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1 Introdução
O uso das TIC não é mais visto como apenas acessório na ação de educar, pois, segundo o MEC, “é indiscutível a necessidade crescente do uso de computadores pelos alunos como instrumento de aprendizagem, para que possam estar atualizados em relação às TIC e se instrumentalizem para as demandas sociais presentes e futuras” (BRASIL, 1997, p. 67). Nos últimos anos, o tópico da integração curricular das TIC tem sido objeto de inúmeras experiências pedagógicas, projetos de intervenção e/ou investigação de pequena ou larga escala, constituindo, ao mesmo tempo, “um enorme desafio para as políticas educacionais em diversos contextos de decisão, a começar pela esfera de ação dos decisores e reformadores curriculares” (VANDERLINDE; VAN BRAAK, 2011; AESAERT et al., 2013).
Sem dúvida, os avanços tecnológicos estão mais presentes na sociedade, sendo notória a rapidez com que as pessoas se tornam dependentes de algum tipo de tecnologia, para uso pessoal, entretenimento, ou para fins profissionais, científicos e educacionais. Dentre as tecnologias que mais se destacam, estão os dispositivos móveis, como smartphones, tablets e notebooks.
Aproveitando essas características, o sistema educacional tem buscado a inserção destes dispositivos para promover e potencializar o aprendizado dos conteúdos, influenciando na formação educacional e profissional dos alunos. O diálogo que se estabelece entre o homem e a máquina, o qual chamamos de interação (LEMOS, 2010), possibilita nas simulações um novo patamar de interatividade para o usuário, ou seja, maior ação e controle sobre o ambiente que está sendo explorado. Os avanços na área da computação abriram novas perspectivas e possibilidades, tornando viável seu uso para o ensino, as quais permitem reproduzir conceitos físicos que necessitariam de modelos mais complexos para compreensão no mundo real. Estas novas possibilidades sugerem interações mais complexas entre alunos e conteúdos, trabalhados de forma digital. A interatividade, segundo Jensen (1998), indica a potencialidade do aparato permitir a interação entre o homem e a máquina, ou a possibilidade de o usuário exercer no ambiente influência sobre seu conteúdo e a forma como a comunicação está sendo mediada. Para Piaget (1978), o conceito de interação considera a relação entre indivíduos e os processos complexos de trocas e significações. Sendo assim, os diversos modos de utilização do computador no ensino permitiram a diversificação de estratégias didáticas por parte do professor, que dispõe de vasta gama de recursos tecnológicos para mediar o conhecimento, utilizando meios interativos para potencializar seu aprendizado.
Fiolhais e Trindade (2003) apresentam as principais modalidades de utilização do computador no ensino da Ciência e da Física em particular, sendo elas: Aquisição de dados; Modelagem e simulação; Materiais multimídia; Realidade virtual; e internet. Cabe ressaltar que essas modalidades não são as únicas. Outras possibilidades foram aparecendo durante os anos e uma das que se apresenta, atualmente, é o Mundo Virtual Tridimencional (MV3D), que se “materializa” pela criação de representações gráficas em 3D do mundo físico real, necessitando diretamente da ação humana através das combinações realizadas no viver e no conviver e do estabelecimento de relações entre os Avatares e o mundo virtual.
Com a origem dos MV3D, é possível criar “novos corpos”, corpos estes “tecnologizados” ou “corpos digitais virtuais”, que podem estar “aqui” e “lá” ao mesmo tempo; esse parâmetro condiciona novas realidades, experiências e sensações a esses corpos digitais. Segundo Schlemmer (2008), a presença, ou o estar presente, não se limita apenas à presença física, imposta pela condição de um corpo físico. Os mundos virtuais, segundo Lévy (1999), possuem duas características distintas, sendo elas: a imersão, que possibilita ao sujeito uma representação e uma interação com os usuários e com o meio, onde suas ações afetam diretamente o ambiente; a navegação, que ocorre quando o mundo orienta os passos do indivíduo.
