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INSTITUTO FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CAMPUS NATAL – CENTRAL / DIRETORIA DE PESQUISA E INOVAÇÃO
MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA
Dissertação de Mestrado
Simulação computacional com o software Algodoo:
MOVIMENTOS HARMÔNICOS
Por
Sergio Damasceno da Silva
Natal
2018
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Simulação computacional com o software Algodoo:
MOVIMENTOS HARMÔNICOS
Sergio Damasceno da Silva
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-
Graduação Mestrado Profissional em Ensino de Física, no Curso
de
Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Física (MNPEF),
como
parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre
em
Ensino de Física.
Melquisedec Lourenço da Silva, D. Sc.
Natal
2018
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Catalogação na Publicação elaborada pela Bibliotecária Tatiana N
A Dutra Alves CRB15/446
Biblioteca Central Sebastião Fernandes (BCSF) - IFRN
Silva, Sergio Damasceno da.
S586s Simulação computacional com o software Algodoo:
movimentos
harmônicos / Sergio Damasceno da Silva. – Natal, 2018.
121 f : il. color.
Dissertação (Mestrado Nacional Profissional em Ensino de
Física) – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do
Rio
Grande do Norte. Natal, 2018.
Orientador (a): Dr. Melquisedec Lourenço da Silva.
1. Modelagem computacional - Algodoo. 2. Simulações
computacionais. 3. Movimentos harmônicos - UEPS. I. Silva,
Melquisedec Lourenço da. II. Instituto Federal de Educação,
Ciência
e Tecnologia do Rio Grande do Norte. III. Título.
CDU 52
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“Aos meus pais е a toda minha família
que, com muito carinho е apoio, não
mediram esforços para que eu
chegasse até esta etapa da minha
vida.”
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Agradecimentos
Agradeço primeiramente a Deus por ter me concebido essa
grande
oportunidade.
A minha mãe, Valdete Porfirio Damasceno da Silva, e ao meu pai,
Sebastião
Bezerra da Silva, por sempre terem feito o possível para
subsidiar minha educação.
Agradeço a minha noiva Andreza Gomes da Silva, por toda a
paciência e amor
que tem por mim.
Ao meu orientador, Melquisedec Lourenço da Silva, D. Sc., por
toda clareza
exposta nas discussões que levaram ao desenvolvimento desse
trabalho.
Também agradeço à CAPES pelo apoio financeiro por meio da
bolsa
concedida.
E agradeço fortemente todos os professores e colegas de turma
pelas diversas
discussões que contribuíram na inovação de minha prática
docente, e a todos que de
alguma forma contribuíram para meu sucesso.
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12
Resumo
O referido trabalho relata a aplicação do software Algodoo
abordando os
movimentos harmônicos, buscando através da aprendizagem
significativa, fazer uso
das potencialidades do software que nos permite criar simulações
em duas dimensões
levando em consideração fatores e grandezas pertencentes a área
da Física sem a
necessidade de conhecimento em programação ou equações
matemáticas. Foi criada
uma sequência de animações divididas em 7 aulas. Cada aula vem
acompanhada de
um roteiro com orientações e sugestões de execução de atividades
com o uso do
software Algodoo. Além disso, apresentamos uma proposta
metodológica de uma
UEPS que pode ser usada com o software. A análise dos resultados
é feita junto a
uma turma de Ensino Médio através de questionários que permitem
uma analise
quantitativa e qualitativa dos resultados.
Palavras-chave: Modelagem computacional, Algodoo, Simulações
computacionais,
Movimentos Harmônicos, UEPS.
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13
Abstract
This work reports the application of the software Algodoo
approaching the harmonic
movements, searching through the significant learning, make use
of the potential of
the software that allows us to create simulations in two
dimensions taking into account
factors and magnitudes belonging to the area of Physics without
the need for
knowledge in programming or mathematical equations. A sequence
of animations
divided into 7 classes was created. Each class is accompanied by
a script with
guidelines and suggestions for carrying out activities with the
use of Algodoo software.
In addition, we present a methodological proposal of a UEPS that
can be used with the
software. The analysis of the results is done together with a
high school class through
questionnaires that allow a quantitative and qualitative
analysis of the results.
Keywords: Computational Modeling, Algodoo, Computational
Simulations, Harmonic
Movements, UEPS.
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14
Lista de figuras
Figura 1 – Tela inicial do portal PHET Interative Simulations.
_________________ 29
Figura 2 – Captura de tela mostrando a área de trabalho do
Software Modellus v. 4.01.
_________________________________________________________________
29
Figura 3 – Captura de tela da área de trabalho mostrando a
disposição das barras e
menus do software Algodoo, bem como descrevendo algumas funções
de cada barra.
_________________________________________________________________
34
Figura 4 – Capa do produto educacional.
________________________________ 39
Figura 5 – Gráfico gerado no software Algodoo demonstrando a
posição do bloco em
relação ao tempo para o movimento harmônico do bloco.
____________________ 41
Figura 6 – Gráficos gerados no software Algodoo para a análise
energética da mola e
do bloco.
__________________________________________________________ 42
Figura 7 – Gráfico gerado pelo movimento do pêndulo demonstrando
a relação entre
a energia cinética e a energia potencial gravitacional.
_______________________ 43
Figura 8 – Simulação mostrando a relação entre o MHS e o MCU.
_____________ 44
Figura 9 – Gráficos mostrando os três tipos de oscilaçoes
amortecidas. (a)
Subamortecido. (b) Superamortecido. (c) Criticamente amortecido.
____________ 45
Figura 10 – Resposta de um aluno para a questão “C”, referente
ao questionário da
atividade 1.
________________________________________________________ 73
Figura 11 – Resposta dada por um aluno para a questão B da
atividade 2. ______ 76
Figura 12 – Resposta dada por um aluno para a questão “A” da
atividade 3. _____ 77
Figura 13 – Resposta de um aluno para a questão “B” da atividade
3. __________ 78
Figura 14 – Resposta dada por um aluno para a questão “C” da
atividade 3. _____ 79
Figura 15 – Resposta de um aluno para a questão “A “ da
atividade 4. ________ 81
Figura 16 – Resposta de um aluno para a questão “A“, da
atividade 4. __________ 81
Figura 17 – Resposta dada por um aluno para a questão “A” da
atividade 5. _____ 83
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15
Lista de tabelas
Tabela 1 – Requisitos necessários para executar o Algodoo.
_________________ 35
Tabela 2 – Distribuição dos capítulos no livro.
_____________________________ 40
Tabela 3 – Cronograma de aplicação do produto educacional.
________________ 52
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16
Lista de Gráficos
Gráfico 1 – Gráfico referente a quantidade de erros e acertos na
atividade 1. ......... 72
Gráfico 2 – Gráfico referente a quantidade de erros e acertos
alcançados na atividade
2.
...............................................................................................................................
75
Gráfico 3 – Gráfico referente a quantidade de erros e acertos na
atividade 3. ......... 77
Gráfico 4 – Gráfico referente a quantidade de erros e acertos da
atividade 4. ......... 80
Gráfico 5 – Gráfico referente a quantidade de erros e acertos na
atividade 5. ......... 82
Gráfico 6 – Gráfico referente a quantidade de erros e acertos na
atividade 6. ......... 84
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17
SUMARIO
1 INTRODUÇÃO
.........................................................................................
19
1.1 OBJETIVO GERAL
...................................................................................
24
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
....................................................................
24
2 SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS NO ENSINO DE FÍSICA ................
26
2.1 O COMPUTADOR COMO FERRAMENTA PARA A APRENDIZAGEM. . 26
2.2 MODELAGEM COMPUTACIONAL NO ENSINO DE FÍSICA.
................. 28
3 REVISÃO DA LITERATURA E O SOFTWARE ALGODOO ...................
33
3.1 O
ALGODOO............................................................................................
33
3.2 USO DO ALGODOO COMO FERRAMENTA NO ENSINO DE FÍSICA ...
36
4 O PRODUTO EDUCACIONAL
................................................................
38
5 APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE AUSUBEL.
................................ 46
5.1 SUGESTÃO DE UMA UEPS PARA O ENSINO DE MOVIMENTOS
HARMÔNICOS
.........................................................................................
48
6 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
................................................. 51
6.1 AULA 1: MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES
..................................... 53
6.1.1 Plano de aula.
.........................................................................................
53
6.2 AULA 2: MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES NA VERTICAL
............. 56
6.2.1 Plano de aula.
.........................................................................................
56
6.3 AULA 3: ENERGIA NO MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES
.............. 58
6.3.1 Plano de aula.
.........................................................................................
59
6.4 AULA 4: PÊNDULO SIMPLES.
................................................................
61
6.4.1 Plano de aula.
.........................................................................................
61
6.5 AULA 5: ENERGIA NO PÊNDULO SIMPLES.
......................................... 63
6.5.1 Plano de aula.
.........................................................................................
64
6.6 AULA 6: RELAÇÃO ENTRE O MHS E O MCU
........................................ 66
6.6.1 Plano de aula
..........................................................................................
66
6.7 AULA 7: OSCILAÇÕES AMORTECIDAS
................................................. 68
6.7.1 Plano de aula
..........................................................................................
68
7 RESULTADOS E DISCUSSÕES
.............................................................
71
7.1 ATIVIDADE 1: MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES
............................ 71
7.2 ATIVIDADE 2: MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES NA VERTICAL ...
74
7.3 ATIVIDADE 3: ENERGIA NO MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES ....
76
7.4 ATIVIDADE 4: PÊNDULO SIMPLES.
....................................................... 79
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18
7.5 ATIVIDADE 5: ENERGIA NO PÊNDULO SIMPLES.
............................... 82
7.6 ATIVIDADE 6: RELAÇÃO ENTRE O MHS E O MCU
.............................. 84
7.7 ATIVIDADE 7: OSCILAÇÕES AMORTECIDAS
....................................... 85
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
.....................................................................
