TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO FACILITANDO A APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA Eliane A. Veit Instituto de Física UFRGS Outubro de 2006 http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/UNIFR
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TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO FACILITANDO
A APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE CIÊNCIAS E
MATEMÁTICA
Eliane A. VeitInstituto de Física
UFRGSOutubro de 2006
http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/UNIFRA
Educação mediada por tecnologias computacionais
possibilidades no ensino de Ciências
aquisição de dados
comunicação
tutorial
. . .
As TICs como ferramentas cognitivas
A importância de modelos científicos em Ciências e Matemática
Simulação e modelagem computacional como recursos auxiliares para a aprendizagem significativa
Aquisição automática e tratamento de dados
Cuidados na construção de material com TICS
Inovações tecnológicas e a prática docente
O computador como ferramenta da mente
ou seja, ampliando a capacidade da mente humana na solução de problemas
DiSessa; Jonassen
Quem é capaz de responder?
Se um trem viaja em linha reta durante
2 horas, a 40 km/h, que distância percorre?
80 km
Pois para Galileu não foi tão simples assim:
• Em Diálogos relativos a
duas novas ciências
(1636) Galileu demonstra
6 teoremas sobre
movimento uniforme !
Comentários*:
• Não há um único sinal de igual (=) nos manuscritos de Galileu!
• Os primórdios da Álgebra ocorrem 5 anos depois da publicação de Galileu, com Descartes (1596-1650).
* Andrea diSessa, Changing Minds Computers. Learning and Literacy, M.I.T. 1999.
Evolução humana x ferramentas
• idade da pedra lascada (paleolítico) • idade da pedra polida (neolítico)• idade dos metais
A espécie humana se distingue da animal pela construção de instrumentos.A evolução humana está intimamente associada à invenção de instrumentos.
Ferramentas cognitivas (ou da mente)
• mapas, figuras, símbolos, o alfabeto ... permitem que se coloque parte do
pensamento em uma ”forma física, estável, transportável, reprodutível, manipulável”
• A Álgebra, Cálculo,..., vistos como uma ferramenta das Ciências, são ferramentas cognitivas
(DiSessa: inteligência material)
Tecnologias educacionais incluem:
• planilhas eletrônicas, processadores de imagens, hipertextos, micromundos, com padrões que envolvem reação e interação
• CD, DVD, web novas dimensões na capacidade de armazenamento e transmissão
• ações autônomas (simulação, cálculo)
Computador é:
uma ferramenta cognitiva em potencial
oferecendo novas perspectivas à capacidade humana de resolução de problemas
se vai ou não revolucionar o ensino?
Computador permite :
• reificar ( concreto > abstratos)
(Ex. vetores no Modellus)• equações, funções, vetores e relações
geométricas, podem ser “manipulados” diretamente
(Ex. funções no Excel)• múltiplas representações
(Ex. gráficos, tabelas e animação no Modellus, prescindindo de domínio matemático - Powersim)
Quem sabe...:
• a capacidade humana de falar e compreender a linguagem oral, que é determinante na alfabetização tradicional, combinada à capacidade de armazenar, localizar informação e fazer certos tipos de inferências, dos computadores, podem, na visão de diSessa, vir a estender a capacidade humana de interagir dinâmica e espacialmente muito além dos limites da alfabetização convencional
x
base material só faz sentido em conjunção com o que se elabora na mente na presença da inscrição na base materiala inteligência material não está isoladamente nem na mente nem na base material, mas em um complicado e crítico acoplamento entre ambas
Mas...tudo está condicionado ao socialEx: Cálculo Diferencial e Integral• hoje infraestrutural na formação de
engenheiros e cientistas, demorou mais de dois séculos para que viesse a ser considerado útil e possível de ser ensinado em um nível universitário, depois de acirrada disputa entre a comunidade científica inglesa e alemã
• Fatores pedagógicos, levaram a comunidade a adotar a notação de Leibnitz (1646-1716), que persiste até hoje, e não a de Newton (1564-1642) ?
x
cal_der.mdlcal_int.mdljuros com excel
Já em 1974, Olson argumentava:
“quase toda a forma de cognição humana requer que se trabalhe produtiva e imaginativamente com alguma tecnologia. Tentar caracterizar inteligência independentemente destas tecnologias parece ser um erro fundamental .“
As TICs como ferramentas cognitivas
A importância de modelos científicos em Ciências e Matemática
Simulação e modelagem computacional como recursos auxiliares para a aprendizagem significativa
Aquisição automática e tratamento de dados
Cuidados na construção de material com TICS
Inovações tecnológicas e a prática docente
O que se procura nas Ciências Naturais?
