuição na força inercial sobre a massa de prova, que será chamada

de “força de reação”, em acordo com Gjevik. Com isso, de forma análoga à equação

(5), o termo que representa a “força de maré” passa a ser ( ) As

figuras 8 e 9 nos ilustram a análise vetorial envolvida na determinação da força sobre

a massa de prova e como o equilíbrio é gerado.

49

Figura 8: Análise vetorial da força de maré

Fonte: Hartel (2000)

Caso a força de maré seja perpendicular à superfície oceânica, como se

observa no ponto A, sua magnitude será tão pequena em comparação à força

gravitacional que sua influência pode ser desconsiderada. Já no ponto 1, temos as

seguintes forças envolvidas, (força gravitacional da Lua em relação a Terra),

(força de reação) 3 e (força de marés). Pode-se decompô-las da seguinte maneira:

Figura 9: Análise vetorial da força de maré

Fonte: Hartel (2000)

3 Denominada pelo autor como força de reação, trata-se de uma força inercial devido ao movimento de

rotação do planeta.

50

Ao contrário do presenciado no ponto A, agora há duas componentes

envolvidas no sistema de forças, uma componente horizontal e uma

componente perpendicular, . A referida situação determina o ponto

chave para que seja possível compreender o fenômeno das marés. Sempre que

houver uma componente horizontal, nenhum agente pode impedir que a água

comece a fluir, inclusive a gravidade terrestre.

Sendo assim, é necessária uma força que equilibre a componente horizontal

, que na figura número 9 está representada por Consequentemente,

para haver tal equilíbrio, é necessária uma variação de pressão , com h

sendo a variação de altura no nível das águas. Por razão de simetria, tal força de

equilíbrio pode ser observada no ponto 2 e em toda a superfície terrestre. A figura 10

ilustra a situação:

Figura 10: Forças de maré em um ponto do globo

Fonte: GJEVIK (2013)

Como pode ser observado, a orientação da força geradora de maré é a

mesma para os extremos terrestres, estando o norte da África à esquerda e o

Oceano Pacífico à direita. À medida em que a Terra gira, esse “campo” de forças de

maré se desloca para oeste, ocasionando duas marés altas e duas baixas ao longo

do dia. Com isso, verifica-se que as linhas de força comprimem um único ponto, o

que pode ser comparado a uma espinha sendo espremida, e não como um chiclete

51

sendo esticado, ao contrário do senso comum. O nível de variação de uma massa

d’água pode ser calculado através da expressão para a condição de equilíbrio,

representadas pelas equações 9 e 10, que estão detalhadamente deduzidas no

trabalho de Gjevik (2013).

(9)

Essa equação nos permite calcular a variação de nível para interação de

qualquer corpo celeste com a Terra, sendo m a massa dos astros, a razão entre os

raios do astro e da Terra e o ângulo entre os corpos celestes. Em um sistema Sol-

Terra-Lua, a variação de nível provocada pela Lua seria de 0,35 m, enquanto o Sol

contribuiria com 0,15m, totalizando 0,50m. Esses valores são inferiores a medições

realizadas em estudos oceanográficos devido ao fato de não considerarmos efeitos

típicos da maré dinâmica como, por exemplo, velocidade limite das ondas de marés,

topografia e profundidade de terrenos e a rotação das águas ao redor de um ponto

anfidrômico,4 devido à forças de Coriolis.

Resumindo, quanto maior for a velocidade de uma onda de maré 5 ao redor de

um ponto anfidrômico, em uma região que possua uma profundidade significativa,

mais pontos anfidrômicos serão formados, resultando em vários pontos constituintes

de maré, e consequentemente em um comportamento análogo a osciladores

harmônicos lineares. Tal raciocínio é representado pela figura 11.

4 Ponto anfidrômico é o ponto em que é nula a amplitude de um dos constituintes harmônicos da maré.

Pode ser representado como o nó de uma onda, atuando em baías e estuários pois são áreas que concentram energia devido a um sistema fechado.

5 Ondas de águas rasas formadas devido a interação gravitacional entre Terra, Sol e Lua.

52

Figura 11: Ponto anfidrômico e efeitos Coriolis

Fonte: https://www.researchgate.net/figure/Figura-72-O-ponto-anfidromico-ou-nodo-node-

atuam-em-baias-e-estuarios-pois-sao-areas_fig14_327581943

Gjevik (2013) defende que a resposta oceânica é basicamente um processo

linear, ou seja, mudanças do nível do mar em um determinado local podem ser

expressas como uma soma de componentes harmônicos de mesma frequência.

Essa propriedade é comum a todos os osciladores harmônicos lineares e pode ser

observada em vários ramos da Física.

A figura 12 representa situações reais medidas em Longyearbyen, Noruega. A

primeira imagem representa medições considerando somente o constituinte

53

harmônico lunar semi-diurno principal, enquanto à segunda adiciona-se a

componente solar. Com relação às duas ultimas, levaram-se em consideração as

diferenças em uma órbita elíptica e a declinação entre os astros. Cabe lembrar que

situações reais são estudadas conforme determina a teoria Dinâmica das Marés, ao

invés da Maré de equilíbrio.

Figura 12: Respostas oceânicas em Longyearbyen

Fonte: GJEVIK (2013)

Salientamos que o conteúdo matemático da teoria das marés é mais

abrangente e complexo, e demandaria um trabalho específico sobre o tema, caso

fôssemos estudá-lo por completo. Porém, como esta dissertação visa o ensino para

54

estudantes da graduação, optamos por escolher os conceitos da maré de equilíbrio

que mais se adequam ao conhecimento do público alvo.

55

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICO-PEDAGÓGICA

3.1. Justificativa da referência pedagógica

Conforme apresentado na Introdução deste trabalho, há uma necessidade de

transformação no ensino de Física, sair de uma didática tradicional, com o ensino

verticalizado que tem como principal personagem o professor, para uma abordagem

mais moderna, em que o aluno se torna o personagem central do processo de

aprendizagem.

Com isso, cabe ao docente buscar evoluir como profissional através de uma

interação cada vez maior com a sociedade que o cerca. Além disso, ele precisa

compreender que a tecnologia, sempre presente em nosso cotidiano, pode ser uma

ferramenta útil em sala de aula desde que seja amparada por uma metodologia de

ensino moderna e uma didática não tradicionalista.

Esta pesquisa tem como objetivo aliar tais recursos tecnológicos ao ensino de

Física através da implementação da hipermídia na sala de aula, obviamente em

conjunto com uma relação mais estreita entre professor e aluno. O produto

pedagógico aqui apresentado se norteia nas ideias do psicólogo da educação

estadunidense David Ausubel, através de sua Teoria da Aprendizagem Significativa

e nas ideias de Richard Mayer, com a Teoria da Aprendizagem Multimídia.

3.2. Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel (TAS)

Constituindo a base teórica deste trabalho, a Teoria da Aprendizagem

Significativa, proposta por David Ausubel (1978), defende uma aprendizagem

resultante da interação cognitiva não arbitrária e não literal. Nesse sentido, o material

deve ser incorporado de forma não arbitrária à estrutura mental do aprendiz

proporcionando que novos conhecimentos surjam a partir de conhecimentos prévios

56

já estabelecidos. O aprendiz é capaz de captar, em uma perspectiva interacionista e

progressiva, significados, conhecimentos adquiridos e, também, sua intencionalidade

e motivação para essa captação. Resumindo, o conhecimento prévio do aprendiz é a

variável que mais influencia a aprendizagem significativa, conforme as palavras de

Ausubel (1978, p. iv):

Se tivesse que reduzir toda a psicologia educacional a um só princípio, diria o seguinte: o fator isolado mais importante que influencia a aprendizagem é aquilo que o aprendiz já sabe. Averigue isso e ensine-o de acordo.

Segundo Ausubel, Novak e Hanesian (1980), ao apresentar um novo

conhecimento, o aprendiz pode não o relacionar com algum conceito prévio em sua

mente, simplesmente incorporando-o de maneira arbitrária e não substantiva. Com

isso, surge uma aprendizagem oposta à significativa, a aprendizagem mecânica.

A aprendizagem, seja mecânica ou significativa, pode ocorrer por meio da

recepção, em que o conteúdo aprendido é apresentado ao aluno na forma final, ou

por descoberta, com os conceitos não sendo apresentados de forma direta e sim

“descobertos” pelo aprendiz antes que possam ser incorporados significativamente.

Ter uma aprendizagem através da descoberta não significa necessariamente ter uma

aprendizagem significativa, e uma aprendizagem por recepção não é

obrigatoriamente mecânica. Para Pivatto (2013), o tipo de aprendizagem está

condicionado às condições em que ela ocorre.

