VOLUMEN 33, NÚMERO 2 | Número especial | PP. 351-358

ISSN: 2250-6101

Desenvolvimento de uma proposta

experimental controlada

remotamente para o estudo de

fenômenos ópticos

Development of a remotely controlled experimental

proposal for the study of optical phenomena

Marco Aurélio A. Monteiro *, Samuel J. de Carvalho , Rodolfo M. Rolando ,

Fredy Coelho Rodrigues

¹Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Departamento de Física, UNESP – Av. Dr. Ariberto Pereira da Cunha, 333 –

Guaratinguetá, Cep.: 12.516-410, São Paulo, Brasil.

²Faculdade de Ciências – Programa de Pós-Graduação em Educação para a Ciência – UNESP- Av. Engenheiro Luís

Edmundo de Carrijo, 2085 – Cep.: 17.033-360 – Bauru, São Paulo, Brasil.

³Colégio Técnico Industrial de Guaratinguetá, UNESP, Av. Dr. Ariberto Pereira da Cunha, 333 – Guaratinguetá, Cep.:

12.516-410, São Paulo, Brasil.

⁴Instituto Federal do Sul de Minas, Rua da Penha, 290 – Cep: 37.903-070, Passos, Minas Gerais, Brasil.

*E-mail: marco.monteiro@unesp.br

Recibido el 15 de junio de 2021 | Aceptado el 1 de septiembre de 2021

Resumo

Este trabalho tem o objetivo de propor e avaliar o impacto educacional de um experimento controlado remotamente voltado para o

ensino de Física em nível médio no estudo dos conceitos relativos aos fenômenos de reflexão e refração da luz. Para tanto aplicamos

tal atividade em comparação a outra realizada presencialmente em cinco turmas diferentes de alunos do segundo ano do Ensino Médio

e aplicamos um pré-teste e um pós-teste, para comparamos a diferença de desempenho. Os resultados evidenciam contribuições para

a aprendizagem dos estudantes, bem como o desenvolvimento de algumas competências importantes do ponto de vista

procedimental e atitudinal dos alunos.

Palavras-chaves: Ensino de Física; Experimentação; Laboratório remoto; Experimento remoto.

Abstract

This work aims to propose and evaluate the educational impact of a remotely controlled experiment aimed at teaching physics at a

high level in the study of concepts related to the reflection and refraction of light phenomena. For this purpose, we applied this activity

in comparison to another performed in person in five different classes of students in the second year of high school and we applied a

pre-test and a post-test, to compare the difference in performance. The results show contributions to student learning, as well as the

development of some important competences from the procedural and attitudinal point of view of the students.

Keywords: Physics teaching; Experimentation; Remote laboratory; Remote experiment.

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La evaluación del presente artículo estuvo a cargo de la organización de la XIV Conferencia Interamericana de Educación en Física

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Desenvolvimento de uma proposta experimental

I. INTRODUÇÃO

Para Nardi (2004) o movimento de reformulação curricular ocorrido entre as décadas de 1950 e 1960 nos Estados

Unidos da América e na Inglaterra marcam o início das primeiras pesquisas em Ensino de Ciências, assim, nesses 70

anos de trabalho, essa área de pesquisa tem como consenso a importância das atividades experimentais como

instrumento de ensino e de aprendizagem de conceitos científicos.

Para os piagetianos a experimentação é proposta como atividade desequilibrante, ou seja, permite ensejar situações

que desequilibram as estruturas cognitivas dos estudantes, tendo em vista a possibilidade dos alunos poderem

manipular, explorar, rever e aí promoverem modificações de esquemas mentais já construídos (Piaget, 1975).

Na perspectiva dos vigotskianos, as atividades experimentais podem permitir o desencadeamento de oportunas

interações sociais entre os alunos e destes com o professor sobre o objeto do conhecimento. Nesse sentido, a interação

social estabelecida dentro da zona de desenvolvimento proximal dos aprendizes com um parceiro mais experiente na

cultura científica, possibilita a formação de significados culturais dos conceitos científicos (Vigotski, 1991).

