Tecnologias computacionais no Ensino de Física Eliane Veit Ives Solano Araujo I Encontro Estadual...
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Tecnologias Tecnologias computacionais no Ensino computacionais no Ensino de Física de Física
Eliane VeitEliane Veit
Ives Solano AraujoIves Solano Araujo
I Encontro Estadual de Ensino de FísicaI Encontro Estadual de Ensino de Física
Novembro de 2005Novembro de 2005
Instituto de Física - UFRGSInstituto de Física - UFRGS
Onde estamos e para onde Onde estamos e para onde vamos?vamos?
possibilidades atuais no ensino de Física possibilidades atuais no ensino de Física
aquisição de dadosaquisição de dados
comunicaçãocomunicação
tutorialtutorial. . .
Educação mediada por Educação mediada por tecnologias computacionaistecnologias computacionais
novas estratégias de ensino novas estratégias de ensino
tecnologias computacionais x novas tecnologias tecnologias computacionais x novas tecnologias (DVD)(DVD)
FísicaFísica
modelagem computacional
aquisição automática de dados
Modelagem computacional Modelagem computacional em Ciênciasem Ciências
• Por quê?Por quê?
-- é um dos pilares fundamentais do é um dos pilares fundamentais do
desenvolvimento científico Física, desenvolvimento científico Física,
Química, Biologia Química, Biologia
-- Física: teórica, experimental e computacional Física: teórica, experimental e computacional
- - noção de que é possível predizer, além de noção de que é possível predizer, além de
observar fatos observar fatos
Investigações sobre Investigações sobre tecnologias educacionais no tecnologias educacionais no Ensino de Física?Ensino de Física?American Journal of Physics (1980...),
Journal of Research on Science Teaching (1980...),
Intenational Journal of Science Education (1987...),
Science Education (1980...)
Enseñanza de las Ciencias (1983...)
Revista Brasileira de Ensino de Física (1980...),
Caderno Catarinense de Ensino de Física (1984...),
I. S. Araujo, M. A. Moreira, E. A. Veit
Principais modalidades de Principais modalidades de uso do computador no ensino uso do computador no ensino de Físicade Física
I)I) Instrução e avaliação mediada pelo Instrução e avaliação mediada pelo computadorcomputador
II)II) Modelagem e simulação computacionaisModelagem e simulação computacionais
III)III) Coleta e análise de dados em tempo realColeta e análise de dados em tempo real
IV)IV) Recursos multimídiaRecursos multimídia
V)V) Comunicação à distânciaComunicação à distância
VI)VI) Resolução algébrica/numérica e visualização Resolução algébrica/numérica e visualização de soluções matemáticasde soluções matemáticas
VII)VII) Estudo de processos cognitivosEstudo de processos cognitivos
I) Instrução e avaliação I) Instrução e avaliação mediada mediada pelo computadorpelo computador
• programas-tutoresprogramas-tutores (tutoriais): se adaptam às (tutoriais): se adaptam às dificuldades individuais e aos sucessos de dificuldades individuais e aos sucessos de cada estudante, fornecendo instruções cada estudante, fornecendo instruções personalizadas em seções de interação com o personalizadas em seções de interação com o indivíduo (indivíduo (figfig))
• testes automatizadostestes automatizados para a avaliação de para a avaliação de aprendizagem (aprendizagem (figfig))
• ou avaliação de concepções espontâneas: ou avaliação de concepções espontâneas: PrometeusPrometeus
I) Instrução e avaliação I) Instrução e avaliação mediada mediada pelo computadorpelo computador
VantagemVantagem: possibilidade de atendimento : possibilidade de atendimento individualizado ao estudante no momento individualizado ao estudante no momento em que ele sentisse necessidadeem que ele sentisse necessidade
Nesta categoria incluem-se avaliações de Nesta categoria incluem-se avaliações de experiências didáticas.experiências didáticas.