86
REFERÊNCIAS.........................................................................................................
88
APÊNDICE A – ATIVIDADES USADAS EM SALA
................................................. 91
APÊNDICE B – SLIDES USADOS DURANTE AS AULAS
................................... 105
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19
1 INTRODUÇÃO
O uso de simulações em sala de aula nos aproxima do modo como se
faz
ciência hoje, que faz o constante uso da modelagem
computacional. Por outro lado, a
utilização de simulações em práticas pedagógicas, ainda permite
fazer discussões
acerca de situações com a mínima possibilidade de interferências
referentes a fatores
externos em comparação com a utilização de experimentos
reais.
A cada dia o computador vem tomando espaço no cotidiano,
assumindo desde
simples funções, como o entretenimento até aplicações mais
complexas e tem se
tornado uma ferramenta essencial na sociedade. Se o computador
tem tomado tanto
espaço e contribuído muito, porque não o utilizar em sala de
aula? O computador nos
disponibiliza diversos recursos que podem ser trabalhados em
sala de aula, um
desses recursos são as simulações computacionais, que nos
permitem demonstrar
situações que só poderiam ser executadas em determinadas
situações.
Com o crescente desenvolvimento tecnológico, vemos a necessidade
de
desenvolver práticas educacionais que façam proveito dessas
ferramentas
tecnológicas, o que tem sido um grande desafio para professores,
seja pela falta de
recursos ou muitas vezes por resistência de antigas práticas
educacionais.
Atualmente existem muitas pesquisas mostrando o resultado
positivo do uso dessa
ferramenta em sala de aula. Existem várias possibilidades para o
uso de
computadores em práticas pedagógicas, uma das possibilidades é o
uso de
simulações computacionais, que ajudam a visualizar fenômenos
reais, simulando
experimentos na própria sala de aula.
Outro fator positivo desse avanço tecnológico no
ensino-aprendizagem é a
possibilidade de fazer uso dele em ambientes escolares com
poucos recursos
pedagógicos. Principalmente para o ensino de Ciências, onde se
faz necessário o uso
de laboratórios e bibliotecas aos quais tem um preço de
aquisição elevado, e as
escolas diante de um orçamento apertado, optam em gastos com
equipamentos que
possam ser compartilhados com o máximo de disciplinas.
Tendo em mente tal realidade, o presente trabalho relata e
discute a aplicação
de um produto educacional desenvolvido durante o Mestrado
Nacional Profissional
em Ensino de Física. Aqui é apresentado uma sequência didática
que sugere a
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20
aplicação de um software denominado Algodoo como ferramenta
mediadora para o
ensino de Física. Este software usa o processo de modelagem
computacional para
criar simulações levando em consideração Leis básicas da Física,
tornando possível
discutir os fenômenos reais de forma didática. Ele está
disponível gratuitamente no
site de seus desenvolvedores, (www.algodoo.com). A escolha por
trabalhar com esse
software se deu por se tratar de um software disponibilizado
gratuitamente, pela
facilidade de seu manuseio e também pela diversidade de recursos
disponíveis.
Através desse software é possível criar simulações
computacionais e
manuseá-las com seus alunos de forma interativa e intuitiva. O
mesmo permite
trabalhar com fatores como gravidade, atrito, resistência do ar,
dentre outros, o que
facilita a simulação de fenômenos do mundo real em aulas de
ciências, como a Física.
A Física é uma área repleta de conceitos abstratos e situações
de difícil
compreensão. Muitos alunos a consideram uma das disciplinas mais
difíceis do
Ensino Médio e a grande dificuldade encontrada por parte dos
professores de Física,
é fazer com que estes alunos tenham uma melhor assimilação dos
conceitos, que
muitas vezes se restringem somente a modelos matemáticos e
teóricos expostos em
quadros, ou em figuras estáticas disponibilizadas em livros.
É grande o número de professores e alunos que expressam a falta
de estímulos
por parte da estrutura oferecida pelas escolas. O caso é ainda
mais grave quando
olhamos para as escolas públicas situadas em cidades
interioranas. A precariedade
nas escolas impossibilita, por exemplo, a utilização de
laboratórios de ciências com
equipamentos apropriados às necessidades educacionais da
área.
O construtivismo afirma que a aprendizagem é um processo
contínuo de
construção do conhecimento por meio dos processos reflexivos e
de acomodação,
nos quais o aprendiz deve atuar nesse processo não sendo apenas
mero expectador.
Ele expõe que deve haver interação, reflexão e acomodação de
forma cíclica sempre
havendo uma estruturação cada vez mais sólida do
conhecimento.
Boas práticas construtivistas são as aulas práticas em
laboratórios ou em sala
de aula. Porém, a realidade social atual das escolas nos
impulsiona para o desafio de
trabalhar a aprendizagem dos alunos sem dispor de tais
laboratórios, que são muitas
vezes caros.
-
21
Baseado nesse desafio e aproveitando-se da realidade dos alunos
de hoje, que
já nasceram imersos em um mundo tecnológico, no qual as
interações socioculturais
ocorrem mediante a utilização de aparatos como computadores,
smartphones, tablets,
notebooks, é que o trabalho apresentado nessa dissertação surge.
Propõe-se aqui
relatar o potencial da utilização de um software computacional
no ensino de Física.
O construtivismo é uma teoria voltada ao entendimento da
formação do
conhecimento no sujeito enquanto ente que aprende. Ele tem sua
base referencial
nas ideias e escritos de Jean Piaget e seu foco principal foi
entender como se dá a
construção do conhecimento pelo sujeito, mediante sua interação
com o objeto de
conhecimento, independentemente de tal interação ser evidenciada
em ambientes
escolares ou não. BECKER (1994) faz uma descrição acerca do
construtivismo
dizendo que:
O sujeito age sobre o objeto, assimilando-o: essa ação
assimiladora
transforma o objeto. O objeto, ao ser assimilado, resiste aos
instrumentos de
assimilação de que o sujeito dispõe no momento. Por isso, o
sujeito reage
refazendo esses instrumentos ou construindo novos instrumentos,
mais
poderosos, com os quais se torna capaz de assimilar, isto é, de
transformar
objetos cada vez mais complexos. Essas transformações dos
instrumentos
de assimilação constituem a ação acomodadora. (O processo
educacional
que nada transforma está negando a si mesmo). O conhecimento não
nasce
com o indivíduo, nem é dado pelo meio social. O sujeito constrói
seu
conhecimento na interação com o meio tanto físico como social.
(Becker,
1994)
De encontro a essa linha de raciocínio, o objeto educacional
desenvolvido e
apresentado nesse trabalho tem a intenção de ser um meio de
interação para o sujeito
aprendiz, mediando o processo de ensino-aprendizagem. Buscamos
com essa
perspectiva, que os estudantes possam interagir com o objeto de
estudo, mesmo que
de forma digital, criando linhas reflexivas que possibilitem uma
acomodação
satisfatória do conhecimento.
Nossa intenção não é substituir a interação com o mundo real
disponível em
um Laboratório de ciências por uma interação virtual.
Pretendemos sim, criar a
possibilidade de lidar com a falta da primeira, utilizando para
isso meios próprios dos
alunos e/ou da escola. Isso é possível porque atualmente vivemos
uma realidade na
qual a maioria dos estudantes dispõem de alguma forma de acesso
a computadores
-
22
no seu dia a dia. Mesmo as escolas que não dispõem de
laboratórios de ciências nos
dias de hoje, em sua grande maioria, possuem equipamentos de
informática
acessíveis aos alunos.
Sendo assim, ressalta-se a importância das TIC’s (Tecnologias da
Informação
e Comunicação) como “ferramentas” construtivistas atuais
possibilitando a interação
dos discentes com os objetos de aprendizagem, favorecendo a
construção e/ou
reconstrução do conhecimento, sendo essa interação de vital
importância, conforme
explicam Sanchis e Mahfoud (2010) apud Castañon (2005):
Essa construção só é possível através de uma interação,
mediada
pela ação do sujeito, em que dois conceitos são centrais: a
assimilação e a
acomodação. O sujeito age, tanto quando incorpora a experiência
aos
esquemas de interpretação já elaborados (assimilação), como
quando
modifica seus esquemas para aproximar-se melhor da realidade
(acomodação). Ele constrói seu mundo e se aproxima da realidade
na medida
em que há “uma colaboração necessária entre o sujeito que
conhece e o
objeto conhecido”. (Sanchis e Mahfoud, 2010 apud Castañon,
2005).
Espera-se, com isso, que os estudantes possam assimilar melhor
os assuntos
estudados de forma reflexiva habilitando uma acomodação
cognitiva satisfatória,
tornando-os aptos a lidar com situações-problema. Além disso,
fazendo-os encontrar
soluções realistas e satisfatórias sem a necessidade de
processos mecanicistas e
repetitivos ou processos decorativos, tão observados atualmente
em sala de aula.
A realidade atual não exige alunos preparados para dar
respostas
automáticas, mas sim alunos preparados para lidar com problemas
dinâmicos.
Problemas que apresentam constantes mudanças. Principalmente
quando levamos
em consideração o acelerado crescimento do conhecimento
proporcionado pela
evolução tecnológica.
O produto desenvolvido neste trabalho contém atividades usando
simulações
voltadas para o ensino médio que se assemelham a figura do livro
escolar tão presente
no dia a dia dos estudantes. Porém, insere a esse um componente
da realidade
sociocultural dos alunos de hoje que é a interação com o
computador. Sobre essa
interatividade, Silva (1998) nos diz:
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23
Interatividade é, a partir dos anos 80, uma condição
revolucionária, inovadora da informática, da televisão, do cinema,
do teatro, dos brinquedos eletrônicos, do sistema bancário online,
da publicidade, etc. Há uma crescente “indústria da
interatividade”, usando o adjetivo “interativo”, para qualificar
qualquer coisa cujo funcionamento permite ao seu usuário algum
nível de participação ou troca de ações. (Silva, 1998)
A sequência didática construída aborda o tema Movimentos
Harmônicos, que
é geralmente trabalhado no segundo ano do ensino médio regular
em escolas
públicas. Este conteúdo é de fundamental importância para Física
uma vez que a
teoria envolvida é observada em diversos fenômenos na natureza.