Autores diversos chamaram a atenção para outros benefícios das atividades experimentais:

Oliveira (2010) destaca que a experimentação motiva os estudantes para a aprendizagem, desenvolve a

capacidade de trabalhar em grupo, a iniciativa pessoal e a tomada de decisão, estimula a curiosidade, a criatividade,

a capacidade de observação, possibilita o aprendizado sobre a natureza da Ciência, dos conceitos científicos, sobre

métodos de coleta, tratamento e apresentação de dados, além de aprimorar habilidades manipulativas.

Gil Perez et al. (1999) e Krasilchik (2005), afirmam que as atividades experimentais auxiliam no desenvolvimento

da capacidade dos alunos em enfrentar e solucionar situações-problemas.

Capecchi, Carvalho e Silva (2002) e Monteiro e Teixeira (2004) destacam as atividades experimentais como

estratégias importantes para os alunos aprenderem a considerar, avaliar e construir explicações, bem como

argumentos de natureza científica, a partir do estabelecimento da relação de causa e efeito.

Contudo, apesar de todas essas contribuições constatadas em pesquisa, muitas escolas, em especial no Brasil,

raramente utilizam essa importante estratégia de ensino.

Autores como Borges e Gomes (2005), Neves et al. (2006), Lopes (2007), Ramos e Rosa (2008) e Pena e Ribeiro

Filho (2009) afirmam que existem diferentes motivos para que essas atividades não sejam realizadas em nossas

escolas, dentre eles citamos: falta de laboratório adequado, carga-horária pequena para as disciplinas científicas,

muitos alunos por turma, falta de docentes preparados para o desenvolvimento das atividades, falta de tempo dos

professores para preparar, montar e reparar os equipamentos experimentais.

Segundo Censo escolar de 2016 do Ministério da Educação (Brasil, 2017), em apenas 11% das escolas (públicas e

privadas) têm laboratório, e 40, 73% das escolas são dotadas de internet banda larga.

Assim sendo, muitas propostas são apresentadas para que alunos e professores utilizem as Tecnologias Digitais de

Informação e Comunicação – TDIC.

Monteiro et al. (2013) destacam os chamados weblabs, ou seja, os laboratórios controlados remotamente, como

um recurso importante para a implementação das atividades experimentais reais e não ideais em sala de aula.

Um experimento remoto é definido como uma atividade realizada por uma ou mais pessoas que estejam juntas

num mesmo local ainda que separadas, num local diferente de onde está a montagem experimental no qual os dados

serão coletados. Para que isso seja possível são utilizados além de câmeras locais que captam e transmitem as imagens

dos experimentos, circuitos eletroeletrônicos que permitem que os usuários controlem as montagens para coletar

dados experimentais reais (Ferreira e Mueller, 2004; Bencomo, 2004).

Portanto, as atividades experimentais remotas não é uma simulação computacional: há um aparato real montado

num local diferente daquele onde se encontram os usuários com todos os recursos de interfaceamento e de

comunicação que permitem a eles, se comunicarem entre si, acessarem e manipularem esse aparato de forma a obter

dados e estabelecerem uma relação de causa e efeito (Monteiro, 2017).

Monteiro et al. (2013) explica o funcionamento de um experimento controlado remotamente, por meio da

figura 1, o autor chama a atenção para o fato de o usuário poder acessar o laboratório remoto, por meio da conexão

à internet, selecionando o experimento que deseja realizar. Uma vez esse acesso sendo estabelecido o usuário

visualiza o equipamento experimento a ser utilizado por meio de câmeras que gera imagens em tempo real. Há

também circuitos eletroeletrônicos que permite ao usuário manipular o experimento, variando determinados

parâmetros para observar determinadas alterações que podem ser medidas por instrumentos calibrados disponíveis.

Assim é possível não apenas observar o fenômeno e obter os dados necessários à sua pesquisa. A plataforma do

laboratório controlado remotamente também pode oferecer um LMS (Learning Management System), ou seja, um

Sistema de Gerenciamento de Aprendizagem (SGA). Esse sistema deve disponibilizar aos usuários os seguintes

suportes: correio eletrônico, listas de discussão, salas de bate-papo (chats), sistemas de coautoria, serviços de

teleconferência.

