Explorando simulações e laboratórios virtuais multimídia como recursos de aprendizagem de física

Abstract

Neste trabalho foi estudada a utilização de laboratórios virtuais multimídia como recurso de aprendizagem de Física dentro da perspectiva das trajetórias de aprendizagem, da teoria da aprendizagem significativa e da aprendizagem experiencial. Devido ao fato de não haver laboratórios tradicionais em algumas escolas e até às recomendações atuais de não aglomeração de pessoas motivadas pela pandemia causada pelo Coronavírus Disease 2019 (COVID-19), os laboratórios virtuais podem ser usados como alternativa para a realização de aulas práticas. Além disso, há alunos que estudam a disciplina de Física na modalidade de ensino a distância ou no modelo híbrido que não têm possibilidade de realizar aulas experimentais em laboratórios reais. Neste contexto, avaliar este tipo de recurso de aprendizagem que permite ultrapassar algumas barreiras referentes à questão de tempo e lugar, é uma estratégia a ser considerada, pois para que ocorra a aprendizagem significativa uma das condições a ser levada em consideração é que os materiais sejam potencialmente significativos. É útil saber se um determinado laboratório virtual ou simulador tem as qualidades necessárias para situações de aprendizagem. Então, nesta tese desenvolveu-se o MAPHYSE (Model for Assessing Physics Simulators for Educational Purposes) – Modelo para Avaliação de Simuladores de Física para Fins Educacionais – o qual foi formado a partir de requisitos pedagógicos aplicados à Norma ISO/IEC 25010 (2011). Neste trabalho foi também projetado um simulador com fundamentação na teoria de aprendizagem multimídia e baseado no método de pesquisa para avanço da ciência e tecnologia - Design Science Research (DSR). Além disso, foi delineada uma estratégia que assegure a utilização desse recurso de aprendizagem e orienta o aluno nas suas atividades com questões que o norteiam na busca de sua aprendizagem em cada uma das etapas de exploração do mesmo. Dois simuladores (simulador da Lei de Stevin – desenvolvido no âmbito desta pesquisa) e (simulador Sob Pressão – do Projeto PhET da Universidade de Colorado) com os mesmos objetivos de aprendizagem foram avaliados com base no MAPHYSE por 3 professores e foram usados com dois grupos distintos de alunos para avaliar a aprendizagem. Para a análise dos resultados recorreu-se a estatística descritiva e teste de Mann-Whitney. As avaliações dos mesmos são altas e com notas bastante próximas. A partir da análise dos resultados, foi possível constatar os benefícios da avaliação de simuladores adequados funcionalmente e considerados satisfatórios sem restrições. Os resultados da aprendizagem dos grupos não apresentaram diferenças significativas e foram consideravelmente altos. Outros dois grupos simularam a distância e presencialmente, apresentando também bons resultados e sem diferença significativa entre eles.

This work studied the use of multimedia virtual laboratories as a learning resource of Physics within the perspective of learning trajectories, the theory of meaningful learning and experiential learning. Due to the fact that there are no traditional laboratories in some schools and even the current recommendations of non-agglomeration of people motivated by the pandemic caused by Coronavirus Disease 2019 (COVID-19), virtual laboratories can be used as an alternative to conduct practical classes. In addition, there are students who study the discipline of Physics in the modality of distance learning or in the hybrid model who are not able to perform experimental classes in real laboratories. In this context, evaluating this type of learning resource that allows overcoming some barriers related to the question of time and place is a strategy to be considered, because for significant learning one of the conditions to be taken into account is that the materials are potentially significant. It is useful to know if a particular virtual lab or simulator has the qualities necessary for learning situations. Then, in this thesis, MAPHYSE was developed - Model for Assessing Physics Simulators for Educational Purposes - which was formed from pedagogical requirements applied to ISO/IEC 25010 (2011). In this work was also designed a simulator based on multimedia learning theory and based on the research method for advancement of science and technology - Design Science Research (DSR). In addition, a strategy was designed to ensure the use of this learning resource and guides the student in his/her activities with questions that guide him/her in the search for their learning in each of the stages of its exploration. Two simulators (Stevin's Law simulator – developed under this research) and (Simulator Under Pressure – of the PhET Project of the University of Colorado) with the same learning objectives were evaluated based on MAPHYSE by 3 teachers and were used with two distinct groups of students to evaluate learning. Descriptive statistics and Mann-Whitney test were used for the analysis of the results. Their ratings are high and with very close grades. From the analysis of the results, it was possible to verify the benefits of the evaluation of functionally appropriate simulators and considered satisfactory without restrictions. The learning results of the groups did not present significant differences and was considerably high. Two other groups that simulated the distance and in person also obtained good results and no difference dignified between them.