Modelagem matemática no ensino de física, recursos didático-pedagógicos Ednilson Souza, Notas de estudo de Física

Baixe Modelagem matemática no ensino de física, recursos didático-pedagógicos Ednilson Souza e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity! VII E P A E M Encontro Paraense de Educação Matemática Cultura e Educação Matemática na Amazônia ISSN 2178 - 3632 08 a 10 de setembro de 2010 Belém – Pará – Brasil - 1 - MODELAGEM MATEMÁTICA NO ENSINO DE FÍSICA RECURSOS DIDÁTICO-PEDAGÓGICOS Ednilson Sergio Ramalho de Souza Universidade Federal do Oeste do Pará - UFOPA ednilson.souza@yahoo.com.br Adilson Oliveira do Espírito Santo Universidade Federal do Pará - UFPA adilson@ufpa.br RESUMO Nosso objetivo é pontuar alguns recursos didático-pedagógicos comumente utilizados na modelagem matemática no contexto do ensino de Física. Para isso, fizemos pesquisa bibliográfica em sites de revistas eletrônicas e em anais de congressos sobre o tema. O resultado mostrou que o processo de modelagem matemática aplicado ao ensino de Física vem sendo realizado predominantemente fazendo uso de três recursos didático-pedagógicos: por meio de problemas contextualizados, por meio de simulação computacional e por meio de experimentação. Palavras-chave: Modelagem Matemática. Ensino de Física. Recursos didático- pedagógicos. INTRODUÇÃO O processo de modelagem matemática gera um ambiente que pode favorecer o aprendizado não apenas de Matemática, mas de outras disciplinas como a Física, a Química e até mesmo a Biologia. Nesse sentido é que concebemos a modelagem matemática como geradora de ambiente de ensino e aprendizagem de ciências. Essa dimensão da modelagem já foi sinalizada por Barbosa (2009) o qual discutiu o papel que os modelos matemáticos podem desempenhar na educação científica. Assim, nossa atenção estará voltada ao uso da modelagem no contexto do ensino de Física. Veremos que se têm usado, predominantemente, três recursos didático-pedagógicos para esse fim: problemas contextualizados, simulações computacionais e atividades experimentais. VII E P A E M Encontro Paraense de Educação Matemática Cultura e Educação Matemática na Amazônia ISSN 2178 - 3632 08 a 10 de setembro de 2010 Belém – Pará – Brasil - 2 - Começaremos fazendo algumas considerações de ordem epistemológica sobre os termos representação matemática e modelo matemático. Tais considerações são importantes para compreender a natureza do processo de modelagem no ensino de Física. Continuaremos mostrando o resultado de uma pesquisa bibliográfica onde apresentaremos 20 trabalhos científicos sobre o tema. Finalizaremos com considerações gerais sobre os resultados da pesquisa. REPRESENTAÇÕES E REPRESENTAÇÃO MATEMÁTICA Numa visão cognitiva, pode-se entender que “uma representação é uma notação ou signo ou conjunto de símbolos que ‘re-presenta’ algo para nós, ou seja, ela representa alguma coisa na ausência dessa coisa (EYSENCK e KEANE apud FERNADES, 2000, p. 10)1. Segundo Raymond Duval (2009, p. 30), Piaget recorre à noção de representação como “evocação dos objetos ausentes” (grifos do autor). Ainda segundo Duval (ibidem), as representações podem ser classificadas de acordo com as oposições interna/externa e consciente/não-consciente (Quadro 1). Quadro 1. Tipos e funções das representações (Fonte: Duval, 2009, p. 43). Interna Externa Consciente Mental  Função de objetivação Semiótica  Função de objetivação  Função de expressão  Função de tratamento intencional Não-consciente Computacional  Função de tratamento automático ou quase instantâneo. 