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FIGURA 1. Esquema de funcionamento de um laboratório controlado remotamente. Fonte: Monteiro, et al. (2013)

Neste trabalho, buscamos avaliar uma atividade experimental controlada remotamente voltado para o ensino de

Física em nível médio no estudo dos conceitos relativos aos fenômenos de reflexão e refração da luz.

II. A PESQUISA

Para avaliar a efetividade de uma atividade experimental controlada remotamente escolhemos cinco escolas públicas

do interior de São Paulo – Brasil, para realizar a pesquisa. A escolha das escolas se deveu ao fato de professores de

Física, diretores, coordenadores e alunos dessas instituições de ensino terem aceitado participarem do processo

investigativo. Cada escola envolvida na pesquisa tinha duas turmas de segundo ano do Ensino Médio (2 A e o 2 B) e

estudavam nas aulas de Física os fenómenos luminosos: a reflexão e a refração.

Inicialmente foi combinado que em todas as turmas os alunos receberiam 4 aulas teóricas, inclusive com resolução

de exercícios sobre o tema reflexão e refração da luz. Cada professor realizou essa tarefa como achou melhor, ou seja,

escolheu o caminho pedagógico que entendia ser o mais adequado. Depois das quatro aulas teóricas os alunos fizeram

um pré-teste envolvendo questões de reflexão e refração da luz. Na semana seguinte da realização do pré-teste os

alunos realizaram uma atividade de experimentação de tal forma que as turmas A realizaram a atividade experimental

controlada remotamente, enquanto que as turmas B realizaram a atividade experimental presencial.

Na semana seguinte à atividade experimental os alunos responderam ao pós-teste, que continham questões muito

semelhantes às questões do pré-teste.

Para Lindenau e Guimarães (2012), num teste estatístico, realizado para se avaliar o quanto um procedimento foi

melhor do que outro, é importante calcular o tamanho desse efeito em relação à relevância estatística. Os autores

afirmam que, atualmente, tem sido cada vez mais utilizado e, em algumas publicações exigidas, que o tamanho do

efeito seja determinado. Para esses autores é fundamental saber o quanto esse desempenho foi maior para, só então,

utilizar os resultados estatísticos para validar o novo método de ensino.

Os autores afirmam que, diante de quarenta diferentes modos para se determinar o tamanho de efeitos, um que

se mostrou bem adequada para se avaliar a diferença de efeito entre duas condições especificas foi o D-Cohen (1977).

Para se calcular o fator d de Cohen, podemos utilizar a seguinte expressão:

푥̅ ̅̅̅ − 푥̅ ̅̅̅

푑 =

(1)

푛

ꢀ1) 푠 + (푛 ꢀ1) 푠

1 2

(

√

푛

+ 푛 ꢀ2

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Onde:

x , x − São as médias do grupo experimental e do grupo de controle respectivamente;

n , n − São os tamanhos amostrais dos grupos analisados;

s , s − São as variâncias amostrais dos grupos analisados.

Do ponto de vista de Cohen (1977), o valor de d pode ser interpretado da forma como indica a tabela a seguir:

TABELA I. Classificação dos valores de D- Cohen. Fonte: Cohen (1977).

Classificação

Efeito pequeno

Efeito médio

Efeito grande

Valores

0,00<d<0,20

0,20<d<0,80

d>0,80

Passaremos agora a descrever os experimentos utilizados com os alunos em nossa pesquisa.

A. Descrição dos Experimentos Realizados

O experimento controlado remotamente: o dispositivo experimental controlado remotamente para o estudo do

comportamento dos raios de luz ao incidir e/ou atravessar diferentes meios materiais constitui-se de uma plataforma

que sustenta um transferidor de 360 dividido em duas partes por uma haste metálica que se move longitudinalmente

por ação de um motor de passo. Sobre essa haste estão fixados, por ação magnética, diferentes dioptros (lentes

esféricas, convergente e divergente, espelhos, plano e esféricos, além de um prisma) que, mediante o movimento da

haste, podem ser posicionados no ponto zero do transferidor.

FIGURA 2. Esquema do experimento remoto sobre comportamento de raios de luz. Fonte: Autores.