No ensino de física, a aprendizagem mecânica ocorre quando o professor se

preocupa em apenas transmitir o conteúdo em questão, não promovendo um

raciocínio lógico por parte do aluno e nem o contextualizando com situações do

cotidiano. O ensino é focado em métodos pouco atrativos, em que o aluno

simplesmente memoriza fórmulas e conceitos necessários para uma avaliação, não

promovendo uma restruturação da estrutura cognitiva do aprendiz.

Na visão de Ausubel (1978), a aprendizagem mecânica não é algo prejudicial

a ponto de não ser utilizada em nossas salas de aula. Sendo assim, como a

57

abordagem significativa permite ao indivíduo modificar suas estruturas cognitivas, ela

seria priorizada e teria a aprendizagem mecânica como um complemento.

De acordo com o teórico, a aprendizagem só será significativa quando o novo

conhecimento absorvido pelo aluno for capaz de interagir com aspectos relevantes

de seu conhecimento prévio. Com isso, além de adquirir novos saberes, ele será

capaz de modificar aspectos presentes em sua estrutura cognitiva. Quando o

aprendiz não possui aspectos relevantes, a abordagem mecânica passa a ser

necessária, de modo que o novo conteúdo seja adquirido sem a necessidade de

correlação com conhecimentos pré-existentes.

Nas situações em que o aprendiz possui um conhecimento prévio relevante, a

ponto de servir de base para um novo conhecimento adquirido, pode-se dizer que tal

conhecimento é um subsunçor. Este novo conhecimento só possuirá significado

para o indivíduo caso ele interaja com um subsunçor (MOREIRA, 2006).

Somente a existência de subsunçores na estrutura cognitiva do aprendiz não

garante um aprendizado significativo. Ausubel et al. (1980) afirmam que, para ocorrer

tal processo, é necessária a utilização de um material potencialmente significativo e

um aprendiz motivado a participar da aprendizagem, ou seja, é fundamental que haja

uma predisposição por parte do aprendiz para relacionar novos conceitos com os

subsunçores. Em resumo:

(...) 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 et al1980, p. 32).

Desde o início, a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel teve como foco

principal a sala de aula. Em um dos princípios de sua teoria, o autor defende uma

58

posição de protagonista ao professor no tocante a identificar o conhecimento prévio

de seus alunos e, a partir deste referencial, dar início ao processo de aprendizagem.

Em outras palavras, o professor é o elemento responsável por definir qual o ponto de

ancoragem mais adequado para que se comece a introduzir as novas informações.

Para o nosso objeto de aprendizagem, é importante iniciar o ensino de marés

através de uma relação entre o gradiente da força gravitacional da Lua sobre a Terra

e a variação do nível oceânico, pois, apesar da existência de um conhecimento

prévio potencialmente significativo sobre o tema abordado, o aluno pode ser incapaz

de relacioná-lo corretamente com a física envolvida na teoria. Para Ausubel, Novak e

Hanesian (1980), essa apresentação capaz de conciliar a teoria física envolvida com

fenômenos já observados, contribui para o aumento da estabilidade da estrutura

cognitiva do aprendiz.

Essa estabilidade significa que o conceito abordado está mais coeso e com

um significado real para o aprendiz. Com isso, seu subsunçor é ativado e ele

percebe que pode relacionar as forças de maré com a diferença de pressão e

movimentos ondulatórios, sendo capaz de realizar uma analogia ao comparar o

levantamento do nível das águas com uma espinha sendo espremida, fortalecendo

assim sua estrutura cognitiva.

3.3. Organizadores prévios

Caso o aprendiz não apresente subsunçores, ou os possua e eles não sejam

satisfatórios para “ancorar” novos conceitos, Ausubel, Novak e Hanesian (1980)

propõem o uso de organizadores prévios para que a estrutura cognitiva venha a ser

manipulada. Tal conceito é classificado por Moreira (2011, p. 10) como o "material

instrucional introdutório apresentado antes do material a ser aprendido". De acordo

com Azevedo (2010), os organizadores prévios possuem o seguinte objetivo:

59

(...) 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).

Os organizadores prévios podem ser úteis como ferramentas responsáveis

por ativar subsunçores que fazem parte da estrutura cognitiva do aprendiz, mas que,

por algum motivo específico, não estão sendo usados. Moreira e Masini (2006) nos

dizem que organizadores prévios podem vir a ser qualquer material apresentado ao

estudante, em nível mais abrangente, integrando novos conceitos aprendidos e

facilitando a relação deste novo conteúdo com a estrutura cognitiva já presente.

Segundo Ausubel (2002), uma das finalidades de um organizador prévio seria

realçar a atenção do aprendiz em elementos essenciais para a compreensão de um

determinado conteúdo que, sem a utilização deste recurso, poderia passar

totalmente despercebido durante a aula em questão e, desta maneira, comprometer

o processo de aprendizagem significativa do aluno. Vale ressaltar que organizador

prévio não é simplesmente um resumo do conteúdo a ser apresentado ao estudante

e, de acordo com o teórico, deve apresentar um grau de abstração que seja capaz

de facilitar a absorção do novo conteúdo, funcionando como um elo entre a estrutura

hierárquica de conhecimento e o conhecimento já existente.

Ausubel et al. (1980) citam três principais razões para utilizar-se de

organizadores prévios:

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

60

conteúdo e a sua própria relevância para o novo material de aprendizagem (AUSUBEL et al 1980, p. 144).

Sendo assim, verifica-se a importância de se escolher um material potencialmente

significativo para ser usado como organizador prévio, pois tal recurso é capaz de

estimular o aprendiz de maneira que seus subsunçores sejam estruturados e

organizados. Consequentemente, facilita o aprendizado ao fazer que o novo conceito

apresentado ao estudante seja ancorado em sua estrutura cognitiva.

Como organizador prévio deste trabalho, escolheu-se um vídeo de

propriedade do canal PBS Space Time, do YouTube, com o título O que os

professores de física ensinam errado sobre marés!. O vídeo utiliza uma linguagem

de fácil compreensão e explica de maneira clara a teoria da maré de equilíbrio e a

verdadeira causa da alteração no nível da água dos oceanos sob os efeitos de maré.

Além disso, busca contextualizar os conceitos físicos envolvidos com situações

comuns do nosso cotidiano.

A escolha do vídeo em questão está fundamentada no princípio de Ausubel

(1978) de que os organizadores, quando escolhidos de maneira correta, estabelecem

uma disposição para a aprendizagem e são capazes de condicionar positivamente a

maneira pela qual a informação é incorporada na estrutura cognitiva do aprendiz. Em

resumo, motivação é algo fundamental para que se tenha uma aprendizagem

significativa.

3.3.1 Tipos de aprendizagem significativa

Para Ausubel, a aprendizagem significativa pode ser dividida em três tipos:

representacional, de conceitos e proposital. A aprendizagem Representacional é

classificada por Ausubel como o tipo mais simples de aprendizagem e serve de base

para os outros dois. Moreira (2009) define esse tipo de aprendizagem como

61

atribuição de significado a seus respectivos símbolos. Pode-se exemplificar essa

aprendizagem com a situação em que uma criança escuta a palavra “bola” e a

associa ao objeto observado.

Com relação ao segundo tipo de aprendizagem significativa, Moreira (2009)

classifica a aprendizagem "de conceitos" como uma extensão da representacional,

originando-se através de uma generalização, até então não efetuada, por parte da

criança. Voltando ao exemplo anterior, esse tipo de aprendizagem ocorre a partir do

momento em que a criança, ao escutar a palavra “bola”, a associa a qualquer objeto

parecido com o objeto visto durante a aprendizagem Representacional.

Por último, temos a aprendizagem proposicional, definida por Moreira (2009)

como aquela em que a compreensão de ideias seja expressa por palavras

combinadas ou expressões. Não é possível que tenhamos aprendizagem proposital

caso a representacional não tenha sido atingida, pois ela é responsável por

condicionar a atribuição de significados aos símbolos.

Vale ressaltar que, em determinadas ocasiões, uma criança, por exemplo,

pode não conseguir relacionar determinado significado ao seu respectivo símbolo,

porém é capaz de atribuir uma generalização. Nesta situação específica, a

aprendizagem se iniciará pela apreensão de conceitos, mesmo a representacional

sendo um tipo mais básico de aprendizado em relação a este.