1 EYSENK, M. E; KEANE, M. T. Cognitive pisichology: a student’s hadbook. Hove: Lawrence Erlbaum, 1990. VII E P A E M Encontro Paraense de Educação Matemática Cultura e Educação Matemática na Amazônia ISSN 2178 - 3632 08 a 10 de setembro de 2010 Belém – Pará – Brasil - 5 - delas refere-se à escolha de um tema de pesquisa, por exemplo, Poluição. Outra fase seria uma pesquisa propedêutica sobre o tema. O objetivo dessa etapa é promover um primeiro contato com o tema quando se trata de um assunto totalmente novo para os estudantes. Continuando o processo, procura-se formular questionamentos, por exemplo: que tipos de poluições existem atualmente? Outra etapa seria a formulação ou identificação de um problema real: em quanto tempo um motorista de ônibus pode perder totalmente sua capacidade auditiva? A resolução do problema real, que exige pesquisa e investigação, culmina com a elaboração de modelos matemáticos, que seria outra etapa do processo de modelagem. Por fim, devemos fazer uma avaliação crítica do processo: limite de validade do modelo, possibilidade de uso em outros problemas etc. Pensamos que o fluxo do processo pode ser seguido mais ou menos como descrevemos acima, porém, vamos ver as etapas propostas por Rodney Bassanezi (2004) para o processo de modelagem: 1. Experimentação: O objetivo dessa fase é a obtenção de dados. O uso de métodos e técnicas estatísticas na pesquisa experimental possibilita maior grau de confiabilidade dos dados obtidos. No ensino de Física essa etapa é essencial quando se trabalha com experiências de laboratório. Os alunos são responsáveis por fazer medições de experimentos com uso de aparelhos. 2. Abstração: Esse procedimento deve levar à formulação de modelos matemáticos. Nessa fase procura-se estabelecer: a seleção de variáveis cognitivas (os conceitos ou variáveis com os quais se lidam devem ser claramente identificados e compreendidos); a problematização ou formulação aos problemas teóricos numa linguagem própria da área em que se está trabalhando (problematiza-se por meio de perguntas científicas que levam à explicitação das relações existentes entre os conceitos ou variáveis envolvidas no fenômeno); a formulação de hipóteses (que podem ser geradas por comparação com outros estudos, dedução lógica, experiência pessoal do modelador, observação de casos singulares da VII E P A E M Encontro Paraense de Educação Matemática Cultura e Educação Matemática na Amazônia ISSN 2178 - 3632 08 a 10 de setembro de 2010 Belém – Pará – Brasil - 6 - própria teoria, analogia de sistemas etc.); a simplificação (consiste em restringir algumas informações observadas no fenômeno para que se possa obter um modelo matematicamente tratável). 3. Resolução: consiste no tratamento matemático dado ao modelo, ou seja, na resolução de equações (diferenciais, integrais, de diferenças finitas, algébricas etc.). 4. Validação: nesta fase os modelos matemáticos serão testados para ver em que grau eles correspondem às observações empíricas e às previsões de novos fatos. É nessa etapa que o modelador deve ter a atitude de converter o modelo matemático obtido em diferentes representações matemáticas (tabelas, gráficos, equações) bem como fazer a interpretação das várias formas de se representar um mesmo problema de Física. 5. Modificação: nenhum modelo deve ser considerado definitivo, podendo sempre ser melhorado, desta maneira um bom modelo é aquele que propicia a (re)formulação de novos modelos. METODOLOGIA E RESULTADOS A coleta de material bibliográfico foi realizada digitando-se o termo “modelagem matemática + ensino física” no buscador Google. Detectamos que existem muitos trabalhos disponíveis em revistas eletrônicas, sites de congressos em Educação Matemática e sites de Universidades sobre Modelagem Matemática de fenômenos físicos. Porém, poucos são voltados ao ensino e aprendizagem. Para selecionar os trabalhos a serem analisados consideramos os seguintes critérios:  Que fossem sobre Modelagem Matemática; VII E P A E M Encontro Paraense de Educação Matemática Cultura e Educação Matemática na Amazônia ISSN 2178 - 3632 08 a 10 de setembro de 2010 Belém – Pará – Brasil - 7 -  Que fossem sobre fenômenos físicos;  Que fossem voltados ao ensino e aprendizagem. Não sendo nossa intenção abarcar a totalidade de pesquisas, relacionamos no quadro 2 vinte (20) trabalhos, organizando-os segundo a classificação: pesquisa de cunho teórico (cinco trabalhos) e pesquisa de cunho didático-pedagógico (quinze trabalhos). Dos vinte trabalhos, dezenove (19) são artigos e apenas um (01) corresponde a uma dissertação de mestrado. PESQUISAS DE CUNHO