Em torno do transferidor e, portanto, dos dioptros que podem ser selecionados pelo usuário, dependendo do seu

objetivo de estudo, orbita um laser point que pode ser acionado e rotacionado, em qualquer ângulo, eletronicamente.

Dessa forma, por meio de uma câmera, o usuário pode visualizar o raio luminoso, monocromático, que sai do laser,

incide sobre o dioptro selecionado e emerge dele. Por meio do transferidor, o usuário pode medir o ângulo de

incidência e de refração ou de reflexão do raio de luz, permitindo ao estudante o estudo das Leis de reflexão, Lei da

Snell bem como das condições de estigmatismo de Gauss. O aparato experimental construído ficou assim constituído:

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FIGURA 3. Experimento remoto sobre comportamento de raios de luz. Fonte: Autores.

No experimento realizado presencialmente, foram utilizados os seguintes equipamentos:

•

placa de acrílico para estudo da refração;

espelho plano;

espelho côncavo;

espelho convexo;

fonte de luz;

transferidor e papel.

FIGURA 4. Lista de material para experimento presencial de fenómenos luminosos. Fonte: Autores.

FIGURA 5. Realização do experimento presencial de raios de luz. Fonte: Autores.

Vamos a seguir fazer a apresentação dos resultados que obtivemos em nossa pesquisa.

III. DADOS E ANÁLISE

O desempenho dos alunos após a realização dos experimentos foi significativamente superior ao desempenho deles

antes da atividade experimental. Esse resultado confirma a conclusão de que os estudos realizados nos últimos setenta

anos na área de Ensino de Ciências têm confirmado: a atividade experimental é fundamental para o processo de ensino

e de aprendizagem de conceitos científicos.

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Se considerarmos o D-Cohen como critério para análise do tamanho de efeito, foi observado o padrão que indica

melhor desempenho para os alunos que realizaram a atividade experimental controlada remotamente. Destaques

para as turmas A das escolas 2 e 5, cujo tamanho do efeito pode ser classificado como alto. Contudo, ao levarmos em

conta o ganho médio, podemos notar que o resultado é diferente do indicado pelo índice D-Cohen para as escolas 1

e 4. Como a diferença, nesses casos, é pequena, podemos considerar que ambas as turmas tiveram o mesmo ganho

de aprendizagem.

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IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O objetivo da investigação foi estudar as possíveis contribuições, para o processo de ensino e de aprendizagem de

conceitos científicos, de um laboratório com experimentos de Física controlados remotamente.

Os resultados mostraram que a utilização do experimento remoto trouxe contribuições para o processo de ensino

e de aprendizagem de conceitos científicos. Ao compararmos o desempenho dos alunos antes e depois de terem

realizado a experimentação remota, foi possível notar que as contribuições da atividade realizada foram significativas

para toda a turma. Evidenciando assim que é melhor realizar um experimento controlado remotamente do que apenas

ter aulas teóricas sobre o tema, mesmo porque esta redefine melhor os papéis de professor e alunos no contexto de

sala de aula.

Quando comparada com as atividades experimentais realizadas presencialmente, os experimentos controlados

remotamente se mostraram capazes de oferecer as mesmas oportunidades para o desenvolvimento de habilidades e

competências conceituais e atitudinais. Contudo, pode-se verificar que há diferenças no desenvolvimento de

habilidades e competências procedimentais. Isso nos leva a concluir que tanto o experimento remoto quanto o

experimento presencial devem ser realizados, pois que contribuem diferentemente para o desenvolvimento de uma

importante dimensão para o exercício da cidadania: as habilidades e competências procedimentais.

Assim, neste trabalho não se defende a substituição de um tipo de atividade pela outra, ao contrário, propõe-se

que ambas sejam utilizadas.

Porém, para as escolas que não dispõe de infraestrutura de laboratório didático e considerando as dificuldades

docentes quanto às limitações de tempo relativas ao preparo antecipado dessas atividades, há que se considerar que

os experimentos controlados remotamente oferecem uma opção importante ao professor.

AGRADECIMIENTOS

CAPES/PROAP – Brasil.

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