3.3.2 Tipos de subordinação da aprendizagem

Conforme apresentado ao longo deste capítulo, a teoria da aprendizagem

significativa diz que, ao apresentar um novo conceito, o aprendiz deve ser capaz de

relacioná-lo com conhecimentos preexistentes, os quais poderão, ou não, atuar como

subsunçores ao novo conceito. Ausubel (1968) afirma que a estrutura cognitiva

organiza-se hierarquicamente em nível de abstração e generalidade de seus

62

conteúdos. Consequentemente, o aprendiz passa a estabelecer relações de

subordinação deste novo conceito a conhecimentos mais gerais presentes em sua

estrutura cognitiva. Para essa forma de inclusão de novos conhecimentos, Ausubel

propõe o nome de aprendizagem subordinada e, segundo ele, é o tipo de

aprendizagem que ocorre com maior frequência.

Tal subordinação apresenta duas subdivisões, chamadas de derivativa e

correlativa. A aprendizagem subordinada derivativa ocorre quando um novo conceito

é aprendido como um exemplo específico de um conhecimento prévio já

estabelecido na estrutura cognitiva. Usando conceitos físicos com a finalidade de

exemplificar tal aprendizagem, supondo que um determinado aluno possua em sua

estrutura cognitiva o conceito de movimento uniformemente variado, sendo capaz de

associar um objeto em queda livre como um caso especifico desse conteúdo, em que

a gravidade é a responsável por acelerar tal corpo, pode-se dizer que tivemos uma

subordinação derivativa.

Na subordinação correlativa, o novo conceito a ser adquirido é visto como

uma extensão, ou modificação, do conhecimento previamente estabelecido.

Exemplificando com um conceito físico, este tipo de aprendizagem pode ser

observada ao estudar as equações da eletrostática e, através de analogias e

pequenas modificações, entendemos as equações que compõem a magnetostática.

Segundo Ausubel et al (1980), a inclusão de novos conceitos e conhecimentos

através da aprendizagem significativa pode ocorrer, também, de maneira

superordenada. Desta maneira, o conceito potencialmente significativo é tratado de

forma mais geral em relação aos subsunçores já existentes no aluno. Com isso, os

novos conceitos adquiridos se agregam total ou parcialmente aos subsunçores

existentes na estrutura cognitiva do aprendiz. Moreira (2010) exemplifica esse tipo de

aprendizagem citando que, para um estudante de física, o conceito de conservação

de energia representa um subsunçor hierarquicamente superior aos outros

63

conhecimentos de Física adquiridos ao longo de sua vida acadêmica. Sendo assim,

ele poderá construir o subsunçor das leis de conservação que abrangerá

conservação de energia, ou seja, será hierarquicamente superior.

Por último, Ausubel (1980) apresenta uma terceira forma de aprendizagem,

não relacionada com a subordinada ou com a superordenada, intitulada de

aprendizagem combinatória. Nela, o conhecimento é construído quando o aprendiz é

capaz de agregar o novo conhecimento a conceitos previamente estabelecidos em

sua estrutura cognitiva, e não apenas com aspectos específicos de um determinado

conteúdo.

Ausubel (2003) exemplifica tal aprendizagem relacionando conceitos de

temperatura e volume, sendo que ambos não podem ser subordinados um ao outro e

tão pouco superordenados. O processo envolvendo o aumento de volume do gás só

será efetivamente compreendido caso o aprendiz consiga associar o grau de

agitação das moléculas que compõem o gás com a temperatura do mesmo,

combinando conceitos até então distintos.

3.3.3. Diferenciação progressiva e reconciliação integrativa

Inerentes às formas de aprendizagem significativas já destacadas ao longo

deste capítulo, temos dois processos distintos: a diferenciação progressiva e

reconciliação integradora.

O processo de diferenciação progressiva é resultante de uma alteração do

subsunçor originalmente presente no aprendiz que, ao ser exposto a um novo

conhecimento, faz com que o subsunçor seja diferenciado gradualmente. Podemos

observar este processo de diferenciação progressiva na aprendizagem subordinada,

na qual o aprendiz absorve novos conceitos específicos em relação aos mais

amplos.

64

O segundo, presente nas aprendizagens superordenada e combinatória, é

definido por Ausubel como reconciliação integradora. Neste processo, novos

conceitos mais abrangentes são adquiridos pelo aprendiz, que precisa integrar esse

novo conhecimento aos conceitos subsunçores presentes em sua estrutura cognitiva,

de forma a incorporá-los.

Ambos processos apresentados só estarão presentes caso o aprendizado

seja significativo, proporcionando uma evolução cognitiva do aprendiz. Moreira

(2009) afirma que os processos apresentados não precisam, necessariamente,

ocorrer de forma independente entre si, em tempos distintos, mas podem se

apresentar de maneira simultânea e ordenada, sendo diretamente relacionados ao

conteúdo transmitido. Podemos analisar essas ideias de forma mais visual através

do diagrama representado pela figura 13, apresentado por Moreira (2010).

Figura 13: Diferenciação Progressiva x Reconciliação Integradora

Fonte: (MOREIRA, 2010).

Conciliando com as ideias de Ausubel, iremos abordar na próxima seção a

Teoria Cognitiva da Aprendizagem Multimídia (TCAM), de Richard Mayer. Suas

65

ideias nortearam o desenvolvimento do objeto de aprendizagem que será elucidado

no capítulo 4.

3.4 A Teoria Cognitiva da Aprendizagem Multimídia (TCAM)

Richard Mayer, professor de Psicologia da Universidade da Califórnia, tem

como foco de pesquisa a área da educação, mais precisamente estudos de

aprendizagem multimídia. Atualmente, sua pesquisa contempla a interseção da

cognição, instrução e tecnologia, com foco na aprendizagem multimídia.

A aprendizagem multimídia é baseada na concepção de que a compreensão

ocorre de forma mais profunda quando as ideias são apresentadas por meio de

palavras e imagens, ao invés de somente palavras. Segundo Mayer (2001) “palavra”

não se restringe somente a textos impressos, abrange também toda mídia escrita ou

falada, enquanto “imagem” engloba toda mídia gráfica, como vídeos, animações,

ilustrações e jogos. Navarro (2013) mostra como as imagens fazem parte do

processo de entendimento e sequenciamento de conhecimentos advindos de

experiências do ser humano:

A imagem é um dos principais meios de comunicação humana em todos os tempos, sendo uma forma de expressão de cultura desde a pré-história, quando desenhávamos nas cavernas para expressar nossas emoções (NAVARRO, 2013, p.19).

O conhecimento adquirido, quando se combinam sentidos, palavras e

imagens, possibilita uma potencialização da aprendizagem. Segundo Mayer (2005),

para que ocorra a “aprendizagem multimídia” é necessária a construção de

representações mentais de palavras e figuras, estando a multimídia relacionada a

palavras e imagens, enquanto a aprendizagem se relaciona com a construção do

conhecimento pelo aprendiz. O autor ainda apresenta o conceito de “instrução

66

multimídia”, que seria a apresentação de palavras e imagens destinadas a promover

a aprendizagem.

A partir das ideias de Mayer (2001), pode-se dizer que a aprendizagem

multimídia se ancora em três pressupostos: o pressuposto do canal duplo, em que

todos os seres humanos possuem canais de processamento de informações

desassociados, o visual e o verbal; o pressuposto da capacidade limitada, em que

ambos os canais apresentam limitação no processamento de informação e, por

último, o pressuposto da aprendizagem ativa, no qual há processamento cognitivo

essencial em ambos os canais.

Mayer (2005) reforça as ideias do primeiro pressuposto ao incorporá-lo na

Teoria Cognitiva da Aprendizagem Multimídia (TCAM), sugerindo que podemos

dividir o sistema humano no processamento de informação em dois tipos de canais:

um canal auditivo/verbal e um canal visual/pictórico.

Com relação ao segundo pressuposto, Mayer e Moreno (2003) ressaltam o

fato de que a cognição de um indivíduo processa uma quantidade limitada de canais,

que podem ser divididos em dois. Em resumo, teremos uma ocorrência limitada de

processamento cognitivo, no canal verbal ou visual, em momentos distintos.

Também intitulado de “processamento ativo”, o último pressuposto refere-se

ao processamento cognitivo para representação mental. Pode-se dizer que o

aprendiz assimila novas informações e as integra ao conhecimento previamente

existente, conceito semelhante à aprendizagem significativa proposta por Ausubel.

Esse processamento consiste em ativar a memória de longo prazo trazendo-a para a

memória de curto prazo.

Ao apresentar um paralelo entre os dois referenciais pedagógicos adotados,

pode-se dizer que a aprendizagem significativa pleiteia uma vasta quantidade de

processamento cognitivo através dos canais apresentados anteriormente. Segundo

Ausubel (2003), para que ocorra o processo de ancoragem é necessário que

67

tenhamos uma interação seletiva do novo material com as ideias preexistentes na

estrutura cognitiva. O autor salienta que somente dessa forma pode-se obter uma

aprendizagem significativa das novas informações.