• Descrever a natureza através de modelos científicos• descrições simplificadas e idealizadas de
sistemas físicos, químicos biológicos ou fenômenos naturais;
• aceitos pela comunidade de cientistas;• envolvem elementos como:
• proposições semânticas; • modelos matemáticos subjacentes.
Modelos para a descrição do movimento pendular do mouse?
• o modelo do pêndulo simples: • hipótese que o mouse é pontual • o fio tem massa desprezível• o fio é inextensível• a resistência do ar é desprezível
Não existe um pêndulo simples na natureza!
Movimento planetário
• Na descrição do movimento de translação, os planetas são considerados como partículas pontuais (obviamente isto é uma idealização).
• Na descrição do movimento de rotação, passam a ser tratados como corpos esféricos rígidos, ainda que na realidade não sejam nem perfeitamente esféricos nem rígidos.
Modelo do gás ideal
• O gás é constituído por partículas pontuais que interagem via colisões perfeitamente elásticas.
• Não há na natureza tal sistema. Isto é uma idealização dos físicos, que serve como ponto de partida para a descrição de propriedades características dos gases, como pressão, volume e temperatura
Em relação a modelos
• É essencial dar-se conta que a Ciência tem origem na mente dos cientistas.
• Ou seja, é uma construção humana, coletiva, que busca descrever o universo, através de teorias, modelos provando hipóteses e submetendo-as a avaliação empírica e/ou racional.
Os modelos ...
• Apresentam contexto de validade e distintos graus de precisão.
• Não são cristalizados em sua forma de criação mas são reformulados, melhorados e abandonados, dependendo do grau de êxito na descrição de resultados experimentais ou com raciocínios teóricos.
Praxis científica• criar modelos científicos• verificar se descrevem bem os fenômenos• determinar seu contexto de validade• melhorar a precisão dos resultados• fazer predições
Relatório do National Research Council (E.U.A.) 1989
computação científica...pode ser considerada uma terceira metodologia fundamental das Ciências, paralela ao paradigma experimental e ao teórico das ciências, mais bem estabelecidos
A computação, assim como a teoria e a experimentação, constituem o tripé de sustentação do desenvolvimento em Ciências
dos dias atuais.
Modelagem computacional em Ciências
• Por quê?
-- é um dos pilares fundamentais do é um dos pilares fundamentais do desenvolvimento científicodesenvolvimento científico
-- Física: teórica, experimental e computacional Física: teórica, experimental e computacional
- - noção de que é possível predizer, além de noção de que é possível predizer, além de observar fatos observar fatos
O que é modelagem em Ciências?
Modelagem de um sistema físico (químico, biológico) é o processo de construção de uma versão computacional de um modelo científico para descrever este sistema.
Modelagem computacional no ensino de Ciências: a construção de um modelo computacional que representa um modelo científico de um fenômeno com objetivos didáticos.
Por que simulações e modelagem no ensino de Ciências e Matemática?
• facilitar a compreensão de modelos científicos
• facilitar a construção e investigação de
situações-problema
• desenvolver a capacidade de predizer, avaliar e analisar predições
• possibilitar o tratamento de problemas mais gerais e atuais.
Não se trata de substituir os experimentos por simulações!
• aulas teóricas com ênfase nos aspectos conceituais e nas aplicações
• aulas experimentais e/ou demonstrativas
• aulas com recursos computacionais com ênfase
em atividades de simulação e modelagem computacional, centradas no aluno
Simulação x modelagem
Simulação: aluno não tem
Modelagem: aluno tem
acesso aos primitivos do modelo matemático ou icônico subjacente à implementação da modelagem
Tipos de atividades de simulação e modelagem computacionais
• exploratórias
observação, análise e interação do sujeito com modelos já construídos
o sujeito passa por todo o processo de construção do modelo desde sua estrutura matemática ou icônica até a análise dos resultados
• expressivas de modelagem
Powersim (Stella)
init Q = 0flow Q = - dt*ralo
+ dt*torneiraaux ralo = Q*kconst torneira = 100const k = 1
As TICs como ferramentas cognitivas
A importância de modelos científicos em Ciências e Matemática
Simulação e modelagem computacional como recursos auxiliares para a aprendizagem significativa
Aquisição automática e tratamento de dados
Cuidados na construção de material com TICS
Inovações tecnológicas e a prática docente
Velhos temas com novas tecnlogias• Medida da velocidade do som no ar com microcomputador R. M. Grala e E. S. Oliveira, Física na Escola, v. 6, n. 2, p. 26
• Mola em quedaPodem molas em queda livre ter aceleração maior que a da gravidade? F. L. da Silveira e R. Axt. Física na Escola, v. 6, n. 2, p. 26
http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol6/Num2/a03.pdf
http://tp.lc.ehu.es/jma/mekanika/jarraitua/slinky.html http://tp.lc.ehu.es/jma/mekanika/jarraitua/spring.html
http://tp.lc.ehu.es/jma/mekanika/jarraitua/spring2.html http://tp.lc.ehu.es/jma/mekanika/jarraitua/spring3.html http://tp.lc.ehu.es/jma/mekanika/solidoa/fasterg.html
O uso de Espirais de encadernação como molas, Axt, R; Bonadim, H. & Silveira, F. L. da, Rev. Bras. Fis. v. 27, n. 4, p. 593-597, 2005.