Além disso, o
entendimento desse movimento periódico é essencial para o estudo
sobre as ondas,
o som, as correntes elétricas e a luz.
Para auxiliar no entendimento do conteúdo, o aluno deve
acompanhar a
sequência didática proposta simultaneamente com a utilização do
software Algodoo.
Na sequência didática foram construídas e estão disponíveis
diversas simulações
para guiar o aprendizado deste conteúdo. Essas simulações estão
disponíveis para
download e o produto educacional apresenta o link onde cada uma
pode ser
encontrada. Cada assunto abordado é acompanhado, também, de uma
sugestão de
roteiro de aula, que pode ser aplicado em sala de aula pelo
professor ou mesmo como
meio facilitador para o manuseio pelos alunos. Ao todo são,
nesse produto
educacional, sete atividades com simulação envolvendo o software
Algodoo aplicado
aos movimentos harmônicos. Para cada atividade, o livro
disponibiliza um
questionário, que posteriormente pode ser usado para fixação do
conteúdo.
A metodologia de aplicação do produto educacional desenvolvido
nesse
trabalho está embasada na teoria da aprendizagem significativa
de Ausubel, a qual é
um processo por meio do qual uma nova informação relaciona-se
com um
conhecimento especificamente relevante da estrutura do indivíduo
que aprende.
Moreira (1999) fala que “a aprendizagem significativa ocorre
quando a nova
informação se ancora em conceitos ou proposições relevantes,
preexistentes na
estrutura cognitiva do aprendiz.” Essa teoria pode ser aliada ao
uso de computadores
em sala de aula, o que nos permite demonstrar situações
presentes na Física de forma
abrangente ou especifica, podendo propiciar ao aluno uma
aprendizagem significativa.
Faremos no presente trabalho uma apresentação do produto
educacional
desenvolvido que pode ser encontrado para download no site
www.algodoo.com, e
-
24
por fim, apresentaremos um relato da utilização deste, como
prevê o regulamento do
Mestrado Profissional em Ensino de Física. Apresentaremos,
também, uma discussão
sobre os resultados alcançados acerca da adequação dos alunos
com a proposta
apresentada. Esperamos que essa proposta permita que outros
possam repetir as
aplicações ou mesmo adapta-las a suas práticas pedagógicas. Além
disso, que nossa
proposta possa contribuir positivamente para o ensino de Física,
que necessita de
práticas docentes mais atuais e eficazes.
1.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo geral dessa dissertação é relatar a aplicação do
produto educacional
e discutir os resultados alcançados com o uso do software
Algodoo, para melhorar o
ensino/aprendizagem de movimentos harmônicos em alunos de ensino
médio através
de situações criadas no próprio software.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Criar e desenvolver animações no software Algodoo, que
permitam a
análise de fenômenos relacionados aos Movimentos Harmônicos
Simples;
• Criar uma sequência de apresentação para as animações;
• Criar roteiros para a aplicação de cada simulação, bem como
atividades
propostas para cada simulação;
• Criar um material de apoio que possa ser usado por professores
ou alunos
para terem uma introdução a utilização e manuseio do
software.
• Organizar o material de apoio, os roteiros, as atividades e as
simulações
em um livro de modo que que possa ser facilmente disponibilizado
para
professores e alunos;
• Criar uma UEPS (Unidade de Ensino Potencialmente
Significativa) para a
aprendizagem de movimentos harmônicos;
• Aplicar as simulações em sala de aula;
• Analisar e discutir os resultados obtidos com a aplicação
baseado nas
conclusões obtidas.
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25
A dissertação apresenta oito capítulos os quais descrevem as
etapas seguidas
para a elaboração e utilização do produto educacional. O
capítulo 2 apresenta uma
abordagem sobre o uso dos computadores no ensino de Física, o
que motivou a
construção desse trabalho. Seguindo esta motivação, o capítulo 3
apresenta o
software Algodoo como ferramenta para o ensino de Física e traz
alguns exemplos de
utilização bem sucedidos. No capítulo 4 é apresentado o produto
educacional relatado
na presente dissertação descrevendo os conceitos físicos que ele
aborda. Nos
capítulos 5 e 6 é sugerida uma proposta de utilização e relatada
a metodologia usada
na aplicação do produto educacional, respectivamente, baseada na
Teoria de
aprendizagem de Ausubel. Nos capítulos 6 e 7 são apresentadas as
discussões e
análises dos resultados da elaboração e aplicação do trabalho
aqui relatado com as
considerações finais.
-
26
2 SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS NO ENSINO DE FÍSICA
2.1 O COMPUTADOR COMO FERRAMENTA PARA A APRENDIZAGEM.
O crescente avanço tecnológico nos possibilita fazer muitas
atividades
cotidianas com a facilidade proporcionada pelos computadores,
que a cada dia tem
tomado cada vez mais espaço nas tarefas cotidianas, sendo ele
uma ferramenta tão
presente na vida de jovens devemos usa-la a fim de atrai-los,
bem como também
atualizar as práticas pedagógicas.
Desde que o computador surgiu tem contribuído muito para o
avanço
tecnológico, Santos (2014) fala que no final da década de 70 as
tecnologias que antes
eram usadas por grandes empresas passaram a ser usadas por
cidadãos comuns,
desde que tivessem condições financeiras para tal. Após isso, o
computador vem
tomando funções indispensáveis no cotidiano. Com essa
popularização tecnológica
fica cada vez mais evidente o seu uso em sala de aula, segundo
Andrade (2016):
Com o passar do tempo as escolas tem se adequando a essa
realidade, buscando ter em suas unidades laboratórios de
informática
equipados com computadores e acesso à internet visando a
incorporação de
tecnologias no dia a dia do aluno.
O uso dessa tecnologia tem nos permitido grandes avanços
tecnológicos. A
mesma transmite ao aluno uma maior agilidade e interatividade na
busca por
informações. Usá-lo em sala de aula pode ser algo atrativo para
os alunos, uma vez
que, dependendo de sua aplicação a aula não se resumia apenas a
aprender
conceitos com base em definições matemáticas.
Sabemos que existem certos limites para o seu uso didático, e
devemos nos
atentar a eles, Andrade (2016) fala que:
É preciso ter uma certa dose de cautela no que diz respeito
principalmente a metodologia no qual essas ferramentas são
utilizadas, de
modo que ela não se torne apenas uma forma de entretenimento
educacional
ou um fim em si mesma, mas sim um meio concreto de contribuir
para o
ensino mais efetivo, mais interativo, mais dinâmico e que tenha
uma grande
relevância no processo de formação do alunos.
-
27
Pensando nisso deve-se sempre rever as práticas e metodologias
para a
aplicação dessa ferramenta, a fim de avaliar se a prática
realmente pode contribuir
para a melhoria do ensino.
Mendes (2015) fala que;
O ensino, hoje, concorre com a dinâmica de informação, já que
a
tecnologia está em todos os lugares e as crianças que frequentam
nossas
escolas fazem uso cotidianamente dessas ferramentas, vivendo a
realidade
conectada ao virtual.
As Orientações Curriculares para o Ensino Médio (2006) falam
que;
(...) há programas de computador (softwares) nos quais os
alunos
podem explorar e construir diferentes conceitos matemáticos,
referidos a
seguir como programas de expressão. Os programas de
expressão
apresentam recursos que provocam, de forma muito natural, o
processo que
caracteriza o “pensar matematicamente”, ou seja, os alunos
fazem
experimentos, testam hipóteses, esboçam conjecturas, criam
estratégias
para resolver problema.
O Construcionismo é uma teoria de aprendizagem que aborda a
utilização de
computadores na aprendizagem. Esta teoria foi idealizada por
Seymour Papert,
criador da linguagem de programação chamada de Logo, uma
linguagem de
programação interpretada voltada ao aprendizado de crianças e
jovens em seu
ingresso no mundo da programação de computadores.
Ao utilizar computadores na aprendizagem, Papert se tornou
bastante
conhecido (Foresti, 2012). Segundo ele, a inserção de
computadores no processo de
ensino-aprendizagem dinamiza a interação e resolução de
problemas. Nesse sentido,
Papert diz que a aprendizagem “significa pensar diferente que
anteriormente, ver o
mundo de outra forma, sendo que isso sugere a existência de
muitas alfabetizações”
(Foresti, 2012 apud Papert, 2008). “É permitir ao educando
construir o seu próprio
conhecimento por intermédio de alguma ferramenta, como, por
exemplo, o
computador” (Foresti, 2012).
A importância do trabalho apresentado nessa dissertação está
explícita na
teoria de aprendizagem Construcionista de Papert, que pode ser
percebida em Foresti
(2012) apud Papert (2008):
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28
Na aprendizagem de Papert mediatizada pelos computadores, o
principal elemento inserido é a interação, que complementa seu
conceito de
aprendizagem. Através da interação, os educandos formulam
hipóteses na
tentativa de resolver certas situações. Quando não conseguem
resolvê-las,
passam por conflitos cognitivos que as levam à busca de
reformulações
dessas hipóteses, ampliando cada vez mais seus sistemas de
compreensão,
num contínuo movido pela busca de equilíbrio de suas estruturas
cognitivas.
Dessa forma, a aprendizagem é resultante da interação do sujeito
com o
objeto do conhecimento, que não se reduz ao objeto concreto, mas
inclui o
outro, a família, a escola, o social Foresti (2012) apud Papert
(2008).