SimulaçãoSimulação::
ModelageModelagemm::
II) Simulação e modelagem II) Simulação e modelagem computacionais computacionais
acesso aos primitivos do modelo matemático ou icônico subjacente à implementação da modelagem
Ex: Modellus, Excel, Powersim
aluno aluno não não temtem
aluno aluno temtem
Tipos de atividades de Tipos de atividades de simulação e modelagem simulação e modelagem computacionaiscomputacionais
• exploratóriasexploratórias
de simulação: sem acesso
de modelagem: com acesso
observação, análise e interação do sujeito com modelos já construídos
aos primitivos do modelo matemático ou icônico
o sujeito passa por todo o processo de construção do modelo desde sua estrutura matemática até a análise dos resultadosEx: Modellus, Physlet, Interactive
Physics
• expressivas de expressivas de modelagemmodelagem
III) Coleta e análise de dados III) Coleta e análise de dados em em tempo real tempo real
• dados são coletados diretamente pelo computadordados são coletados diretamente pelo computador• a análise inclui gráficos, tabelas, cálculos estatísticosa análise inclui gráficos, tabelas, cálculos estatísticos
Vantagens: Vantagens:
• livra o aluno do trabalho árduo de leitura e anotação de dados
• noção sobre medidas no século XXI: nos lab. científicos, no setor produtivo, na área da saúde
• mais tempo para concentração nos problemas físicos
Mais tempo para discussãoMais tempo para discussão
• dos aspectos físicos relevantes dos aspectos físicos relevantes • das hipóteses assumidasdas hipóteses assumidas• das aproximações empregadasdas aproximações empregadas• das limitações dos modelos físicos e das limitações dos modelos físicos e
matemáticosmatemáticos• pensamento científico x lógica indutivistapensamento científico x lógica indutivista• tratar problemas mais reais e atuaistratar problemas mais reais e atuais
Idéias básicas da aquisição Idéias básicas da aquisição automáticaautomática
Placa de somPlaca de som
• interface analógico > digitalinterface analógico > digital
• interface digital > analógicainterface digital > analógica
Exemplos de softwares:Exemplos de softwares:
Osciloscope (fig)
Spectrogram (fig)
Aq_dados (fig)
IV) Recursos de multimídiaIV) Recursos de multimídia
• inclui textos, sons, imagens, animações, inclui textos, sons, imagens, animações, vídeos e simulaçõesvídeos e simulações
• organizados em módulos, de modo a fornecer organizados em módulos, de modo a fornecer contextos didáticos sobre o tópico em estudocontextos didáticos sobre o tópico em estudo
• links links inter-relacionam os elementosinter-relacionam os elementos• o aluno decide o caminho a seguir de acordo o aluno decide o caminho a seguir de acordo
com seus interessescom seus interesses• softwaressoftwares para a construção de materiais para a construção de materiais
didáticos multimídia estão nesta categoria didáticos multimídia estão nesta categoria ((exemplo 1: partículas1, exemplo2: ntefexemplo 1: partículas1, exemplo2: ntef))
V) Comunicação a distânciaV) Comunicação a distância
• o computador é usado como uma ferramenta o computador é usado como uma ferramenta de comunicação e intercâmbio de de comunicação e intercâmbio de informações através de mensagens informações através de mensagens eletrônicas, fóruns de discussão, troca de eletrônicas, fóruns de discussão, troca de arquivos, conferências remotas, etc.arquivos, conferências remotas, etc.