Sendo assim, é de extrema importância o desenvolvimento de um objeto de

aprendizagem que seja capaz de explorar canais distintos e, ao mesmo tempo,

capaz de evitar a sobrecarga cognitiva. A fim de evitar tal possibilidade, deve-se

elaborar o produto educacional baseado nas premissas da TCAM (MAYER, 2005):

● Princípio da multimídia – a aprendizagem é mais eficiente a partir do momento

em que se combinam palavras e imagens, em detrimento de um ensino baseado

apenas em palavras. Ressalta-se que as imagens devem ser coerentes com o texto;

● Princípio da proximidade espacial – Visando evitar uma sobrecarga na

memória de trabalho, prejudicando assim o processo de aprendizagem, Filatro

(2008) sugere a integração de elementos com características distintas, verbais e

pictóricas, que não podem ser entendidos separadamente. A aprendizagem será

mais eficaz quando palavras e imagens não se encontrem em locais diferentes,

poupando, desta forma, os recursos cognitivos do aprendiz da tarefa de reunir todas

as informações disponíveis;

● Princípio da coerência – deve-se evitar incluir imagens irrelevantes para o

processo de aprendizagem, com caráter meramente ilustrativos. O aprendizado é

potencializado a partir do momento em que o material é considerado relevante;

● Princípio da contiguidade temporal – imagens e palavras devem ser

apresentadas simultaneamente. Segundo o autor, ao quebrar esse princípio, o aluno

apresenta uma probabilidade maior de encontrar dificuldades em construir conexões

mentais entre representações verbais e visuais;

● Princípio da sinalização – a multimídia deve apresentar uma estrutura

organizada com os elementos mais relevantes. O autor também reflete sobre a maior

68

facilidade vivenciada pelos alunos quando as informações importantes dos

conteúdos são destacadas de alguma maneira;

● Princípio da modalidade – o autor afirma que os estudantes aprendem mais

ao serem apresentados a recursos que utilizam animação e narração e não quando

são apresentados de maneira separada como, por exemplo, texto, narração e

animação;

● Princípio da redundância – redundância é quando uma hipermídia apresenta

várias representações da mesma informação, que aumenta a carga na memória de

trabalho e interfere na transferência de informações para a memória de longo prazo.

Com relação aos tipos de memória apresentados, Sweller (2004) destaca a

memória de longo prazo como um diferencial entre humanos e outras espécies. Uma

consequência dessa arquitetura humana é a capacidade de aprender e resolver

problemas.

Já a memória de trabalho, que também pode ser chamada de memória de

curto prazo, pode ser considerada como a sede de trabalho. Caso se deseje reter

uma informação ampla na memória de longo prazo, é necessário realizar uma

transferência temporária para a memória de trabalho, o que pode ocorrer através de

um conhecimento prévio já estabelecido ou com novas informações a partir da

memória sensorial. Sweller (2004) destaca uma atenção especial ao design

instrucional, fundamental para a teoria da carga cognitiva.

Para que seja possível desenvolver uma aprendizagem eficiente através de

textos e imagens, Mayer (2005) sugere a utilização de processos cognitivos visando

selecionar palavras e imagens para o processamento na memória operacional verbal

e visual. O teórico salienta a importância dessa seleção ser organizada em modelos

verbais e visuais, integrando tais representações ao conhecimento prévio. Esse

processo pode ser representado pela figura 14:

69

Figura 14: Apresentação multimídia e memórias envolvidas

Fonte: Mayer (2005).

No esquema acima podemos observar como a nossa memória sensorial

recebe informações de mensagens multimídias em forma de palavras e imagens,

que são armazenadas na memória de trabalho para que sejam manipuladas pela

consciência ativa. Após esse processo, a informação é enviada para a memória de

longo prazo, local onde ficará armazenada por longos períodos.

3.5. TAS & TCAM

O objetivo desta seção é refletir sobre os referenciais pedagógicos que

compõem esta pesquisa, TAS e TCAM, expondo os principais elementos teóricos de

ambas as teorias. Tal discussão é imprescindível, pois visa delimitar o papel de cada

um na utilização de hipermídia para o ensino de marés.

Nessa ótica, espera-se que a hipermídia, desenvolvida como produto

pedagógico, em conjunto com o docente, consiga promover a aprendizagem por

palavras e imagens, considerando o processo cognitivo do aprendiz durante o

processamento das informações. Sendo assim, nosso produto busca respeitar os

princípios apresentados por Mayer (2005), listados na seção anterior, e que tem

70

como finalidade potencializar a aprendizagem de novos conteúdos e promover sua

integração com o conhecimento prévio.

Conforme apresentado anteriormente, o conhecimento prévio representa o

fator de maior importância na teoria de Ausubel, com os subsunçores servindo de

âncora na ligação de novos conceitos aos já existentes, o que consolida a

aprendizagem significativa. Para a TCAM, caso um material apresente palavras e

imagens com um certo nível de requisitos, incrementa-se a integração de novos

saberes a um conhecimento previamente estabelecido.

Ambos autores, em suas teorias, destacam a importância do material utilizado

durante o processo de aprendizagem. Ausubel enfatiza a relevância de um material

potencialmente significativo para aquisição de novos subsunçores, evitando materiais

vagos, difusos e com significados não suficientemente claros. Com relação a TCAM,

Mayer destaca a importância de se utilizar imagens, palavras e sons em harmonia,

de modo que não se provoque uma sobrecarga cognitiva no estudante durante seu

processo de aprendizagem.

Um dos fatores fundamentais, tanto para TAS quanto para a TCAM, na busca

do sucesso no processo de aprendizagem é o aspecto motivacional do estudante.

Ausubel et al (1980) nos fala que a motivação por parte do aprendiz é crescente a

partir do momento que conhece os objetivos do ensino, expostos de maneira clara e

relacionados com o imediato, o que encoraja a própria aprendizagem. Para Mayer

(2005), o material estudado pode estimular o nível motivacional do estudante.

Devido à existência de elementos comuns nas teorias apresentadas, cada um

dos aportes teóricos tem uma função na construção do objeto de aprendizagem

deste trabalho. O desenvolvimento da hipermídia considerou os princípios levantados

por Mayer, já apresentados neste capítulo, construindo um objeto de ensino claro,

fácil de manusear e sem riscos de sobrecarga cognitiva durante o processo de

aprendizagem. As ideias de Ausubel nos nortearam durante o desenvolvimento da

71

oficina, colocando os alunos como protagonistas do próprio aprendizado e

construindo o raciocínio teórico com base em conhecimentos prévios já existentes.

O diagrama de Venn, figura abaixo, tem como objetivo detalhar de maneira

sucinta como integrar as duas teorias pedagógicas que servem de base para a

construção de nosso objeto aprendizagem. Através dela, podemos expor os

principais pontos a serem considerados ao ministrar a oficina.

.

Figura 15: Trabalhando com Mayer e Ausubel

Fonte: Produzido pelo autor.

O diagrama nos elucida quais são as variáveis que interferem em nosso

processo de aprendizagem e, através da interseção comum entre as três esferas,

nos mostra a meta deste trabalho, que é promover uma aprendizagem significativa.

Para que isso seja possível, devemos focar em três esferas principais: a hipermídia,

o aluno e seu conhecimento prévio.

A esfera da hipermídia engloba todos os recursos presentes no software:

vídeo, hipertextos e animação/simulação, representando os aspectos verbais e

visuais citados por Mayer. Como mostrado no diagrama, as esferas não podem ser

tratadas de modo individual, pois sempre estão interagindo entre si. A hipermídia

72

deve englobar aspectos que estejam presentes na estrutura cognitiva do aprendiz,

seu conhecimento prévio e, para isso, deve representá-los sempre considerando os

princípios propostos por Mayer em sua Teoria Cognitiva da Aprendizagem

Multimídia.

O aluno não pode ser considerado uma tábula rasa, deve ser tratado como

protagonista no processo de ensino, um sujeito ativo dentro de um ensino não

mecânico e não verticalizado. A oficina deve ser ministrada promovendo uma

interação constante com os alunos participantes, o debate e a exposição de ideias,

buscando construir o conhecimento através de uma diferenciação progressiva, em

que novos conceitos adquirem maior significado à medida em que são alcançadas

novas relações. O aluno leva para a oficina o seu conhecimento prévio referente a

softwares e o adquirido ao longo da vida acadêmica, tanto no ensino médio quanto

no curso de Física. Assim, caso seja um conhecimento prévio potencialmente

significativo, temos os subsunçores que devemos explorar durante a aula.

Portanto, pode-se observar a importância do docente durante o processo de

ensino, responsável por promover a interação entre as três esferas apresentadas,

sempre respeitando as ideias propostas pelos teóricos. Isto posto, é possível

construir um produto pedagógico com conhecimento científico no viés das

tecnologias digitais e que seja capaz de auxiliar o ensino de Física em busca de

nosso objetivo, uma aprendizagem significativa.