http://www.sbfisica.org.br/rbef/Vol27/Num4/v27_593.pdf
Surpreendentemente Surpreendentemente para nossa intuição a para nossa intuição a extremidade inferior extremidade inferior da mola permanece da mola permanece estática enquanto a estática enquanto a
extremidade superior extremidade superior desce com grande desce com grande
aceleração. aceleração.
Enquanto isto, o Enquanto isto, o centro de massa da centro de massa da mola desce com a mola desce com a
aceleração aceleração gravitacionalgravitacional..
(Axt, R; Bonadim, H. & Silveira, F. L. da,
Rev. Bras. Fis. v. 27, n. 4, p. 593-597, 2005.)
[email protected], R; Bonadim, H. & Silveira, F. L. da, Rev. Bras. Fis. v. 27, n. 4, p. 593-597, 2005.
As TICs como ferramentas cognitivas
A importância de modelos científicos em Ciências e Matemática
Simulação e modelagem computacional como recursos auxiliares para a aprendizagem significativa
Aquisição automática e tratamento de dados
Cuidados na construção de material com TICS
Inovações tecnológicas e a prática docente
Cuidados na elaboração de material educacional
• dominando o conteúdo de estudo• conhecendo referenciais teóricos e
estratégias de ensino• levando em conta como os alunos
aprendem e seus conhecimentos prévios• conhecendo os obstáculos de
aprendizagem (dificuldades, concepções alternativas, raciocínios e convicções errôneas) por parte dos alunos
• levando em conta as recomendações sobre webdesign e os limites de carga cognitiva
Desenvolvimento e (avaliação) de material instrucional
• teoria da carga cognitiva
A C
B
D
http://penta2.ufrgs.br/edu/cargacognitiva/cargacognitiva.pdf
Desenvolvimento e (avaliação) de material instrucional
• elementos de webdesign
contraste
repetição
alinhamentoproximidade
Exemplo de dificuldades de aprendizagem
interpretação de gráficos da cinemáticahttp://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/cinematica/index.html
Exemplo de dificuldades de aprendizagem
circuitos elétricos simples:http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/circuitos/index.html
As TICs como ferramentas cognitivas
A importância de modelos científicos em Ciências e Matemática
Simulação e modelagem computacional como recursos auxiliares para a aprendizagem significativa
Cuidados na construção de material com TICS
Aquisição automática e tratamento de dados
Inovações tecnológicas e a prática docente
Objetivos do ensino e desempenho do estudantes. Por que tão diferentes?
Dra. Zulma Gangoso, Córdoba, Argentina
Objetivos Desempenho
alunos com espírito crítico
capacidade para enfrentar situações novas
interesse pelo mundo natural
e como “complemento”
buscam a resposta corretamajoritariamente só decoram fórmulas e resolvem problemas padrão
marcante desinteresse pela ciência
elevadas taxas de reprovação
O que resulta disto?
• uma aprendizagem mecânica, normalmente• sem conexão com as situações nem do dia-
a-dia, nem da vida profissional• na mente do estudante, cada caso, é um
caso• torna-se difícil vislumbrar as idéias gerais
subjacentes a vários problemas solúveis com um único modelo
• as informações são acumuladas na mente como elementos dispersos, dificilmente recuperados
Aprendizagem significativa
“O fator isolado mais importante que influencia aprendizagem é aquilo que o aprendiz já conhece”.
Motivação: Ninguém aprende se não quiser.
Material deve ser potencialmente significativo.
mecânica significativa
Aprendizagem
É PRECISO LEVAR EM CONTA
• COMO OS ALUNOS APRENDEM!