Ao interagir com aquilo que deve aprender, seja por meio de
computador,
smartphone, tablet e quaisquer outros aparatos tecnológicos que
possuem
funcionalidades semelhantes às dos computadores, o aluno se
encontra diante da
necessidade de realizar certas ações, as quais irão levá-lo à
construção do
conhecimento. Durante as interações realizadas, também ocorre a
manipulação de
conceitos, o que contribui fortemente para o desenvolvimento
mental do discente
(Valente, 1993).
Este trabalho busca introduzir a possibilidade de utilização da
aprendizagem
significativa aliada ao uso de tecnologias computacionais. Onde
por meio de
simulações é possível demonstrar situações problemas muitas
vezes difícil ou mesmo
impossíveis de serem reproduzidas em sala de aula, aliadas a
estratégia de ensino
proporcionada pela aprendizagem significativa.
2.2 MODELAGEM COMPUTACIONAL NO ENSINO DE FÍSICA.
Atualmente existem projetos que buscam difundir o uso do
computador em sala
de aula, um deles é o projeto PHET Interative Simulations, o
mesmo pertence a
Universidade do Colorado e disponibiliza simulações nas áreas de
Ciências e
matemática, de forma simples e gratuita na internet.
-
29
Figura 1 – Tela inicial do portal PHET Interative
Simulations.
Fonte: Figura extraída no dia 28/07/2018 em
https://phet.colorado.edu/.
Temos também o programa Modellus, que é um software livre
criado
especificamente com fins educacionais para a área de ciência e
matemática, desde
de que foi criado o software já recebeu várias atualizações, o
mesmo pode ser baixado
gratuitamente através de sua página na internet.
Figura 2 – Captura de tela mostrando a área de trabalho do
Software Modellus v. 4.01.
Fonte: Figura extraída do software Modellus.
-
30
Um outro software, alvo desse trabalho, é o Algodoo que será
discutido nos
capítulos seguintes.
O uso desses recursos nas escolas não tem a função de substituir
o laboratório,
mas sim de complementar, porém, podendo substitui-lo em
determinadas situações.
E como enfatizamos acima o uso dos mesmos requer um certo
conhecimento técnico,
o que resultaria em um melhor proveito de suas
funcionalidades.
Os modelos estão presentes nas mais diversas áreas do
conhecimento,
principalmente na área de Física, “um modelo pode ser definido
como a representação
de uma ideia, um objeto, um evento, um processo ou um sistema”
Oliveira e Ferracioli
(2015, apud BOULTER; GILBERT, 1998, p. 16)
Podemos entender um modelo como a representação concreta ou
abstrata de
um sistema. De acordo com Andrade (2002, apud Santos, 2016,
p.19); um modelo é
um substituto para um sistema onde um conjunto de regras que
descrevem algo ou
uma ideia.
Nunes (NUNES, 2016) fala ainda que o alicerce dos modelos de
objetos reais
é a teoria científica, pelo fato de ser norteada por princípios
que corroboram para a
construção dos modelos.
A partir do conceito de modelo surge a modelagem computacional
que pode
contribuir para uma visão mais próxima de como funciona a
ciência, uma vez que a
mesma se baseia em modelos.
Segundo Nunes (2016):
A modelagem consiste em um processo para construir
representações de objetos reais e inimagináveis empregado
constantemente
no desenvolvimento e entendimento de diversas áreas da
Ciência.
Particularmente, ao estudar Física é comum o emprego de
linguagem
matemática.
Podemos definir a modelagem computacional como uma área de
conhecimento
que aplica modelos matemáticos e técnicas da computação para
analisar,
compreender e estudar fenômenos envolvendo problemas complexos.
Muito aplicado
a diversas outras áreas do conhecimento, onde uma teoria
cientifica pode ser
-
31
considerada como um sistema de princípios objetivando a
modelagem de objetos
reais.
Ainda segundo Nunes (2016):
Em uma perspectiva contemporânea é perspicaz entender a
aproximação do processo de modelagem com o computador,
gerando
distintos modelos computacionais e também, softwares que
auxiliam nesse
processo, como por exemplo: o Modellus e o Easy java
simulations. A
modelagem computacional é um processo que pode auxiliar na
representação de um conhecimento científico quando se pretende
explorar
modelos matemáticos. É fato que as tecnologias de informação são
realidade
no cotidiano escolar e naturalmente, surgem ferramentas para
auxiliar no
processo de ensino e aprendizagem.
É importante destacar que devemos ter cuidado com o uso dessas
ferramentas,
pois muitas vezes podem acabar confundindo e distorcendo
resultados, afastando-os
da realidade.
Atualmente existem vários softwares de simulação que fazem uso
da
modelagem no ensino de Física, podemos destacar dentre eles o
Modellus, que faz
uso da modelagem matemática e computacional para criar
simulações que facilitam a
compreensão de conceitos físicos e matemáticos. O mesmo cria
simulações através
de modelos matemáticos, o que obriga seu usuário a ter um certo
nível de
conhecimento em matemática.
Brandão, Araújo & Ângela (2008) falam que:
Estratégias didáticas baseadas na noção e uso de modelos
surgem
como alternativas para inserção de conteúdos de natureza
epistemológica
que, imbricados com conteúdo de Física, propiciam aos alunos uma
visão
mais holística sobre a natureza e a construção do conhecimento
científico.
Nesse trabalho iremos tratar do Algodoo, que é um software que
faz uso da
modelagem computacional e que nos permite criar simulações em
duas dimensões,
de situações envolvendo conceitos físico, sem a necessidade de
seu usuário ter
conhecimento em programação ou em modelos matemáticos. O mesmo
funciona
basicamente através da criação de figuras geométricas, e
disponibiliza a possibilidade
de manusear alguns fatores comuns na Física. Assim nos permite
analisar o
-
32
comportamento da situação através de variáveis Físicas. Nos
tópicos seguintes
iremos expor melhor as informações referentes ao Algodoo.
-
33
3 REVISÃO DA LITERATURA E O SOFTWARE ALGODOO
Os Parâmetros Curriculares Nacionais – PCNs (2013) orientam à
atualização
dos professores referente ao uso de novas metodologias de
ensino, que também
incluam o uso de novas tecnologias como recursos didáticos no
ensino das Ciências.
Neste capítulo foi feita a revisão da literatura com base em
dissertações e
artigos de revistas de pesquisas da área de ensino de ciências,
que tratam de
assuntos correlatos, envolvendo a aplicação do programa Algodoo
e que estudaram
a contribuição desse programa para a melhoria da aprendizagem no
estudo de áreas
da Física, nos ensinos médio e superior. Em nossa pesquisa
pudemos encontrar
vários artigos referentes a aplicação do software Algodoo, a
maior parte deles é de
publicação em revistas estrangeiras.
3.1 O ALGODOO
O software Algodoo permite que professores, alunos ou mesmo
pessoas que
tenham interesse na área, possam criar simulações de forma
simples, sem
necessidade de conhecimento em programação. Através das
ferramentas
disponibilizadas pelo software, o usuário poderá desenhar suas
simulações e faze-las
funcionarem, levando em consideração grandezas como a
resistência do ar, o atrito,
o coeficiente de restituição e a gravidade, dentre outros.
O Algodoo nos permite criar simulações em duas dimensões de
forma simples
e intuitiva, possibilitando mensurar os dados envolvidos na
mesma através dos
conceitos da Física. O Software foi desenvolvido pela empresa
Algoryx Simulation AB,
a qual é uma fornecedora de softwares e serviços na área de
simulação em arquitetura
e engenharia. O Algodoo pode ser adquirido de forma gratuita
através de seu site1
sem a necessidade de registro ou algo do tipo.
O mesmo possui uma área de trabalho bastante colorida e
interativa, com
ferramentas simples e que inclusive foi projetado para ser usado
também com telas
sensíveis ao toque, facilitando ainda mais a interação com o
usuário. Na figura 3 temos
1 www.algodoo.com
-
34
a imagem da área de trabalho do software, demonstrando a
localização de cada barra
de ferramentas e mostrando um pouco de suas funcionalidades.
Figura 3 – Captura de tela da área de trabalho mostrando a
disposição das barras e menus do software Algodoo, bem como
descrevendo algumas funções de cada barra.
Fonte: Figura extraída do software Algodoo.
No próprio site do Algodoo há uma área chamada “Algobox”, que
também pode
ser acessada diretamente através do software, onde usuários
podem compartilhar
simulações criadas pelos mesmos, algo bem interessante, pois
nesse local é possível
encontrar várias simulações envolvendo conceitos físicos onde o
usuário
simplesmente pode melhorar e adaptar às suas necessidades.
Para a execução do software é necessário um computador com os
seguintes
requisitos:
-
35
Tabela 1 – Requisitos necessários para executar o Algodoo.
Requisitos SO CPU RAM Placa de
vídeo
Espaço em
disco
Mínimos
Windows XP
ou superior,
Linux ou Mac
OS
1 GHz 256 MB 96 MB 40 MB
recomendados
Windows XP
ou superior,
Linux ou Mac
OSX
1.6 GHz 512 MB 256 MB 100 MB
otimizado2
Windows XP
ou superior,
Linux ou Mac
OSX, com os
últimos
“service packs”
2,5 GHz 2 GB
512 MB,
com os
drivers
mais
recentes e
modelo
Shader
2.0
100 MB
Fonte: Informações extraída da página do software:
www.algodoo.com
Mais informações referentes ao software Algodoo podem ser
encontradas no
produto educacional ou na página oficial do software.
2 Incluindo conexão à internet e interface sensível ao
toque.
-
36
3.2 USO DO ALGODOO COMO FERRAMENTA NO ENSINO DE FÍSICA
Em nossas pesquisas foi possível observar diversas experiências
bem-
sucedidas no ensino de Física utilizando o software Algodoo.