Após abordar as principais ideias pedagógicas que nortearam este trabalho,

apresentaremos no apêndice B o objeto de aprendizagem desenvolvido para o

ensino de forças de maré e como conciliar a utilização de hipermídias, para o ensino

desse tema, com a utilização de ideias da teoria da aprendizagem significativa.

Para promover o ensino do fenômeno das marés utilizou-se a aprendizagem

por subordinação correlativa e a diferenciação progressiva. Entretanto, devemos

salientar que isso não caracteriza uma regra e que o produto pedagógico foi

73

desenvolvido de modo que se adapte a qualquer tipo de aprendizagem apresentada

neste capítulo, ficando a critério do docente.

No próximo capítulo, apresentaremos a aplicação do produto pedagógico em

sala de aula. A oficina realizada buscou seguir as sugestões contidas neste capítulo,

considerando os alunos como sujeitos ativos e protagonistas no processo de ensino.

A aula foi lecionada seguindo a concepção de ensino de David Ausubel, colocando

em prática conceitos como diferenciação progressiva, subordinação derivativa e

correlativa.

74

4. METODOLOGIA 4.1 Desenvolvimento da hipermídia

Desenvolvido em parceria com a MUP Studios, o aplicativo denominado

“TideApp” foi criado com base nas premissas da TCAM (MAYER, 2005), de forma

que fosse capaz de potencializar os conceitos físicos abordados durante a oficina,

vindo a ser considerado um objeto potencialmente significativo. Realçamos que esta

seção apresenta um breve resumo do objeto de aprendizagem, sendo que sua

análise esmiuçada encontra-se no Apêndice B deste trabalho.

Visando uma não sobrecarga da memória de trabalho, evitou-se utilizar

imagens meramente ilustrativas na construção do objeto de aprendizagem, conforme

determina o princípio da coerência. Portanto, todas as imagens, ilustrações ou

simulações representam uma relação direta com o tema estudado, contribuindo para

um estímulo direto da estrutura cognitiva do aprendiz.

Sabendo que uma hipermídia deve representar um agente facilitador durante

o processo de ensino, toda interface do objeto de aprendizagem foi desenvolvida

seguindo à risca os princípios da proximidade espacial e sinalização. Com isso, o

aprendiz dispõe de toda liberdade para manusear a hipermídia conforme ache

melhor para o desenvolvimento de seu aprendizado, sendo capaz de voltar a seções

já abordadas ou abrir um hipertexto para aprofundar sobre determinado ponto

específico da matéria, tudo de forma fácil e dinâmica.

Sendo assim, em conjunto com a hipermídia, o professor é capaz de promover

a integração entre memória de trabalho e memória a longo prazo, conforme

determina Mayer (2005). Desta maneira, conciliando com as ideias de Ausubel

(1968), a estrutura cognitiva do aprendiz evolui de maneira não arbitrária, facilitando

a ocorrência de uma aprendizagem significativa.

75

4.2 Aplicação da proposta de ensino

O produto pedagógico foi aplicado em forma de oficina durante o evento

denominado “Escola de Férias”, realizado em dezembro de 2018 no campus

Coração Eucarístico da PUC Minas. A oficina contou com a participação de vinte e

um alunos de graduação do curso de licenciatura em Física, englobando vários

períodos distintos.

No primeiro instante, com a finalidade de verificar o conhecimento prévio de

cada estudante em relação ao tema, aplicou-se um questionário pré-teste,

reproduzido no apêndice deste trabalho. Havia quatro questões objetivas que

indagavam o estudante sobre a física envolvida no fenômeno das marés. O teste foi

realizado de forma individual e cada sujeito tinha dez minutos para finalizá-lo.

Em seguida, os alunos foram apresentados ao produto pedagógico com uma

breve explicação de sua estrutura, de como foi desenvolvido, objetivo e metodologia

didática proposta para a melhor compreensão dos fenômenos de maré. Os

participantes foram estimulados a um breve debate inicial sobre alguns

questionamentos que seriam abordados na oficina, como por exemplo: Plutão exerce

forças de maré sobre a Terra ou é algo exclusivo da Lua? A força de maré do Sol

sobre a Terra é maior ou menor do que a força exercida pela Lua sobre a Terra?

Um exemplo interessante de conhecimento prévio ocorreu durante o debate

inicial, quando um dos alunos participantes indagou se as forças de maré que a Lua

exerce sobre a Terra são “do mesmo tipo” das forças de maré de Júpiter sobre seu

satélite natural Europa. Questionado sobre a procedência do assunto, o estudante

informou que, apesar de nunca ter estudado sobre marés em sala de aula, possui

grande interesse por Astronomia e está inscrito em um canal no YouTube chamado

Space Today.

A partir disso, deu-se início ao vídeo escolhido como organizador prévio e, em

seguida ao seu término, começamos a utilizar as ferramentas contidas no produto

76

pedagógico com a finalidade de elucidar as questões levantadas no pré-teste e os

questionamentos propostos, que foram debatidos pela turma. Nessa discussão, ficou

evidenciada uma tendência a algumas afirmações de senso comum, sendo as

principais: “somente a Lua exerce influência sobre as marés”, “marés só ocorrem no

lado terrestre que esteja voltado para a Lua” e “marés só ocorrem em oceanos”.

Conforme as ideias presentes na teoria de Ausubel, buscou-se desenvolver a

oficina em torno de conhecimentos previamente diagnosticados, como o exemplo

supracitado que mostra que maré não é um fenômeno exclusivo da Lua para com a

Terra, aprimorando a estrutura cognitiva do aprendiz mediante a diferenciação

progressiva. Em outras palavras, partimos de ideias fisicamente incorretas e, por

intermédio delas, construímos o conhecimento até chegar a conceitos físicos mais

aprimorados como, por exemplo, a maré de equilíbrio. Desta maneira, o aprendiz

desenvolveu sua estrutura cognitiva de modo que pudesse ancorar novos

conhecimentos e fortalecer sua estrutura cognitiva através de um aprendizado

significativo.

A oficina não dispôs de uma divisão cronometrada para a utilização das abas

que compõem o objeto de aprendizagem. Os alunos usufruíram de total liberdade

para explorar a hipermídia, dividindo o tempo de aula conforme a aba de maior

interesse. A maior parte do tempo de aula foi gasto durante a explicação da maré de

equilíbrio pois, conforme consenso entre os participantes, representa algo inédito, até

então não estudado durante a vida acadêmica, que pode ser explicado utilizando

decomposição de forças, assunto já abordado na disciplina Física 1 e presente na

estrutura cognitiva de cada um como um conhecimento prévio potencialmente

significativo.

Após responder as dúvidas levantadas pela turma, foi apresentado um

questionário pós-teste, reproduzido no apêndice deste trabalho, com o objetivo de

verificar se a oficina proporcionou aos estudantes um aprendizado significativo sobre

77

o tema em questão. Isso possibilitou que eles respondessem as questões retratadas

de forma clara, englobando os conceitos físicos discutidos durante a oficina.

78

5. RESULTADOS OBTIDOS

Logo na primeira questão do pré-teste é possível verificar que boa parte dos

alunos participantes possuem um conhecimento prévio um tanto quanto deturpado

com relação a forças de maré. Ao serem solicitados para que explicassem o

fenômeno com suas palavras, apenas três alunos, cerca de 14% do total,

conseguiram apresentar uma resposta satisfatória, como por exemplo: “é um

fenômeno físico relacionado com a atração gravitacional entre a terra, lua e sol. Esta

atração depende das posições entre estes corpos celestes para determinar a

intensidade do efeito”.

Uma parcela significativa dos alunos participantes, em torno de 38%, utilizou-

se de um conceito errôneo, muito comum no senso popular, de que forças de maré é

sinônimo para intensidade das ondas ou da agitação marítima, podendo-se destacar

as seguintes respostas: “forças de maré é a força a partir das ondas do mar” ou

“forças das ondas, dos movimentos das águas do mar”.

Cerca de 23% dos estudantes apresentaram uma confusão bastante comum

em nosso cotidiano, ao afirmar que somente a Lua exerce influência sobre as marés

na Terra, como por exemplo: “a lua influencia na força da maré quando ela atinge um

ponto onde a gravidade na terra é maior, logo a maré é mais forte”.

Do restante, 19% responderam que não entendem nada sobre o assunto e,

com isso, não puderam responder à questão. Além disso, apenas um aluno

respondeu que o centro de nosso planeta é responsável pelas forças de maré. Na

figura 16, podemos ver um resumo geral sobre a primeira questão do pré-teste.