Para Schlemmer (2004), o MV3D pode reproduzir de forma semelhante ou fiel o mundo físico real, podendo ser uma criação diferenciada, desenvolvida a partir de representações imaginárias, simulando espaços não-físicos para convivência digital virtual. Segundo o autor, “esses mundos” podem ter leis próprias, nos quais se pode usar todo o poder de invenção e criatividade, pois os habitantes não estão presos a regras físicas. Uma das características fundamentais dos MV3D é a de serem sistemas dinâmicos, que se modificam em tempo real, à medida que os sujeitos interagem com ele. Essa interação ocorre em menor ou maior grau dependendo da interface adotada, pois os mundos virtuais são povoados por meio de avatares, ou por “humanos virtuais”. Enquanto nos tradicionais meios digitais virtuais o acesso à informação ocorre por intermédio de um browser, com a interface baseada em um ambiente bidimensional de textos, imagens estáticas, em um Metaverso a navegação ocorre em ambiente tridimensional, dinâmico, sem a perda do acesso a esses mesmos recursos. Segundo o autor, Metaverso tem caráter real, pois se trata de uma ampliação do espaço real do mundo físico dentro de um espaço virtual na internet. Lemos (2010) caracteriza os Metaverso como sendo
a encarnação tecnológica do velho sonho de criação de um mundo paralelo, de uma memória coletiva, do imaginário, dos mitos e símbolos que perseguem o homem desde os tempos ancestrais, e se “materializa” na criação de MV3D, onde os sujeitos, representados por avatares experimentam a imersão, por meio da telepresença, interagindo e criando diferentes espaços representados em 3D para o viver e conviver, propiciando o surgimento de “mundos paralelos” (LEMOS, 2010, p. 138).
Assim como o termo Metaverso, Neal Stephenson (1992) foi criador do termo “Avatar”, que designa a representação de um humano no ciberespaço. Avatar é um
termo Hindu utilizado para descrever uma manifestação corporal de um ser imortal, ou uma manifestação neste mundo de um ser pertencente a um mundo paralelo. Deriva do sânscrito Avatãra, que significa "descida". No contexto tecnológico, o termo se refere a uma representação gráfica de um sujeito em um Mundo Virtual (SCHELEMMER; TREIN, 2008, p. 04).
No contexto do MV3D, Avatar é o termo usado para nomear a representação gráfica de um sujeito no mundo virtual. De acordo com a tecnologia, pode variar desde uma simples imagem até um sofisticado modelo em 3D, pré-definido ou totalmente customizado. O Avatar pode ser uma simulação da aparência do corpo físico real ou ser fruto da imaginação, da criatividade de seu criador, o que possibilitará originar-se uma nova identidade. A personalização do Avatar aumenta significativamente o grau de “realismo”, influenciando diretamente na imersão do usuário, por meio do qual o mesmo poderá desenvolver um sentimento de pertencimento ao mundo. Nos Metaversos, as regras, padrões, formas e parâmetros são definidos pelos sujeitos que vivem e convivem nesses espaços. A interação nesse ambiente pode ocorrer de forma síncrona ou assíncrona.
Segundo Crisp (2012), os mundos virtuais são capazes de criar ambientes de aprendizado e de avaliação; utilizá-los como nova ferramenta de auxílio à construção do conhecimento pode ser muito positivo, porém, por si só, não promovem a aprendizagem. Segundo Vygotsky (1999), a aprendizagem acontece por meio da interação do sujeito com o objeto de conhecimento e com outros sujeitos, caracterizando a interação como um dos elementos para o processo de ensino e aprendizagem, e isso é possível no MV3D através da criação de um Avatar. Porém, é preciso levar em consideração que o simples fato de utilizar o MV3D no contexto educacional, não significa uma “inovação”. Inova-se à medida que os professores se apropriam das tecnologias presentes nos mundos virtuais, compreendendo sua natureza específica, a fim de criar novas metodologias, novas práticas e processos de mediação pedagógicas, de acordo com as potencialidades que o MV3D oferece para o processo de ensino e aprendizagem dos conceitos científicos.
A fim de criarmos estruturas para o desenvolvimento e aplicação dos MV3D na área de EF, desenvolvemos uma Revisão Sistemática de Literatura (RSL) em periódicos nacionais (serão destacados abaixo), nos últimos doze anos. Além deste, destacamos os seguintes objetivos a serem alcançados:
2 A Revisão Sistemática da Literatura (RSL)
A RSL está norteada por quatro questões de pesquisa, que englobam a utilização do MV3D para o EF sob a perspectiva dos tópicos de aprendizagem abordados, suas formas de aplicação e métodos de avaliação do ensino e aprendizagem. Kitchenham et al. (2010) afirmam que a metodologia recomendada para agregar estudos empíricos é uma RSL. Para atingir o propósito da RSL, este trabalho foi desenvolvido através de uma pesquisa exploratória, com vista a realizar um estudo por meio da coleta de teses e dissertações publicadas na Biblioteca Digital Brasileira de Teses e Dissertações (BDTD), assim como artigos publicados em periódicos nacionais, entre o período de 2008 a 2020. Cabe destacar que durante a pesquisa foram analisados os resultados dos trabalhos selecionados, utilizando a técnica de Análise de Conteúdo (AC), de acordo com Bardin (1977), levando em conta as considerações e conclusões feitas por diversos autores acerca da construção e utilização do MV3D no EF. O procedimento de RSL é organizado nas fases de definição, execução e análise, conforme descrito no Quadro 1 a seguir:
Quadro 1 Fases da RSL
| Primeira Fase | Segunda Fase | Terceira Fase |
|---|---|---|
| Fase de Definição | Fase de Execução | Fase de Análise |
| Definição de um protocolo para a revisão, determinando as questões de pesquisa. | A revisão do protocolo é aplicada para pesquisar e identificar estudos relevantes. | Os trabalhos selecionados são analisados e os dados são extraídos para responder às questões de pesquisa. |
| Elaboração dos critérios de inclusão e exclusão de trabalhos. | Seleção de trabalhos considerando os critérios de inclusão e exclusão. | |
| Escolha das fontes para extração dos dados. | ||
| Elaboração da string de pesquisa. |
Fonte: Elaboração Própria (Adaptado por Kitchenham).