Porém, nenhuma delas
abrangendo todos os conteúdos que buscamos tratar em nosso
trabalho e com a
abordagem aqui apresentada.
Podemos destacar o artigo de NEVES (2014), publicado na Revista
Brasileira
de Física Tecnológica Aplicada, com o título: “Por uma
Blogosfera educativa:
formalidade e informalidade no ensino de Física sob uma nova
perspectiva de filmes
e animações hands-on”. O artigo apresenta uma pesquisa
envolvendo a questão da
produção de filmes e animações didáticas e contextualizadas na
história da ciência
para o ensino de Física. É feito um resgate histórico dos
grandes projetos que
envolveram o uso didático e criativo de experimentos e fenômenos
tratados a partir
de uma perspectiva de animações, curtas-metragens e filmes de
apoio aos conteúdos
de Física. O mesmo usa o software Algodoo para a produção de
animações e
demonstrar o hipotético experimento de gravitação onde um poço
perfura a terra. O
mesmo traça um roteiro que vai desde o plano inclinado até o
movimento pendular.
Um outro artigo publicado por SILVA (2016) no Caderno Brasileiro
de Física,
com o título: “Uma alternativa para ensinar e aprender um
processo de difusão simples
usando animações no Algodoo”. Nesse trabalho, foram feitas
animações no software
Algodoo que descrevem a trajetória de uma caminhada aleatória a
fim de ensinar o
conceito de movimento Browniano.
Na mostra gaúcha de validação de produtos educacionais foi
apresentado o
artigo de CORPORAL (2016) com título, “Criação de vídeos
tutoriais sobre o programa
Algodoo para a capacitação de professores no ensino de Física”.
O trabalho
propriamente dito foi aplicado em novembro de 2015, e apresenta
a proposta de uma
oficina com a criação e utilização de vídeos tutoriais para a
formação continuada, a
qual foi realizada com professores atuantes no ensino de Física
na Educação Básica
em escolas públicas da rede estadual no município de São
Borja/RS.
Temos também uma monografia apresentada por GERMANO (2013)
na
Universidade Estadual De Maringá. com o título: “Uma Discussão
Histórica Sobre A
-
37
Construção Da Natureza Da Gravidade De Galileu A Newton Com O
Auxílio Do
Programa Algodoo”. Naquele trabalho, foi realizada uma breve
reconstrução histórica
da formação do conceito de gravidade e conservação de energia
mecânica de Galileu
a Newton, revelando os diferentes aspectos da história da
ciência no ensino desses
conteúdos, bem como também a reconstrução através do software
Algodoo, de alguns
experimentos históricos supostamente realizados por Galileu.
GERMANO (2016) publicou uma dissertação de mestrado com o
título: “O
Software Algodoo Como Material Potencialmente Significativo Para
o Ensino de
Física: Simulações E Mudanças Conceituais Possíveis”. O trabalho
busca mostrar as
contribuições que o software Algodoo pode trazer para a
aprendizagem dos conteúdos
de cinemática e dinâmica. O mesmo usa a modelagem de simulações
para mostrar
as situações físicas
Publicado no exterior, podemos destacar o artigo de ÇELIK (2015)
publicado
no International Journal of Innovation in Science and
Mathematics Education, com o
título: Evaluating and Developing Physics Teaching Material with
Algodoo in Virtual
Environment: Archimedes’ Principle. Nesse trabalho, realizado na
Kırıkkale University
(Faculdade de Educação na Turquia), é usado o software Algodoo
para demonstrar o
princípio de Arquimedes à professores, buscando o ponto de vista
dos professores
em relação ao software. O mesmo obteve resultados positivos por
parte dos
participantes, destacando que os professores participantes se
mostraram muito
ansiosos para usar o software em sala de aula.
-
38
4 O PRODUTO EDUCACIONAL
Segundo o Regimento Do Mestrado Nacional Profissional Em Ensino
De Física,
o mesmo tem como objetivos de constituir um sistema de formação
intelectual e de
desenvolvimento de técnicas e produtos na área de Ensino de
Física que visam a
habilitação ao exercício altamente qualificado de funções
envolvendo ensino de Física
na Educação Básica.
Com base nesses objetivos, foi desenvolvido como produto
educacional um
livro com orientações e sugestões para o ensino de movimentos
harmônicos com o
software Algodoo. A escolha por trabalhar com esse software se
deu por se tratar de
um software disponibilizado gratuitamente, pela facilidade de
seu manuseio e também
pela diversidade de recursos disponíveis.
O produto educacional desenvolvido contem sugestões de
atividades que
servirão de suporte para professores na elaboração das aulas e
para auxiliar no
manuseio do software; e para alunos, no auxílio a aprendizagem.
No mesmo livro é
disponibilizado algumas sugestões de atividades que os
professores poderão utilizar
ou aprimorar de acordo com suas práticas.
Destacamos que o livro não tem como objetivo ser um manual do
software, mas
um guia com orientações para a prática didática com o software,
possibilitando que
professores e alunos possam ter uma introdução geral as
ferramentas e
funcionalidades do mesmo. Na figura 4 podemos ver a capa do
produto educacional.
-
39
Figura 4 – Capa do produto educacional.
Fonte: “Autoria própria (2018)”.
O produto educacional traz uma sequência de roteiros de aulas
referentes aos
movimentos harmônicos com o uso do software Algodoo. O mesmo
segue uma
sequência bem conhecida e utilizada por diversos livros
didáticos.
Nos capítulos iniciais do livro é discutido o funcionamento do
software, referente
a suas ferramentas e a disposição de cada uma delas na área de
trabalho. Além disso,
é mostrado como podem ser alteradas algumas propriedades dos
objetos inseridos
na simulação. Discute, também, o funcionamento de algumas
grandezas físicas
referentes ao ambiente, bem como, resistência do ar, gravidade e
etc. O primeiro
capítulo do livro é basicamente composto por orientações e
instruções acerca das
ferramentas e botões do software, onde é discutida a
funcionalidade de cada
ferramenta e mostrada a disposição de cada barra e cada botão na
área de trabalho,
com a intenção de que o leitor possa adquirir um certo nível de
conhecimento básico
-
40
suficiente para manusear e alterar as simulações
disponibilizadas nesse trabalho e,
se possível, criar simulações com o software.
Nos capítulos seguintes temos sugestões de aulas acompanhadas
de
orientações que mostram como cada simulação foi criada e sugere
como aplicar as
mesmas em sala de aula. Com essas orientações, espera-se que o
professor possa
ser capaz de adaptar as aulas as suas necessidades. Cada aula
sugerida contém uma
atividade de fixação baseada em um questionário referente ao
tema abordado. Abaixo
temos a sequência dos conteúdos seguida pelo livro.
Tabela 2 – Distribuição dos capítulos no livro.
Atividade Capitulo do livro
1 Movimento Harmônico Simples 3
2 Movimento Harmônico Simples na direção
vertical 4
3 Energia Mecânica no MHS 5
4 Pendulo simples 6
5 Energia no pêndulo simples 7
6 Relação entre o MHS e o MCU 8
7 Oscilações amortecidas 9
Fonte: “Autoria própria (2018)”.
Como pôde ser visto na tabela 2, as atividades propostas
envolvendo as
animações iniciam-se a partir do terceiro capítulo do livro.
Nesse capítulo temos a
sugestão de uma atividade envolvendo o caso de um sistema massa
mola oscilando
em uma superfície horizontal, sem atrito e sem resistência do
ar. O livro traz o roteiro
descrevendo como a situação propriamente dita foi criada e
configurada no Algodoo.
Disponibiliza, também, uma sugestão de atividade que poderá ser
aplicada em sala
de aula. Na atividade disponibilizada no produto educacional
existe um endereço
eletrônico onde o leitor poderá baixar as simulações necessárias
para a execução da
atividade. Na figura 5 temos uma imagem da simulação criada para
o caso de um
sistema massa-mola oscilando na horizontal.
-
41
Figura 5 – Gráfico gerado no software Algodoo demonstrando a
posição do bloco em relação ao tempo para o movimento harmônico do
bloco.
Fonte: Figura extraída do software Algodoo.
Na figura 5 temos o bloco oscilante preso a uma mola e acima o
gráfico
descrevendo o movimento do mesmo, com esse gráfico é possível
determinar
grandezas como amplitude, período, frequência, entre outros.
No capítulo 4 teremos a simulação de um sistema massa mola
oscilando na
direção vertical. Além disso, temos um roteiro descrevendo como
a simulação foi
criada e uma sugestão de atividade para a mesma. No próprio
material é possível
encontrar disponibilizado o endereço eletrônico onde a simulação
pode ser adquirida.
No quinto capitulo é retomado o exemplo do sistema massa-mola
oscilando na
horizontal, agora para realizar um estudo da energia potencial
elástica e da energia
cinética do sistema. Na figura 6 é mostrada a simulação que foi
criada no capítulo 3
juntamente com os gráficos criados pelo software.
-
42
Figura 6 – Gráficos gerados no software Algodoo para a análise
energética da mola e do bloco.
Fonte: Figura extraída do software Algodoo.
Na figura 6 podemos ver os gráficos, onde o da esquerda
representa o
comportamento da energia potencial elástica da mola e o da
direita descreve o
comportamento da energia cinética associada ao bloco, os dois em
relação ao tempo.
Nos capítulos 6 e 7 o livro discute o caso de um pêndulo
simples. O capítulo 6
traz uma atividade referente ao movimento do mesmo, analisando
seu período e
frequência de oscilação. É discutido o comportamento do pêndulo
ao alterarmos
alguma dessas grandezas associadas, bem como, seu comportamento
com a
variação de sua massa, do comprimento do fio ou de sua amplitude
inicial. Na
atividade disponibilizada é possível que os alunos façam uma
análise dessas
alterações e associem ao que as mesmas influenciam no movimento
do pêndulo.