79

Figura 16: Estatística da pergunta 1 - Pré-teste

Fonte: Produzido pelo autor.

A segunda questão do questionário de pré-teste, figura 17, estava composta

por um sistema Terra-Lua e solicitava aos estudantes que marcassem na figura os

pontos relativos de maré alta e de maré baixa.

Figura 17: Imagem da questão 2 - Pré-teste

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Assim como na primeira questão, apenas três alunos, ou seja, 14% do total,

conseguiram relacionar os pontos A e C como maré alta e B e D como maré baixa.

Outros 14% responderam que não sabiam opinar e optaram por deixar a questão em

branco. Dos quinze alunos que responderam à questão de maneira incorreta,

aproximadamente 43% dos estudantes cometeram um equívoco bastante comum em

80

problemas dessa temática, relacionando a letra C como ponto de maré alta e a letra

A como ponto de maré baixa, ignorando os pontos B e D. Segue abaixo o resumo

geral da segunda questão:

Figura 18: Estatística da pergunta 2 - Pré-teste

Fonte: Produzido pelo autor.

Considerada a questão mais difícil, em nossa conversa após o pré-teste, a

terceira questão consistia em dois sistemas Terra-Sol-Lua, com a Lua variando sua

posição. Os estudantes deveriam representar vetorialmente as forças de maré,

indicando os pontos de maré alta e baixa, e explicar se o Sol exercia ou não uma

influência direta sobre a Terra. A imagem da questão pode ser observada pela figura

19.

81

Figura 19: Imagem da questão 3 - Pré-teste

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

A dificuldade apresentada por parte dos alunos é evidenciada quando

consideramos que nenhum dos vinte e um estudantes participantes da oficina

respondeu à questão de forma correta, sendo que aproximadamente 62% não

conseguiram representar vetorialmente de forma correta as forças de maré ou

explicar se o Sol exerce influência sobre as marés em nosso planeta. Seis alunos,

29% do total, responderam que o Sol exerce influência em nosso sistema, mesmo

sem conseguir explicar de uma maneira fisicamente correta ou utilizando-se de

representação vetorial, como por exemplo, “se o Sol exerce uma força gravitacional

logo exerce forças de maré”. Por fim, dois estudantes responderam que o Sol não

interfere no sistema apresentado. Os dados estatísticos estão evidenciados na figura

20.

82

Figura 20: Estatística da pergunta 3 - Pré-teste

Fonte: Produzido pelo autor.

Na quarta e última questão, dados estáticos representados pela figura 21, os

estudantes foram questionados sobre a possibilidade de observar forças de marés

em grandes lagos ou se representava um fenômeno restrito a oceanos. Não diferente

das questões anteriores, o índice de respostas corretas permaneceu baixo, com

apenas um aluno respondendo de maneira satisfatória: “Sim, para mim, a força de

maré se manifesta em grandes corpos de água”. A grande maioria, 52% dos

participantes, respondeu que é possível observar marés em grandes lagos, porém

não souberam explicar corretamente como, por exemplo, “Nos lagos também, pois a

Lua também influencia nos lagos” ou “Em grandes lagos também, porque a

gravidade é maior em lugares maiores”. Do restante, seis alunos responderam que

só ocorrem marés em oceanos e três responderam que não sabiam opinar.

83

Figura 21: Estatística da pergunta 4 - Pré-teste

Fonte: Produzido pelo autor.

No questionário pós-teste, composto por três questões, primeiramente foi

solicitado ao aluno que fizesse um desenho esquemático de um sistema Sol-Terra-

Lua, figura 22, representando as forças de maré e indicasse os pontos de maré alta e

baixa. Dos vinte e um alunos participantes, cerca de 81% responderam corretamente

a primeira questão, três alunos representaram corretamente, porém não souberam

indicar os pontos de maré alta e baixa e apenas um representou de maneira

incorreta tanto o desenho esquemático quanto os pontos de maré. O resumo

estatístico pode ser analisado através da figura 23.

84

Figura 22: Questão 1 - Pós-teste

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Figura 23: Estatística da pergunta 1 - Pós-teste

Fonte: Produzido pelo autor.

Com relação à segunda questão do questionário pós-teste, foi solicitado que

os alunos utilizassem as informações referentes à maré de equilíbrio, foco da oficina

em questão, para que explicassem o motivo pelo qual ocorrem as alterações do nível

do mar em nosso planeta. Um total de 76% dos participantes conseguiu relacionar o

85

conceito fisicamente correto, como por exemplo, “A alteração do nível do mar se dá

devido à diferença de pressão causada pela componente horizontal da força de

equilíbrio”. Do restante, um aluno respondeu de maneira incompleta e vaga, “Pelas

forças de maré, pois as forças estão no mesmo sentido”; um relacionou a lua como

responsável, “ocorrem por causa da atração da lua sobre a terra” e três não

responderam. As estatísticas podem ser observadas através da figura 24.

Figura 24: Estatística da pergunta 2 - Pós-teste

Fonte: Produzido pelo autor.

A terceira e última questão do pós-teste tinha como objetivo construir um

paralelo entre as forças de maré e o ato de espremer uma espinha, ou seja, é

esperado que o estudante saiba que as forças de maré não são forças de tração,

como mostrado em muitas fontes didáticas, e sim forças que realizam uma

compressão sobre a superfície do planeta. Nessa questão, 100% dos estudantes

foram capazes de responder corretamente. Podemos destacar a seguinte resposta:

“A segunda opção, pois a força de equilíbrio, presente em vários pontos de uma

86

superfície, como foi mostrado na simulação, gera uma diferença de pressão nas

grandes massas d’água, alterando sua altura e podendo ser comparado ao ato de

espremer uma espinha”.

5.1 Análise dos resultados

Nesta seção, abordamos as respostas obtidas nos questionários de pré e pós

testes, assim como as considerações pertinentes em relação aos objetivos iniciais

propostos para este trabalho. Os dados apresentados foram classificados mediante

análise de ambos os questionários, sendo agrupados conforme semelhanças

conceituais em suas respostas.

Ainda que represente um tema pouco abordado em nosso cotidiano

universitário, assuntos relacionados à astronomia/astrofísica são muito populares

entre os estudantes da área, fazendo com que os mais interessados pesquisem e se

informem por conta própria. Um exemplo disso, em nossa pesquisa, foi um estudante

perguntar sobre as marés de Júpiter em sua Lua Europa, demonstrando apresentar

um conhecimento prévio potencialmente significativo. De maneira geral, o debate

que antecedeu a oficina promoveu a reflexão sobre o tema abordado e contou com o

envolvimento e a participação majoritária dos envolvidos.

No que diz respeito ao resultado obtido no questionário pré-teste, nenhuma

das quatro questões elaboradas obteve um índice de acerto maior do que 14,29%.

Dentre elas, destacamos a terceira questão, que nenhum aluno respondeu

corretamente e a segunda, em que 42,86% relacionou o ponto mais próximo da Lua

como maré alta e o ponto mais distante como maré baixa. Tal resultado corrobora o

estudo apresentado por Viiri (2000), em que cerca de 30% dos participantes fizeram

a mesma relação.

87

Outro fator que merece destaque é a grande incidência de respostas

baseadas em senso comum. Um total de 38,10% dos participantes respondeu que

forças de marés são forças das ondas oceânicas e 23,81% respondeu que somente

a Lua exerce influência nas marés terrestres. O número de alunos que não soube

responder as questões também foi elevado, variando entre 14,29% e 61,90%.

Desta maneira, pode-se dizer que os resultados obtidos no questionário pré-

teste corroboram uma das justificativas apresentadas em nosso capítulo introdutório,

que o fenômeno das marés ainda é um tópico negligenciado no ensino de Física, não

sendo um fenômeno restrito somente ao nosso país, mas a um nível geral.

Segundo definição de Zabala (1998), a partir do momento em que indivíduos

atuam de acordo com valores, como por exemplo, participar de tarefas escolares ou

cooperação em grupo, adquirem uma tendência a continuar com esse padrão,

desenvolvendo habilidades atitudinais. Durante a aplicação da oficina foi possível

observar uma interação entre os participantes, cooperando entre si a fim de

solucionar as questões propostas durante a aula, sempre respeitando a ideia do

colega e sem interromper a fala alheia, o que caracteriza aspectos atitudinais.

A oficina foi ministrada com o objetivo de realizar uma aula não tradicional,

com os alunos no papel de protagonistas no ensino e respeitando as ideias

propostas por Ausubel. Com a finalidade de evitar possíveis respostas decoradas, as

questões que compõem o questionário pós-teste não foram abordadas de maneira

direta na oficina, salientando apenas os conceitos físicos envolvidos em cada

questão.