TEÓRICO Título/Autor(es)/Site 1) A modelagem matemática aplicada ao ensino de Física no ensino médio. C. O. Lozada e colaboradores http://www.ffcl.edu.br/logos/artigos/2006b/ARTIGO1-pag2-ClaudiaLozada-logos-14-2006.pdf 2) Modelagem matemática de fenômenos físicos envolvendo grandezas proporcionais e funções do primeiro grau, através de atividades experimentais. L. S. Campos e M. S. T de Araújo. http://www2.rc.unesp.br/eventos/matematica/ebrapem2008/upload/269-2-A-gt9-Campos-ta.pdf 3) Modelagem no ensino/aprendizagem de física e os novos parâmetros curriculares nacionais para o ensino médio. E. A. Veit e V. D. Teodoro. http://www.scielo.br/pdf/rbef/v24n2/a03v24n2.pdf 4) Modelagem computacional no ensino de física. E. A. Veit e I. S. Araújo. http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/producao/modelagem_computacional_Maceio.pdf 5) Alternativas de modelagem matemática aplicada ao contexto do ensino de física: a relevância do trabalho interdisciplinar entre matemática e física. C. O. Lozada. http://www.sbem.com.br/files/ix_enem/Html/comunicacaoCientifica.html PESQUISAS DE CUNHO DIDÁTICO-PEDAGÓGICO Título/Autor(es)/Site 1) A modelagem matemática como metodologia para o ensino-aprendizagem de Física. E. S. R. de Souza e A. O. do Espírito Santo http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/diaadia/diadia/arquivos/File/conteudo/artigos_teses/fisica/artigos/ednilson.pdf 2) Equilíbrio no espaço: experimentação e modelagem matemática. P. A. P. Borges, N. A. Toniazzo e J. C. da Silva. http://www.scielo.br/pdf/rbef/v31n2/10.pdf 3) Aperfeiçoamento de professores de física e matemática utilizando a modelagem matemática M. Q. Albé e colaboradores. http://www.liberato.com.br/upload/arquivos/0131010716044716.pdf 4) O ensino de fenômenos físicos através da modelagem matemática. L. Daroit, C. Haetinger e M. M. Dullius. http://www.projetos.unijui.edu.br/matematica/cd_egem/fscommand/RE/RE_35.pdf 5) Uma experiência da utilização da modelagem matemática computacional aplicada ao ensino de física F. H. L. Vasconcelos, J. R. Santana e H. B. Neto. http://tele.multimeios.ufc.br/~semm/conteudo/leitura/ef/artigo13.pdf 6) Modelagem matemática: uma experiência com professores. K. G. Leite. http://need.unemat.br/3_forum/artigos/13.pdf 7) Interdisciplinaridade por meio da modelagem matemática: uma atividade envolvendo matemática e física E. S. R. de Souza e colaboradores. http://www.somaticaeducar.com.br/arquivo/artigo/1-2009-02-28-12-40-16.pdf 8) Modelagem matemática no ensino-aprendizagem de física: tópicos de mecânica. E. S. R. de Souza http://www.somaticaeducar.com.br/arquivo/artigo/1-2009-02-28-12-35-31.pdf 9) A importância da modelagem matemática na formação de professores de física. C. O. Lozada e N. S. Magalhães. http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xviii/sys/resumos/T0202-2.pdf 10) A modelagem matemática através de conceitos científicos. H. R. da Costa. Quadro 2. Trabalhos encontrados na internet sobre o tema Modelagem Matemática e ensino de Física VII E P A E M Encontro Paraense de Educação Matemática Cultura e Educação Matemática na Amazônia ISSN 2178 - 3632 08 a 10 de setembro de 2010 Belém – Pará – Brasil - 10 - BRASIL, Ministério da Educação. Diretrizes Curriculares Nacionais: Ensino Médio, 2006. (Disponível em http://portal.mec.gov.br, acesso em 8/5/09). ____, Ministério da Educação. Parâmetros Curriculares Nacionais:Ensino Médio. Parte I (Bases legais), 2000a. (Disponível em http://portal.mec.gov.br, acesso em 8/5/09). ____, Ministério da Educação. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio. Parte III (Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias), 2000b. (Disponível em http://portal.mec.gov.br, acesso em 8/5/09). BURAK, D. Modelagem matemática: ações e interações no processo de ensino-aprendizagem. Tese de Doutorado em Educação-UNICAMP, São Paulo, 1992. ____. Modelagem matemática: uma metodologia alternativa para o ensino da matemática na 5ª série. Dissertação de mestrado em Educação Matemática- UNESP, São Paulo, 1987. ____. Modelagem matemática e a sala de aula. In: ENCONTRO PARANAENSE DA MODELAGEM NA EDUCAÇÃO MATEMÁTICA (EPMEM), Anais....Londrina, 2004. DAROIT. L.; HAETINGER. C.; DULLIUS. M. M. O ensino de fenômenos físicos através da modelagem matemática. Disponível em http://www.projetos.unijui.edu.br/matematica/cd_egem/fscommand/RE/RE_35.pdf. Acesso em 10/08/2009. DUVAL, R. Registros de representação semiótica e funcionamento cognitivo da compreensão em matemática. In: MACHADO, S. D. A. (Org.). Aprendizagem em matemática: registros de representação semiótica. 