No capítulo 7 é feita uma discussão relacionada a energia
potencial
gravitacional e a energia cinética associadas ao pêndulo. Para
essas duas atividades,
novamente o produto educacional disponibiliza roteiros de como
as mesmas foram
criadas no software, bem como também apresenta sugestões de
atividades para as
aulas. Na figura 7 temos a simulação do pêndulo com o gráfico
das energias potencial
gravitacional e cinética.
-
43
Figura 7 – Gráfico gerado pelo movimento do pêndulo demonstrando
a relação entre a energia cinética e a energia potencial
gravitacional.
Fonte: Figura extraída do software Algodoo.
Na figura 7 é possível ver através do gráfico o comportamento da
energia
cinética (verde) e da energia potencial gravitacional (rosa)
associadas ao pêndulo.
No capítulo 8 temos a sugestão de uma aula que busca demonstrar
a relação
entre o movimento circular uniforme e o movimento harmônico
simples, discutido até
então, usando o software Algodoo. A figura 8 apresenta uma
imagem da simulação
exibindo um sistema massa-mola acoplado com um corpo em
movimento circular
uniforme.
-
44
Figura 8 – Simulação mostrando a relação entre o MHS e o
MCU.
Fonte: Figura extraída do software Algodoo.
É possível ver na figura 8, que sai do ponto preso ao círculo um
feixe de luz
verde em direção ao bloco abaixo do círculo, de modo que esse
feixe irá seguir o
movimento do bloco, mostrando a relação entre os movimentos.
Como dito
anteriormente, o material contém orientações de como essa
simulação foi criada, bem
como uma sugestão de aula e de atividade para a mesma.
No capítulo 9 o material traz a sugestão de uma aula referente
aos movimentos
amortecidos, discutindo as causas para o mesmo, bem como uma
sugestão de
atividade. Abaixo temos uma imagem da simulação criada e do
gráfico ilustrando a
posição de um bloco, em um sistema massa-mola, em relação ao
tempo. Na figura 9
temos os gráficos gerados a partir dos movimentos subamortecido,
superamortecido
e criticamente amortecido. Para a construção desses gráficos,
consideramos a ação
da resistência do ar proporcional a velocidade do bloco.
-
45
Figura 9 – Gráficos mostrando os três tipos de oscilaçoes
amortecidas. (a) Subamortecido. (b) Superamortecido. (c)
Criticamente amortecido.
Fonte: Figura extraída do software Algodoo.
As simulações contidas nos capítulos 8 e 9 do produto
educacional têm um
caráter mais demonstrativo. Não foi explorado em nosso
planejamento um
aprofundamento nos conceitos matemáticos envolvidos nas
situações apresentadas.
Como já mencionado antes, cada capitulo contêm uma sugestão de
atividade, que
servirão para avaliar os alunos.
-
46
5 APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE AUSUBEL.
Como educador, ao ensinar, além de nos preocuparmos com o que
ensinamos
temos também que investigar como ensinamos e o porquê ensinar o
que ensinamos.
É comum que profissionais se identifiquem com uma teoria de
ensino que mais se
afine com sua visão de mundo, que apresentem um discurso que se
relacione
intimamente com o contexto sociocultural de sua escola. Nesse
sentido, para
responder as preocupações supracitadas, nosso trabalho foi
alinhado com a corrente
de Teorias cognitivistas de aprendizagem. Entretanto, esta
corrente não deve ser
tomada como verdade absoluta onde somente professores com essa
visão poderá
aplicar nosso produto educacional. A ferramenta aqui apresentada
pode ser utilizada
de diferentes formas. Porém, apresentaremos no presente capítulo
uma sugestão de
uso através da Aprendizagem Significativa de Ausubel.
Segundo COELHO (2016):
Na tentativa de estruturar o processo de ensino-aprendizagem
Benjamin S. Bloom e colaboradores organizaram os conhecidos
domínios da
aprendizagem: cognitivo, afetivo e psicomotor.
A aprendizagem cognitiva é aquela que resulta no armazenamento
organizado
de informações que se aprende, e esse complexo organizado é
conhecido como
estrutura cognitiva. A aprendizagem afetiva resulta de sinais
internos ao indivíduo e
pode ser identificada com experiências tais como prazer e dor,
satisfação ou
descontentamento, alegria ou ansiedade. Algumas experiências
afetivas sempre
acompanham as experiências cognitivas. Portanto, a aprendizagem
afetiva é
concomitante com a cognitiva. A aprendizagem psicomotora envolve
respostas
musculares adquiridas por meio de treino e prática, mas alguma
aprendizagem
cognitiva é geralmente importante na aquisição de habilidades
psicomotoras.
Na teoria de Ausubel o foco principal é a aprendizagem
cognitiva, onde o
conceito central da sua teoria é o de aprendizagem
significativa. Podemos entender a
aprendizagem significativa como um processo por meio do qual uma
nova informação
relacionasse com uma informação existente e relevante para o
aluno, informação essa
a qual Ausubel chama de subsunçor. Assim a aprendizagem
significativa ocorre
-
47
quando a nova informação interage com conceitos ou proposições
relevantes
preexistentes na estrutura cognitiva do aprendiz.
Ainda segundo COELHO (2016):
O foco dessa teoria está voltado para os ambientes de
aprendizagem
escolares e assim propõe uma explicação teórica do processo
de
aprendizagem fundamentado sobretudo em aspectos cognitivistas,
embora
reconheça a importância do domínio afetivo. Assim, como outros
teóricos do
cognitivismo, relaciona a aprendizagem com a organização,
integração e
operacionalização do material de conhecimento na estrutura
cognitiva. Desta
forma, a estrutura cognitiva é entendida como o conteúdo total
de ideias de
um indivíduo, sua organização e mobilização.
Contrariando a aprendizagem significativa, Ausubel define
aprendizagem
mecânica (ou automática) como sendo a aprendizagem de novas
informações com
pouca ou nenhuma interação com conceitos relevantes existentes
na estrutura
cognitiva. Porém, para introduzir um novo conhecimento, Ausubel
recomenda o uso
de organizadores prévios que sirvam de âncora para a nova
aprendizagem e levem
ao desenvolvimento de conceitos subsunçores que facilitem a
aprendizagem
subsequente.
O uso de organizadores prévios é uma estratégia proposta por
Ausubel para,
deliberadamente, manipular a estrutura cognitiva, a fim de
facilitar a aprendizagem
significativa. Organizadores prévios são materiais introdutórios
apresentados antes do
material a ser aprendido em si.
Segundo o próprio Ausubel, no entanto, a principal função do
organizador
prévio é a de servir de ponte entre o que o aprendiz já sabe e o
que ele deve saber, a
fim de que o material possa ser aprendido de forma
significativa, ou seja,
organizadores prévios são úteis para facilitar a aprendizagem na
medida em que
funcionam como "pontes cognitivas".
-
48
5.1 SUGESTÃO DE UMA UEPS PARA O ENSINO DE MOVIMENTOS
HARMÔNICOS
Moreira (2011), em seu trabalho expõe alguns passos a serem
seguidas para
a construção de uma Unidade de Ensino Potencialmente
Significativa-UEPS. Aqui
iremos discutir a possibilidades de criação de uma UEPS
aplicável a ferramenta
apresentada no produto educacional aos moldes da aprendizagem
significativa.
Porém, mais uma vez lembramos que o professor poderá utilizar a
metodologia de
ensino que melhor se adeque a sua prática pedagógica e a
realidade de sua escola.
Para a criação de uma UEPS devem ser seguidos 8 passos.
Lembrando que o
professor poderá identificar, de acordo com sua realidade, a
necessidade de suprimir
algum desses passos.
O primeiro passo para a criação de UEPS é definir o tópico
específico a ser
abordado. A proposta apresentada nesse trabalho é estudar os
Movimentos
Periódicos. Serão levantados, juntamente com os alunos, as
situações onde são
possíveis serem observados estes tipos de movimentos.
1. Atividades iniciais: Os alunos serão estimulados a
diferenciar os Movimentos
Periódicos de outros não periódicos, a fim de identificar as
possíveis grandezas físicas
importantes para o seu entendimento, as palavras-chaves
importantes para o assunto
em questão.
2. Criar/propor situações: Após definido o tópico a ser
trabalhado, o segundo
passo seria criar ou propor situações, com a finalidade de levar
o aluno a externar
seus conhecimentos prévios, aceitos ou não a respeito dos
Movimentos Periódicos.
O objetivo é identificar os subsunçores trazidos pela turma. O
professor irá verificar,
por exemplo, se os estudantes conseguem entender conceitos
abstratos como
periodicidade, frequência e energia. Mesmo que de forma não
estruturada. Se os
alunos conseguem perceber as trocas de energia, ocorridas ao
longo de um
movimento que se repete.