• E COMO OS PROFESSORES ENSINAM!
novas tecnologias > novas metodologias
diversidade de estratégias no ensino
Bridge
PessoalConforme passei para vocês através da minha extensa aula: o importante mesmo é aprendermos a trabalhar com imagens. Som e vídeo é um extra que, é claro, poderá ser bastante útil.E, aprendam um software bem que poderá, em geral fazer tudo o que precisam. Sejam pacientes e se permitam aprender uma coisa por vez (não se extressem com o excesso de informação, filtrem o que conseguirem compreender).Eu, pessoalmente, adoro informática e já estudei muito acerca desta tecnologia e gosto muito de ensinar (acho que a maioria de vocês já pode perceber estas duas coisas, né). Por isso, não se acanhem, tendo dúvidas, perguntem, por e-mail, telefone ou pessoalmente. Sempre que me for possível, estiver disponível e souber como terei o maior prazer em ajudá-los.
Método Predizer Observar Explicar(P. O. E.)
• Predizer como evoluirá uma determinada situação-problema
• Observar o que de fato ocorre em uma simulação do evento
• Explicar eventuais divergência entre o predito e o observado
Idéias consensuais
• métodos de aprendizagem ativos e interativos• aprender fazendo;• aprender explorando;• aprender a aprender;• aprender a pensar.
• abolição do ensino em que• aluno é paciente;• professor agente;• escola cenário do processo de ensino.
Papel do professor?
- coordena- orienta- observa- estimula- propõe atividades, desafios, ...- põe em prática a avaliação formativa e
somativa(método colaborativo presencial)
Reflexão continuada sobre
• a adequação da tecnologia educacional aos objetivos do processo de ensino-aprendizagem
• as tecnologias como meio para facilitar o processo de ensino-aprendizagem (e não como um fim em si)
• as tecnologias como ferramenta cognitiva, possibilitando ampliação das capacidades humanas
“As coisas mais importantes nunca devem ficar à mercê das menos importantes”.
Johann Wolfgang von Goethe
Referências:• Andrea A. diSessa, Changing Minds Computers, Learning and
Literacy, MIT Press, 1999.• Jonassen, D. H. Computadores como herramientas da mente.
Disponível em: http://tecnologiaedu.us.es/bibliovir/pdf/efect_cog.pdf Acesso em: 10 de julho de 2006.
• Esquembre, F. Esquembre, Computers in Physics Education, Computer Physics Communications 147, 13-18 2002.
• VEIT, E. A. Modelagem computacional no ensino de Física. XVI Simpósio Nacional de Ensino de Física. Rio de Janeiro. 2005. Disponível em: http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/SNEF_RIO/Modelagem_computacional_noEnsino_de_Fisica_XVI_SNEF.pdfhttp://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/XXIIIEFNNE/
O que é carga cognitiva?
quantidade total de carga imposta à memória de trabalho
a maior parte desta carga deve estar associada ao conteúdo no material instrucional e não ao seu uso
Informação
+
memória de longo prazo
memória de trabalho
7 2
Limitadamáximo:
elementos
órgãos sensorias
Qual a relação com material instrucional?
carga cognitiva total
carga cognitiva intrínsica
carga cognitiva estranha
recursos mentais
É preciso economizar memória de trabalho com o material instrucional!
Carga cognitiva
intrínseca: inerente à natureza do conteúdo em estudo
esforço contribui para a assimilação de esquemas
externa: associada à estruturação e organização do material
esforço desgasta, sem contribuição para a aprendizagem do contéudo
Desdobramento de atenção• ocorre quando o sujeito tem de focar a atenção em mais de uma
fonte de informação no modo dual
• texto escrito + figura• texto escrito + figura em movimento (gif animado, vídeo)• texto falado + figura• texto falado + figura em movimento
atividades mistas : • leitura mais procura• instruções e manuseio do software
a integração de elementos pode evitar o desdobramento de atenção
Cuidado, nem sempre mais é melhor!
...e de alfabetização visual
http://penta2.ufrgs.br/edu/cargacognitiva/alfabvisualres.pdf
http://penta2.ufrgs.br/edu/alfabetizacaovisual/
Profa. Liane R. Tarouco, UFRGS
Conceito central Aprendizagem Significativa
Significado do novo conhecimento
resulta da interação entre uma nova informação e um aspecto relevante da estrutura cognitiva do aprendiz
de forma substantiva (não-literal)
Subsunçor
Diferenciação progressiva
Reconciliação integrativa
Partir do geral e, progressivamente, chegar ao particular
Também se deve fazer constantes referências ao geral para não perder a visão do todo
Conceitos mais gerais e inclusivos
Conceitos intermediários
Conceitos específicos
Condições para ocorrência da aprendizagem significativa
1. Materialpotencialmentesignificativo
2. Disposição para aprender
o conteúdo do material a ser estudado deve ter relação com a estrutura cognitiva do aluno
o material deve ter significado lógico
o aluno deve manifestar uma disposição para relacionar o novo material, potencialmente significativo, à sua estrutura cognitiva
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