4 ed. Campinas: Papirus, 2008, p.11-33. ____. Semiósis e pensamento humano: registros semióticos e aprendizagens intelectuais. Tradução: Lênio Levy e Marisa Silveira. São Paulo: Editora da Física, 2009, 113p. ____. Semiosis y pensamiento humano: registros semióticos y aprendizajes intelectuales. Traducción: Myriam Vega Restrepo. Cali-Colombia: Merlin I. D., 2004, 332p. FERNANDES, R. G. Modelos mentais em Mecânica Introdutória: uma simulação computacional. 2000. 158f. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2000. VII E P A E M Encontro Paraense de Educação Matemática Cultura e Educação Matemática na Amazônia ISSN 2178 - 3632 08 a 10 de setembro de 2010 Belém – Pará – Brasil - 11 - FIORENTINI, D.; LORENZATO, S. Investigação em educação matemática: percursos teóricos e metodológicos. 2 ed. São Paulo: Autores Associados, 2007, 226p. FLORES, C. R; MORETTI, M. T. O funcionamento cognitivo e semiótico das representações gráficas: ponto de análise para a aprendizagem matemática. Reremat-Revista Eletrônica de Republicação em Educação Matemática. Santa Catarina, p. 26-38, 2006. Disponível em <http://www.redemat.mtm.ufsc.br/reremat/republic_07_artigo.PDF>. Acesso em 02/10/09). FREIRE, P. Pedagogia da autonomia: saberes necessários à prática educativa. 37 ed. São Paulo: Paz e Terra, 2008, 146p. ____. Pedagogia do oprimido. 46 ed. Rio de Janeiro: Paz e Terra, 2007, 213p. LEVY, L. F. Os professores, uma proposta visando à transdisciplinaridade e os atuais alunos de matemática da educação pública municipal de jovens e adultos de Belém, Pará. 2003. 148f. Dissertação (Mestrado em Educação em Ciências e Matemáticas) – NPADC, Universidade Federal do Pará. LOZADA, C. O. Alternativas de modelagem matemática aplicada ao contexto do ensino de física: relevância do trabalho interdisciplinar entre matemática e física. (www.sbem.com.br/files/ix_enem/Comunicacao_Cientifica/Trabalhos/CC1929225 3859T.doc, acesso em 18 de maio de 2009). LOZADA, C. O; MAGALHÃES, N. S. Uma relato de experiência sobre a prática da modelagem matemática aplicada ao ensino de física. In: VI CONFERÊNCIA NACIONAL SOBRE MODELAGEM NA EDUCAÇÃO MATEMÁTICA (VI CNMEM), Londrina-Pr. Anais...Londrina: 2009. (Publicação em CD-ROM). PINHEIRO, T. F. Modelização de variáveis: uma maneira de caracterizar o papel estruturador da matemática no conhecimento científico. In: PIETROCOLA, M. (Org.). Ensino de física: conteúdo, metodologia e epistemologia numa concepção integradora. Florianópolis: UFSC, 2001. p. 33-150. ROZAL, E. F. Modelagem matemática e os temas transversais na educação de jovens e adultos. Belém, 2007. 164f. Dissertação (Mestrado em Educação em Ciências e Matemáticas) – NPADC, Universidade Federal do Pará. SOUZA, E. S. R.; ESPÍRITO SANTO, A. O. Modelagem matemática como metodologia para o ensino-aprendizagem de Física. In: VI ENCONTRO PARAENSE DE MODELAGEM MATEMÁTICA (VI EPAEM), Belém-Pa. Anais...Belém: SBEM, 2008a. (Publicação em CD-ROM). ____. O objeto modelo matemático e suas diversas representações semióticas: uma concepção de modelagem matemática. In: VI CONFERÊNCIA NACIONAL VII E P A E M Encontro Paraense de Educação Matemática Cultura e Educação Matemática na Amazônia ISSN 2178 - 3632 08 a 10 de setembro de 2010 Belém – Pará – Brasil - 12 - SOBRE MODELAGEM NA EDUCAÇÃO MATEMÁTICA. Anais...Londrina-PR: Universidade Estadual de Londrina, 2009. (Publicação em CD-ROM). ____. Modelagem matemática: uma visão holística da realidade?In: VI ENCONTRO PARAENSE DE MODELAGEM MATEMÁTICA (VI EPAEM), Belém- Pa. Anais...Belém: SBEM, 2008b. (Publicação em CD-ROM).