Neste momento, o professor poderá problematizar alguma situação
envolvendo
os movimentos periódicos que sejam comuns a realidade dos
alunos. Um exemplo
comum pode ser o movimento de um balanço de criança. O professor
poderá
perguntar aos alunos, em que ponto o mesmo terá maior
velocidade, ou quais os tipos
-
49
de energia estão envolvidos no movimento do balanço. Lembrando
que as perguntas
devem estar no contexto da matéria de ensino, e supostamente
relevante para a
aprendizagem significativa do tópico em pauta;
3. Propor situação problema. O terceiro passo seria apresentar
situações-
problema, em nível bem introdutório levando em conta os
conhecimentos prévios dos
alunos. Estas situações problemas podem ser demonstrada através
de vídeos, ou
utilizando diretamente as simulações fornecidas no Produto
Educacional. O objetivo
aqui é preparar os alunos para os novos conteúdos específicos do
tema na forma de
um organizador prévio. A primeira atividade propriamente dita do
Produto Educacional
mostra uma simulação do Movimento Periódico em um sistema
massa-mola na
horizontal que descreve uma oscilação harmônica ideal. Com os
simuladores
fornecidos nessa atividade, o professor poderá estruturar os
conceitos de período e
frequência, fundamentais para o estudo do Movimento Periódico,
bem como também
discutir os pontos onde há maior e menor aceleração e
velocidade. Agora estes
conceitos, passados de forma estruturadas, serão relacionadas ao
conceito de
energia. Posteriormente, a partir da segunda situação
apresentada no Produto
Educacional, elevamos o nível da discussão, passando para o caso
de um oscilador
harmônico oscilando na direção vertical, indo de um caso mais
simples para um caso
mais complexo. Nas simulações fornecidas para este caso, os
alunos poderão
perceber a influência da força peso no movimento harmônico. Em
seguida, através do
uso da terceira atividade, poderemos estruturar o comportamento
das energias
envolvidas no movimento do oscilador harmônico ideal.
4. O processo de ensino. Uma vez trabalhadas as situações
iniciais do tema,
será apresentado o conhecimento a ser ensinado, levando em conta
a diferenciação
progressiva, começando com aspectos mais gerais. Aqui usaremos a
quarta e quinta
atividade do Produto Educacional para estudar o movimento de um
pêndulo simples,
constituído de uma massa presa em um fio que oscila em torno de
uma posição de
equilíbrio. Para esta atividade serão disponibilizados novos
simuladores. A quarta e
quinta Atividade do Produto educacional nos permite mostrar o
movimento do pêndulo
simples e discutir com os alunos a frequência angular e mostrar
que esse valor não
depende da massa do pêndulo (desprezando a resistência ar). Além
disso, é possível
mostrar como encontrar a aceleração da gravidade com o uso de um
pêndulo.
-
50
5. Nova situação problema, em nível mais alto de complexidade: O
professor
poderá retomar os aspectos mais gerais, estruturantes do
conteúdo da unidade de
ensino, em nova apresentação. Os conceitos serão reapresentados
em nível mais alto
de complexidade em relação à primeira apresentação. As
situações-problemas serão
apresentadas em níveis crescentes de complexidade. Aqui podemos
usar a sexta
atividade proposta no Produto Educacional. A mesma mostra de
forma bem geral e
complexidade da relação entre o movimento circular uniforme e o
movimento
harmônico simples. Será permitindo ao aluno visualizar que
alguns conceitos são
equivalentes nos dois tipos de movimento. Além disso, ajudará a
evidenciar a
importância do estudo do Movimento Periódico na Física, uma vez
que esse tipo de
movimento pode ser encontrado em diversas situações na
natureza.
6. Diferenciação progressiva: Aqui o professor poderá retomar a
situação inicial
de um balanço de criança e discutir o mesmo a partir de todos os
conceitos
demonstrados durante a aplicação das simulações. Em seguida com
o uso da sétima
atividade podemos mostrar uma situação problema para mostrar que
as simulações
até ali discutidas representam situações ideais e que a natureza
não se comporta
exatamente da forma inicialmente discutida. Nessa atividade são
mostrados exemplos
de situações encontradas no cotidiano do aluno, onde a energia
Mecânica é dissipada.
Nessa atividade, é utilizada uma simulação de um oscilador
harmônico amortecido.
Nessa simulação, os estudantes poderão observar o comportamento
aproximado de
um oscilador real, permitindo que o mesmo possa relacionar os
conceitos aprendidos
aos fenômenos reais conhecidos por eles.
7. Avaliação: Esta deve ser feita ao longo da implementação do
produto
educacional, registrando tudo que possa ser considerado
evidência de aprendizagem
significativa do conteúdo trabalhado. É possível utilizar os
questionários disponíveis
no produto educacional para analisar e verificar se a
aprendizagem está ocorrendo de
forma satisfatória.
8. Avaliação da UEPS. a partir das evidências de aprendizagem
significativa
obtidas, ou não, ao longo do desenvolvimento das atividades.
Porém esta ação
somente poderá de fato ser avaliada a longo prazo se
certificando através de outras
evidências se realmente houve aprendizagem significativa.
-
51
6 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Nesse trabalho foi feita a aplicação de uma sequência de
atividades referentes
aos movimentos harmônicos simples, conforme apresentado no
produto educacional
desenvolvido durante o mestrado e discutido nos tópicos
anteriores.
A aplicação das atividades propostas no Produto educacional
foram realizadas
na Escola Estadual Professora Isabel Barbosa Vieira, localizada
na cidade de Touros
no estado do Rio Grande do Norte. Com uma turma de 2º do Ensino
Médio, no turno
matutino. A turma tem um total de 40 alunos. Porém, adiantamos
que ao longo do
processo de aplicação do produto, alguns alunos faltaram uma
atividade ou outra.
Para esse trabalho não foi possível aplicar uma Unidade de
Ensino
Potencialmente Significativa na sua forma completa como propomos
anteriormente no
Capítulo 5 devido a algumas limitações. Primeiramente, o autor
desse trabalho não é
professor titular da turma onde ocorreu a aplicação do produto,
bem como também
durante a aplicação, não era professor da rede estadual de
ensino. Porém, por já
haver trabalhado naquela escola, foi concedida uma autorização
especial para que
fosse realizada a intervenção através da aplicação do produto
educacional. Por esta
razão, o candidato não tinha tanta autonomia de tempo, para que
pudesse fazer a
aplicação de uma proposta como a sugerida nesse trabalho, no
formato em que está
disposto na UEPS sugerida no Capitulo 5. Além disso, para aquela
metodologia, seria
necessário que cada aluno dispusesse de um computador para poder
manusear as
simulações apresentadas. Isso é algo que vai em contraste com a
realidade da escola,
a mesma não dispunha de laboratório de informática. Assim, houve
a necessidade de
adaptar a proposta apresentada no produto educacional, buscando
ajustar conforme
a realidade da escola. Mesmo com essas limitações, a aplicação
buscou se apropriar
de alguns elementos da aprendizagem significativa. Desse modo o
trabalho se
assemelhou mais a um teste para a aplicação do software em sala
de aula.
A aplicação total das propostas presentes no produto sugere um
total de 12
aulas de 50 minutos cada, então as dividimos em 6 encontros,
cada um com duas
aulas, os mesmos foram realizados entre os dias 4 e 21 de maio,
período em que
ocorria o primeiro bimestre letivo na instituição de ensino. A
tabela abaixo descreve
-
52
um cronograma de encontros. Em cada encontro ocorreu uma
atividade, com exceção
do último encontro, no qual fizemos a aplicação de duas
atividades.
Tabela 3 – Cronograma de aplicação do produto educacional.
Cronograma de aulas
Dia da
aplicação Atividade aplicada Quantidade de aulas
4 de maio
Execução da atividade 1;
MOVIMENTO HARMÔNICO
SIMPLES
2 aulas de 50 min.
7 de maio
Execução da atividade 2;
MOVIMENTO HARMÔNICO
SIMPLES NA VERTICAL
2 aulas de 50 min.
11 de maio
Execução da atividade 3; ENERGIA
NO MOVIMENTO HARMÔNICO
SIMPLES
2 aulas de 50 min.
14 de maio
Execução da atividade 4;
PÊNDULO SIMPLES
2 aulas de 50 min.
18 de maio
Execução da atividade 5; ENERGIA
NO PÊNDULO SIMPLES
2 aulas de 50 min.
21 de maio
Execução da atividade 6;
RELAÇÃO ENTRE O MHS E O
MCU
1 aula de 50 min.
21 de maio Execução da atividade 7;
OSCILAÇÕES AMORTECIDAS 1 aula de 50 min.
Fonte: “Autoria própria (2018)”.
-
53
A metodologia utilizada se apropriou das propostas presentes no
produto
educacional, o qual disponibiliza as simulações acompanhadas com
as sugestões de
atividades, de modo que o professor possa com elas trabalhar os
movimentos
periódicos em sala de aula. A seguir temos uma melhor definição
de como ocorreu
cada aula.
6.1 AULA 1: MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES
A primeira aula ocorreu no dia 4 de maio, a mesma foi elaborada
com base no
roteiro disponibilizado no produto educacional, como essa é a
primeira atividade,
então buscamos dar uma breve introdução para os alunos acerca do
objetivo desse
trabalho e uma breve explanação sobre o software que seria usado
com a turma.
Nessa aula buscamos discutir os conceitos básicos referentes a
frequência e
período. No produto educacional temos um link onde está
disponível quatro
simulações referentes ao movimento harmônico simples na
horizontal, as quatro
simulações disponibilizadas são referentes a mesma situação,
porém em cada uma
delas uma das grandeza está com valor diferente, onde é possível
que através da
discussão e a coleta de dados os alunos percebam que a partir
dessas alterações de
algumas grandezas como massa, constante elástica e amplitude,
que o período e a
frequência poderão ou não sofrer alteração. Com os resultados
coletados os alunos
puderam criar suas conclusões e responder o questionário
aplicado.
6.1.1 Plano de aula.
➢ Tema:
• Movimento Harmônico Simples.
➢ Duração:
• 2 aulas de 50 minutos.
-
54
➢ Objetivos:
• GERAL:
o Essa atividade visa verificar as propriedades do movimento
harmônico
simples em um sistema massa-mola oscilando na horizontal.
• ESPECÍFICOS:
o Verificar que período de oscilação de um corpo preso a uma
mola e
inversamente proporcional a constante elástica da mola.
o Descrever um movimento harmônico simples
o Determinar o período de um MHS
o Verificar o comportamento das grandezas (período, frequência
e
velocidade) em relação à variação da massa, da constante
elástica da
mola e da amplitude de oscilação.