• aplicação de avaliações à distância aplicação de avaliações à distância • disponibilização remotadisponibilização remota• de tarefas escolaresde tarefas escolares
VI) Resolução algébrica/numérica e VI) Resolução algébrica/numérica e visualização de soluções visualização de soluções matemáticasmatemáticas
• resolução numérica ou algébrica de problemas resolução numérica ou algébrica de problemas de Física, ou ainda a representação gráfica das de Física, ou ainda a representação gráfica das soluções matemáticassoluções matemáticas
•objetivo principal é discutir o método de objetivo principal é discutir o método de solução matemática, não o problema físicosolução matemática, não o problema físico
• nas soluções numéricas são empregadas nas soluções numéricas são empregadas linguagens de programação de alto nível como linguagens de programação de alto nível como FORTRAN, C, MatLab e Pascal; nas soluções FORTRAN, C, MatLab e Pascal; nas soluções algébricas algébricas softwaressoftwares como o Mapple, MathCad como o Mapple, MathCad e o Mathematicae o Mathematica
VI) VI) Estudo de processos Estudo de processos cognitivoscognitivos
• voltados à pesquisa dos processos cognitivos voltados à pesquisa dos processos cognitivos
do aluno em sua interação com o computador do aluno em sua interação com o computador
•ou na em sua interação com os colegas ou com ou na em sua interação com os colegas ou com
o professor, tendo a máquina o papel de o professor, tendo a máquina o papel de
fornecer o contexto pedagógico fornecer o contexto pedagógico
Tipo de artigos considerados
• Questões de pesquisaQuestões de pesquisa• Revisão da literaturaRevisão da literatura• Referencial teóricoReferencial teórico• MetodologiaMetodologia• Análise dos dadosAnálise dos dados• ConclusãoConclusão
Desenvolvimento, reflexão, Desenvolvimento, reflexão, apresentação de propostasapresentação de propostas
De investigação
Número de artigos publicados por categoria e por área da Física
MecâMecânicanica
Termodinâ-Termodinâ-micamica
Eletromagne-Eletromagne-tismotismo
ÓticaÓtica Física Física ModernaModerna
N.N.A.A.**
TotalTotal
II 1313 22 44 22 22 22 2525
IIII 4141 66 88 11 77 22 6565
IIIIII 2222 44 77 11 -- 11 3131
IVIV 99 22 22 -- -- 33 1616
VV 33 22 55 -- 11 11 1212
VIVI 33 -- 22 -- 11 22 88
VIIVII 66 --
TotalTotal 9595 1616 2828 44 1111 1010
* não adotam nenhuma área (N.A.) da Física em particular.
Ainda há pouca Ainda há pouca investigação !investigação !
cerca de 150 artigo cerca de 150 artigo
em um total de > 5000em um total de > 5000
novas tecnologias >novas tecnologias > novas novas metodologiasmetodologias
diversidade de estratégias no ensino diversidade de estratégias no ensino
Papel do professor?Papel do professor?
- coordenacoordena- orientaorienta- observaobserva- estimulaestimula- propõe atividades, desafios, ...propõe atividades, desafios, ...- põe em prática a avaliação formativa e põe em prática a avaliação formativa e
somativasomativa
Reflexão continuada sobreReflexão continuada sobre
• a adequação da tecnologia educacional aos a adequação da tecnologia educacional aos objetivos do processo de ensino-objetivos do processo de ensino-aprendizagemaprendizagem
• as tecnologias como meio para facilitar o as tecnologias como meio para facilitar o processo de ensino-aprendizagem (e não processo de ensino-aprendizagem (e não como um fim em si)como um fim em si)
• as tecnologias como ferramenta cognitiva, as tecnologias como ferramenta cognitiva, possibilitando ampliação das capacidades possibilitando ampliação das capacidades humanashumanas
Referências principaisReferências principais
ARAUJO, I. S.; VEIT., E. A. Uma revisão da literatura sobre estudos relativos a tecnologias computacionais no ensino de Física, Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, v. 4, 2004.
VEIT, E. A.; ARAUJO, I. S. Tecnologias VEIT, E. A.; ARAUJO, I. S. Tecnologias Computacionais no Ensino de Ciências, Computacionais no Ensino de Ciências, Programa Internacional de Doutorado em Ensino Programa Internacional de Doutorado em Ensino de Ciências. Universidade de Burgos, Espanha; de Ciências. Universidade de Burgos, Espanha; Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil. Brasil. Texto de Apoio N°24Texto de Apoio N°24..
http://penta3.ufrgs.br:2002/http://penta3.ufrgs.br:2002/
http://http://www.plus2physics.com/www.plus2physics.com/electrostatics/electrostatics/online_tests.asponline_tests.asp
Simulação com o ModellusSimulação com o Modellus
Modelagem com o ModellusModelagem com o Modellus
Osciloscope (entrada de Osciloscope (entrada de som)som)
SpectrogramSpectrogram
canto de um pássaro
SpectrogramSpectrogram
tubo de 30cm tubo 40cm
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