Após a aplicação do questionário pós-teste, foi possível observar uma

evolução significativa por parte dos estudantes perante o tema apresentado. Na

primeira questão, foi solicitado aos estudantes que fizessem um desenho

esquemático de um sistema Sol-Terra-Lua, representando os pontos de maré alta e

baixa. Enquanto no pré-teste somente 14,29% fizeram uma representação correta de

88

um sistema mais simples, apenas Terra-Lua, 80,95% dos estudantes responderam à

questão corretamente no pós teste, o que representa um aumento significativo. O

índice de respostas incorretas foi de 14,29% e apenas um aluno, 4,76% dos

participantes, não respondeu.

Figura 25: Evolução da primeira pergunta

Fonte: Produzido pelo autor.

Já na segunda questão do pós-teste, conforme demonstrado pelas figuras 26

e 27, 76,19% dos participantes explicaram de forma fisicamente correta o motivo

pelo qual as grandes massas de água sofrem alteração em seu nível. Considerando

que apenas 14,29% dos participantes responderam corretamente à pergunta “o que

são forças de maré” no questionário pré-teste, é possível afirmar que a oficina

representou um aprendizado significativo para a maior parte dos participantes, uma

vez que possibilitou uma explicação mais complexa sobre o tema, utilizando

conceitos da maré de equilíbrio. Apenas um aluno respondeu que somente a Lua

exerce influência sobre as marés, representando uma queda de 19,05% em relação

ao pré-teste.

89

Figura 26: Evolução da segunda pergunta

Fonte: Produzido pelo autor.

Figura 27: Evolução conceitual

Fonte: Produzido pelo autor.

Ao finalizar o pós-teste, 100% dos participantes mostraram compreender de

forma correta a analogia proposta, de que forças de maré se assemelham mais com

uma espinha sendo espremida em comparação a um chiclete sendo esticado. O

índice máximo de abstenção durante o pós-teste foi de 14,29%, 46,8% a menos em

comparação à fase anterior.

90

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Procuramos promover uma oficina que levasse em consideração as ideias de

aprendizagem significativa propostas por Ausubel, utilizando uma hipermídia

construída com base na teoria de Mayer. Substituímos uma dinâmica de ensino

tradicional com o objetivo de identificar o conhecimento prévio dos alunos para, a

partir desse referencial, dar início ao processo de aprendizagem. As ideias de

Ausubel nos nortearam durante o desenvolvimento da oficina, quando os alunos

foram colocados como protagonistas do próprio aprendizado, capazes de construir

raciocínio teórico com base em conhecimentos prévios já existentes.

Atentamos-nos para o fato de que o aluno não pode ser mero ouvinte e o

computador não deve ser uma simples substituição do giz e da lousa, conforme nos

orienta Fiolhais e Trindade (2003). Procuramos ministrar uma oficina que, aliada a

um objeto de aprendizagem moderno e instigante, fosse capaz de motivar os alunos.

Afinal, conforme as ideias de Ausubel (1978), a aprendizagem significativa não

requer apenas um material potencialmente significativo, isto é, relacionável à

estrutura cognitiva de maneira não arbitrária e não literal, mas também que o

aprendiz manifeste uma disposição em relacionar o novo material de modo

substantivo e não arbitrário à sua estrutura cognitiva.

Com relação à oficina ministrada, destacam-se dois pontos dignos de

observação, um positivo e outro negativo. O positivo foi a participação ativa dos

estudantes, através de debates e questionamentos sobre o tema abordado, sempre

com respeito entre as partes envolvidas, caracterizando o desenvolvimento de

habilidades atitudinais. De maneira geral, pode-se concluir que a oficina contou com

estudantes motivados e participativos, fator considerado importante por David

Ausubel para que ocorra uma aprendizagem significativa. Como ponto negativo,

destacamos o período de uma hora reservado para a oficina, um tempo considerado

curto se levarmos em conta a complexidade do assunto e a quantidade de dúvidas.

91

Portanto, para futuras aplicações, sugere-se a utilização de dois horários completos

de 50 minutos, ou seja, uma oficina de uma hora e quarenta minutos de duração.

Analisando os dados obtidos, percebe-se a evolução gradual da estrutura

cognitiva do aprendiz mediante um processo de diferenciação progressiva. Além de

um baixo índice de acertos no questionário pré-teste, cerca de 14%, um elevado

percentual de estudantes apresentavam conceitos fisicamente deturpados. Ao

construir o conhecimento a partir do vídeo escolhido como organizador prévio e

conciliar as novas informações em harmonia com as ferramentas do objeto de

aprendizagem, foi obtida uma média de acertos de 85,6% no questionário pós-teste,

além da eliminação de concepções errôneas do senso comum, o que nos mostra

uma melhora significativa.

Todavia, é possível indagar se os resultados apresentados seriam os

mesmos caso tivéssemos optado por uma abordagem de ensino tradicionalista.

Concordamos com Schnetzler (1992, p. 17) ao afirmar que o aluno não aprende

mediante uma internalização de algum significado recebido, como uma simples

transmissão de conteúdo conforme determina a metodologia tradicional, e sim por

um processo idiossincrático, de atribuição de significado que resulta em uma

interação entre as novas informações e o conhecimento prévio na estrutura cognitiva,

justificando a escolha por uma metodologia não tradicional de ensino.

Sendo assim, considerando que os alunos foram capazes de explicar o

fenômeno das marés utilizando uma teoria mais complexa, como a da Maré de

Equilíbrio, concluímos que o objeto de aprendizagem construído cumpriu o objetivo

proposto: ser um material potencialmente significativo capaz de proporcionar, em

uma turma em que o aluno é o protagonista do processo de ensino, uma

aprendizagem significativa.

92

REFERÊNCIAS

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97

APÊNDICE A – QUESTIONÁRIOS PRÉ E PÓS-TESTE

Questionário pré-teste

1) Com suas palavras, explique o que você entende por forças de maré.

2) De acordo com a figura abaixo, quais letras representam os pontos de maré

alta? E de maré baixa?

3) Represente vetorialmente nas figuras abaixo as forças de maré, indicando

quais os pontos de maré alta e baixa. Explique se o Sol exerce ou não alguma

diferença sobre elas.

4) Na sua opinião, é possível observar forças de marés em grandes lagos ou

somente em oceanos? Explique.

98

Questionário pós-teste

1. Faça um desenho esquemático, em um sistema Sol-Terra-Lua representando

as forças de maré sobre o planeta Terra, explicitando os pontos de maré alta e baixa.

2. Utilizando as informações aprendidas na oficina explique, do ponto de vista

físico, o motivo pelo qual ocorrem as alterações do nível do mar em nosso planeta.

3. Qual das situações representa melhor as forças de maré sobre o planeta: um

chiclete sendo esticado ou uma espinha sendo espremida? Explique.

99

APÊNDICE B – ORIENTAÇÃO DE USO DA HIPERMÍDIA DESENVOLVIDA PARA

O ENSINO DO FENÔMENO DAS MARÉS

Este produto pedagógico tem como objetivo proporcionar um estudo mais

aprofundado acerca do fenômeno de marés, através da teoria da maré de equilíbrio,

para estudantes do nível superior do curso de física. Por mais que esteja presente no

nosso cotidiano, o fenômeno das marés é um tópico negligenciado no ensino de

física, até no ensino superior, mesmo com o fenômeno das marés podendo ser

considerado útil como nova fonte energética, sendo a utilização da energia

maremotriz uma opção cada vez mais viável de energia limpa, dado o crescente

aperfeiçoamento de equipamentos utilizados na conversão de energia.

A hipermídia desenvolvida busca corrigir um erro bastante recorrente no

ensino das marés, em que muitos livros didáticos mostram a força gravitacional como

uma variável única e isolada capaz de esticar as superfícies oceânicas do planeta,

de forma análoga que se estica um chicletes. Portanto, é importante desconstruir

esses conceitos errôneos e proporcionar uma física mais robusta para o fenômeno

das marés, mostrando que, diferente do senso comum, não devemos levar em

consideração apenas a magnitude da força geradora de marés e sim sua direção e

que outros fatores, além da força gravitacional, influenciam no deslocamento das

grandes massas de água.

Para que seja possível introduzir o conceito da teoria da maré de equilíbrio, é

preciso mudar esse cenário já na formação do professor de física, abordando o tema

em sala de aula e utilizando materiais didáticos que apresentam o fenômeno de

maneira correta. No âmbito nacional, as forças de maré também são tratadas de

forma superficial ou, em alguns casos, não são nem citadas nos livros didáticos que

fazem parte da vida escolar de um estudante de graduação em física.