➢ Materiais:
• Software Algodoo
• Quadro
• Pincel
• Computador com a configuração necessária
• Projetor
• Simulação disponível em:
http://docente.ifrn.edu.br/melquisedecsilva/producao/mecanica/movimento
s-periodicos/mhs-horizontal
➢ Conteúdos:
• Movimentos Harmônicos.
➢ Sequência de atividades:
➢ 1º. Momento:
Inicialmente o professor expôs os conteúdos referentes ao
movimento
harmônico simples, introduzindo os conceitos de frequência e
amplitude, mostrando e
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55
explicando o significado de cada, mostrando também a sua
formulação matemática.
Destacando que a frequência é inversa ao período.
𝑓 =1
𝑇 𝑇 =
1
𝑓
• 2º momento
O professor abriu uma das simulações referentes aos movimentos
harmônicos
simples, disponibilizadas através de um link no produto, e
demonstrou de forma mais
especifica os conceitos através do gráfico gerado pela
simulação, relacionando e
mostrando aos alunos a relação entre o movimento do objeto e o
formato do gráfico.
Ele demonstrou o comportamento do mesmo ao alterar o valor de
alguma das
grandezas envolvidas na simulação, relacionando cada uma delas
com as equações
matemáticas.
• 3º momento:
O professor aplicou a atividade disponibilizada no produto
educacional com os
alunos. Esta atividade pôde ser acompanhada das simulações
indicadas através do
link na atividade. Como a escola onde o produto foi aplicado não
possuía laboratório
de informática, foi necessário que o professor expusesse o
simulador para os alunos
através de um projetor. A medida que cada aluno necessitava
observar algum
comportamento no simulador, o professor realizava a manipulação
do software,
demonstrando os gráficos para auxiliar os alunos a preencherem
as informações
requeridas na atividade proposta (a atividade usada encontra-se
no apêndice A).
Essa aula teve mais enfoque em mostrar aos alunos as definições
de período
e frequência, que seriam os subsunçores necessários para a
continuidade e
entendimento das demais situações, pois são conceitos básicos
para o estudo dos
movimentos harmônicos.
➢ Análise de resultados:
Foi disponibilizado para cada aluno uma atividade que exigiu
observar a
simulação e os gráficos gerados pelas mesmas, a partir dos quais
os mesmos
deveriam preencher coletando dados, e com esses valores poderiam
resolver as
questões propostas.
-
56
6.2 AULA 2: MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES NA VERTICAL
O segundo encontro ocorreu no dia 7 de maio. Nessa aula deverá
ser discutido
o comportamento do movimento harmônico Simples para o caso de um
sistema massa
mola oscilando na direção vertical.
Aqui temos a o mesmo sistema oscilante da aula anterior, porém o
mesmo irá
oscilar na direção vertical, onde surge a influência da força
peso, causando uma
deformação na mola, deslocando o ponto de equilíbrio do sistema,
o que também irá
deslocar o centro do gráfico. Esperamos que os alunos consigam
perceber que esse
deslocamento se deu devido ao peso do bloco que fez a mola
deformar. Nas
simulações criadas para essa situação não houve alteração na
grandeza constante
elástica. Essa aula foi elaborada conforme sugestão do livro
(produto educacional), e
executada conforme plano de aula a seguir:
6.2.1 Plano de aula.
➢ Tema:
• Movimento Harmônico Simples no sentido vertical.
➢ Duração:
• 2 aulas de 50 minutos.
➢ Objetivos:
• GERAL:
o Essa atividade visa verificar as propriedades do movimento
harmônico
simples na direção vertical.
• ESPECIFICO:
o Verificar o período de oscilação de um corpo preso a uma mola
e
inversamente proporcional a constante elástica da mola.
o Calcular o deslocamento da posição de equilíbrio do sistema
massa-
mola vertical;
-
57
o Descrever um movimento harmônico simples na vertical
o Determinar o período de um MHS
o Estudar o movimento harmônico simples.
o Verificar o comportamento das grandezas em relação à variação
da
massa, da constante elástica da mola e da amplitude de
oscilação.
➢ Materiais:
• Software Algodoo
• Quadro
• Pincel
• Computador com a configuração necessária
• Projetor
• Simulação disponível em:
http://docente.ifrn.edu.br/melquisedecsilva/producao/mecanica/movimento
s-periodicos/mhs-vertical
➢ Conteúdos:
• Movimento Harmônico Simples no sentido vertical.
➢ Sequência de atividades:
• 1º. Momento:
O professor irá dar sequência ao conteúdo anterior, relembrando
os conceitos
que envolvem o movimento harmônico simples. Porém, agora será
dado destaque a
uma situação envolvendo um objeto preso a uma mola na vertical.
Neste caso, a força
peso irá fazer com que a posição de equilíbrio do sistema se
desloque um pouco para
baixo. O mesmo deverá mostrar aos alunos que é possível
descrever esse
deslocamento através das mesmas equações matemáticas usadas na
atividade
anterior.
• 2º momento
O professor irá abrir uma das simulações referentes aos
movimentos
harmônicos simples na direção vertical, disponibilizadas através
de um link no
produto, e demonstrar de forma mais especifica os conceitos
através do gráfico
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58
gerado pela simulação, mostrando aos alunos a relação entre o
movimento do objeto
e formato do gráfico. O professor deverá demonstrar o
comportamento do mesmo ao
alterar o valor de algumas das grandezas envolvidas na simulação
a fim de que o
aluno possa compreender o fenômeno e relacionar o mesmo com as
equações
matemáticas.
• 3º momento:
O professor aplicou a atividade disponibilizada no produto
educacional com os
alunos. Esta atividade pôde ser acompanhada das simulações
indicadas através do
link na atividade. A medida que cada aluno necessitava observar
algum
comportamento no simulador, o professor realizava a manipulação
do simulador,
demonstrando os gráficos para auxiliar os alunos a preencherem
as informações
requeridas na atividade proposta (a atividade usada encontra-se
no apêndice A).
Essa aula buscou demonstrar uma situação semelhante a
apresentada na aula
anterior, mas, buscando aprofundar-se um pouco mais, estudando a
influência da
força peso no movimento de um bloco. Buscando entender se a
mesma pode
influenciar no movimento do sistema. E como discutido no
capitulo 5, essas atividades
podem ser usadas a fim de fixar ou estruturar e conhecer os
conceitos prévios dos
alunos referentes aos conceitos de frequência e período.
➢ Análise de resultados:
Foi disponibilizado para cada aluno um questionário que exigiu
observar a
simulação e os gráficos gerados pelas mesmas, a partir dos quais
os mesmos
deveriam preencher coletando dados, e com esses valore poderão
resolver as
questões propostas.
6.3 AULA 3: ENERGIA NO MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES
Na atividade 1 havíamos proposto a análise do comportamento de
um sistema
massa-mola oscilando na horizontal, onde buscamos discutir
conceitos como
frequência, período e amplitude.
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A atividade 3 busca fazer uma análise do comportamento das
energias
envolvidas na mesma situação mostrada na atividade 1, situação
onde tivemos um
bloco se movendo na horizontal em uma superfície sem atrito,
comprimindo e
esticando uma mola ideal, no caso analisado aqui teremos energia
cinética se
convertendo em energia potencial elástica. Esperamos que os
alunos conseguissem
perceber essa transferência através da demonstração dos gráficos
gerados polo
software. A aula foi executada conforme o plano de aula a
seguir.
6.3.1 Plano de aula.
➢ Tema:
• Energia Mecânica no Movimento Harmônico Simples.
➢ Duração:
• 2 aulas de 50 minutos.
➢ Objetivos:
• GERAL:
o Essa atividade visa verificar os comportamentos da energia
potencial
elástica e da energia cinética envolvidas no movimento harmônico
simples
• ESPECÍFICOS:
o Comprovar o comportamento constante da energia mecânica no
MHS;
o Verificar que a energia potencial se transforma em energia
cinética e vice
e versa.
o Analisar os gráficos da energia cinética e da energia
potencial elástica.
➢ Materiais:
• Software Algodoo
• Quadro
• Pincel
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60
• Computador com a configuração necessária
• Projetor
• Simulação disponível em:
http://docente.ifrn.edu.br/melquisedecsilva/producao/mecanica/movimentos-
periodicos/energia
➢ Conteúdos:
• Movimento Harmônico Simples.
➢ Sequência de atividades:
• 1º. Momento:
O professor discutiu com os alunos os conceitos envolvendo
energia e suas
transformações (visto que esse assunto geralmente é abordado no
ano anterior),
buscando conhecer os conhecimentos prévios dos alunos.
Posteriormente, ele revisou
esses conceitos, mostrando os principais tipos de energias
envolvidos em um
movimento harmônico simples oscilante na direção horizontal.
2º momento:
O professor abriu a simulação referente a energia em movimentos
harmônicos
simples através do link disponível no produto educacional. Nessa
simulação ele pôde
demonstrar, de forma mais específica, os conceitos através dos
gráficos gerados pela
simulação no software Algodoo. Foi mostrada aos alunos a relação
entre o movimento
do objeto e o formato do gráfico, destacando a energia envolvida
no sistema bloco-
mola.
• 3º momento:
O professor aplicou o questionário disponível na atividade nos
alunos. Neste
momento, o professor deixou a simulação funcionando enquanto os
alunos
respondiam o questionário, para que os alunos ao o observarem,
pudessem formular
suas respostas.
Nessa atividade buscamos apresentar, com um certo nível de
complexidade,
as transformações energéticas presentes em sistema massa mola,
partindo da
mesma simulação apresentada na atividade 1. Porém, aumentando o
nível de
-
61
complexidade, buscando demonstrar a relação da energia cinética
a velocidade do
bloco, bem como da energia potencial elástica com a deformação
da mola. É possível
perceber que as simulações até aqui seguiram uma sequência onde
sempre há o
aumento de complexidade dos conceitos.
➢ Análise de r