100

A ideia de desenvolver uma hipermídia voltada ao ensino foi pensada com o

intuito de ser uma ferramenta global, de fácil acesso para qualquer professor ou

aluno que tenha interesse em estudar o tema. Mesmo com o avanço da tecnologia

em vários setores da sociedade, a utilização de aparatos digitais em sala de aula

ainda é tímida e com uma abordagem tradicional. A intenção é mostrar que a boa

utilização da tecnologia, aliada à ideias pedagógicas mais modernas, pode

proporcionar um resultado positivo no ensino de Física, mesmo se tratando de um

tema pouco abordado em sala de aula.

Tendo como público alvo estudantes de graduação, o objeto de aprendizagem

busca reunir toda física envolvida nos fenômenos de marés em uma interface limpa e

de fácil manuseio, independente do grau de instrução tecnológica que do estudante.

Apesar de propor uma sequência de utilização que, na opinião do autor, mais se

adequa ao tema apresentado, salientamos que o uso mais adequado da hipermídia

fica a cargo do docente, uma vez que cada turma possui suas particularidades e

saberes individuais.

Desenvolvido em parceria com a MUP Studios, o aplicativo denominado como

“TideApp” apresenta uma interface simples com quatro opções para que o estudante

de física possa começar o seu estudo sobre forças de maré: “veja os cálculos”,

“entenda o movimento”, “maré de equilíbrio” e “saiba mais”.

101

Figura 28: Hipermídia desenvolvida - Tela inicial

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Tendo em vista que nem todo aluno dispõe de conhecimentos prévios

potencialmente significativos, portanto, sugere-se começar a exploração da

hipermídia pela aba “saiba mais”. Nela o aprendiz poderá explorar o vídeo escolhido

para funcionar como organizador prévio deste trabalho, evoluindo os conceitos pré-

existentes para que possam ser subsunçores capazes de ancorar novas idéias,

aprimorando com isso sua estrutura cognitiva.

102

Figura 29: Hipermídia desenvolvida - Organizador prévio

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Após assistir o vídeo, é sugerido dar prosseguimento com o conteúdo que se

encontra na aba “entenda o movimento”. Nessa seção, através de um sistema Sol-

Terra-Lua, o aluno será capaz de estabelecer relações entre as fases da lua e os

pontos de maré alta e baixa em nosso planeta, compreendendo melhor quais forças

estão envolvidas nesse processo e o que representa a resultante gerada entre elas.

Como se pode observar na imagem abaixo, o aluno tem a opção de clicar no

hipertexto localizado no canto inferior da tela e aprofundar a explicação sobre a física

envolvida na seção. Com exceção do espaço “saiba mais”, os hipertextos estão

presentes em todas as abas do produto pedagógico.

103

Figura 30: Hipermídia desenvolvida - Tela “entenda o movimento”

Fonte: Arquivo pessoal do autor. Figura 31: Hipermídia desenvolvida - Hipertexto

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

104

Através desse conteúdo, o docente pode promover, conforme as ideias de

Ausubel, uma aprendizagem subordinada derivativa. Partindo do pressuposto de que

um estudante de graduação em Física possui certo conhecimento prévio referente a

conceitos como força gravitacional e força resultante, o professor tem condições de

relacionar tais definições com a definição de forças de marés, explicitando os pontos

de marés altas e baixas em nosso planeta à medida que a Lua realiza seu

movimento de translação ao redor da Terra.

Para a terceira etapa didática, sugere-se explorar a aba “veja os cálculos”,

onde os alunos podem compreender melhor o tema abordado através de uma

análise quantitativa do fenômeno, compreendendo a relação da massa e da distância

dos corpos celestes sobre a magnitude das forças de maré. Conforme a imagem

abaixo, primeiramente o aluno deve escolher dois corpos, dos quais deseje analisar

a interação.

Figura 32: Hipermídia desenvolvida - Tela “Veja os cálculos”

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

105

Após selecionar os corpos celestes de sua escolha, o aluno deve analisar os

dados apresentados como massa, raio e distância, realizando uma análise crítica da

influência de tais parâmetros no valor da força de maré em uma partícula unitária.

Por intermédio da subordinação correlativa, o aprendiz será capaz de associar que

assim como a Lua, todos os astros presentes no sistema solar apresentam uma

influência, mesmo que desprezível, no fenômeno das marés.

Figura 33: Hipermídia desenvolvida - Tela “Veja os cálculos”

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Em concordância com a teoria abordad, um fato interessante para ser

abordado pelo docente é a seguinte indagação: “Sabendo que a atração

gravitacional do Sol é maior que a atração gravitação lunar, qual corpo apresenta

maior influência sobre as forças de maré?”. Utilizando-se a diferenciação

progressiva, tal indagação possibilita ao docente construir o conhecimento através da

informação de que a atração gravitacional solar é quase 200 vezes maior que a

lunar. Assim, ao relacionar com conceitos de derivação, é possível explicar que as

106

forças de maré entre os corpos é inversamente proporcional ao cubo da distância

entre eles, resultando em uma influência lunar cerca 46% maior que a influência

solar.

Figura 34: Hipermídia desenvolvida - Tela “Veja os cálculos”

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Figura 35: Hipermídia desenvolvida - Tela “Veja os cálculos”

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

107

Sendo assim, o processo de aprendizagem significativa através da

diferenciação progressiva terá continuidade, uma vez que a estrutura cognitiva do

aprendiz já estará evoluída e apta a receber informações mais complexas, como as

ideias que abrangem a teoria da maré de equilíbrio, assunto este que consta na

terceira aba da tela de apresentação e tema chave deste objeto de aprendizagem.

Uma sugestão de sequência didática para esta seção é que o docente a

fracione em três partes. Na primeira, o aluno poderá observar como ocorre a

oscilação do nível do oceano à medida que a Lua realiza seu movimento de

translação ao redor da Terra, analisando quais propriedades geram uma influência

direta e qual equação devemos usar. O docente deve advertir que os valores

apresentados na simulação representam um resultado teórico, previsto somente pela

teoria da maré de equilíbrio, uma vez que fatores fundamentais para a realidade, tais

como profundidade do oceano, forças de Coriolis e atrito, são considerados

desprezíveis na teoria da maré de equilíbrio.

Figura 36: Hipermídia desenvolvida - Tela “Maré de equilíbrio”

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

108

Optando por prosseguir para a segunda etapa, o usuário deverá clicar com o

mouse sobre o planeta Terra. Desta forma, ao ser direcionado, sugere-se que se

inicie a explicação pelo hipertexto dessa seção, para que o aluno possa

compreender o real motivo pelo qual as grandes massas de água sofrem alteração

em seu nível. O professor será capaz de explicar a decomposição de forças

envolvidas em um certo ponto do planeta, evidenciando a real responsável pelas

marés, a força de equilíbrio ( ) em relação à componente horizontal da força

inercial ( ) que provoca uma diferença de pressão na massa oceânica,

alterando a altura de grandes lagos e oceanos, obedecendo .

Figura 37: Hipermídia desenvolvida - Tela “Maré de equilíbrio”

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Uma vez que o aprendiz obtenha um aprendizado significativo através das

informações contidas no hipertexto, ele será capaz de perceber que as forças de

maré não exercem sobre o planeta uma força que representaria, de forma análoga, a

de um chiclete sendo esticado e sim como uma espinha sendo espremida. Em

resumo, o aluno disporá em sua estrutura cognitiva, agora evoluída através de um

ensino potencialmente significativo, diferentemente do senso comum, a

109

compreensão de que a magnitude da força de maré não representa uma variável

determinante para a alteração do nível de nossos oceanos e grande lagos, sendo a

componente horizontal dessa força, paralela à superfície, a principal responsável

pelo levantamento das camadas de água.

Por fim, finalizando o uso da hipermídia, os alunos são apresentados a uma

animação com a finalidade de compreender a relação da força de equilíbrio ( ) em

relação à componente horizontal da força inercial ( ) com a altura dos

oceanos. Através da subordinação correlativa, o aluno consegue relacionar a

alteração no nível oceânico com outro conteúdo da Física, o movimento harmônico

de um modelo dinâmico massa mola, por exemplo. Uma atividade sugerida seria que

cada estudante construa um gráfico que represente a alteração no nível oceânico e,

logo após, compare com os gráficos elaborados com medições reais realizadas na

Noruega, por Gjevik (2013).

Figura 38: Hipermídia desenvolvida - Tela “Maré de equilíbrio”

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

110

Figura 39: Hipermídia desenvolvida - Tela “Maré de equilíbrio”

Fonte: Arquivo pessoal do autor.

Sendo assim, ressaltamos que esse guia serve como uma sugestão de

orientação para utilização do objeto de aprendizagem, não devendo ser considerado

algo imutável. É função do docente responsável avaliar o nível de conhecimento

prévio de sua turma e, a partir disso, determinar a sequência de exploração da

hipermídia.