3 Definição das Questões de Pesquisa (QP) da RSL
Definição das questões de pesquisa para estudo:
QP1: Quais são os conteúdos de Física abordados com a utilização de MV3D?
QP2: Como têm sido abordados os conteúdos que utilizam MV3D no EF?
QP3: Como tem sido avaliada a utilização do MV3D no Ensino de Física?
QP4: Qual o período cronológico das publicações?
De acordo com o objetivo e as questões de pesquisa, foram definidos critérios para a seleção de estudos relevantes, contidos no Quadro 2.
Quadro 2 Critérios de Seleção
| Critérios de Inclusão | Critérios de Exclusão |
|---|---|
| A pesquisa aborda a temática de Mundos Virtuais no âmbito do Ensino de Física. | O texto completo da pesquisa não está disponível; A pesquisa não está situada ou não possui foco no âmbito do Ensino de Física, sendo direcionada a outras áreas. |
| A pesquisa aborda o processo de desenvolvimento, aplicação, utilização ou análise/avaliação de Mundos Virtuais no âmbito do Ensino de Física. | A pesquisa traz conceitos diferentes de Mundos Virtuais, como comunidades virtuais ou redes sociais, ou utiliza os termos da string de busca somente como referência. |
| A pesquisa considera os Mundos Virtuais como ambientes tridimensionais representativos do mundo real. | O estudo centra-se apenas em aspectos teóricos e filosóficos (sem definição de técnica, aplicação e / ou metodologia). |
| O estudo foi publicado entre 2008 e 2020. | O estudo encontra-se fora do período de análise definido. |
Fonte: Elaboração Própria (2022)
Definidos os critérios de inclusão e exclusão para a seleção de estudos relevantes, a fonte de pesquisa, bem como a string de busca foi montada, conforme apresentado na seção a seguir.
4 Fonte de pesquisa e string de busca
A coleta dos artigos, teses e dissertações foi realizada por meio dos Mecanismos de Busca Acadêmicos (MBA). Segundo Bunchingher, Cavalcanti & Hounsel (2014, p. 109), o “MBA” é a composição de site, motor de busca, recursos de interface e conjunto de bases de dados que cobrem determinada área do conhecimento, visando a facilitar a identificação de materiais específicos e relevantes. Os MBA consolidaram as pesquisas por informações na internet, sendo, atualmente, os principais meios para alcançar fontes científicas, facilitando o acesso às publicações científicas, com possibilidade de uso em diversos filtros de ajuda.
Nesse sentido, foram utilizados os MBA presentes nos seguintes periódicos/repositórios: BDTD; Caderno Brasileiro de Ensino de Física (CBEF); Revista Brasileira de Ensino de Física (RBEF); Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia (ENCITEC); Revista Educação Temática Digital (ETD); Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia (RBECT); Revista Brasileira de Informática na Educação (RBIE); Revista Novas Tecnologias na Educação (RENOTE). A escolha dos periódicos científicos e repositórios, citados anteriormente, leva em consideração suas características individuais na área de Ensino de Física/Ensino de Ciências.
Para construir a cadeia de pesquisa, primeiro identificamos os conceitos centrais deste trabalho: MV3D; Física; Ensino de Física, Aprendizagem, Educação e Realidade Aumentada (RA). Utilizando os conceitos centrais, a string de busca foi construída de forma genérica: no primeiro momento, utilizou-se “Mundo Virtual” AND “Ensino de Física”; em um segundo momento, “Realidade Aumentada” AND “Ensino de Física”. Com base na string de pesquisa, as mesmas foram personalizadas de acordo com a sintaxe específica de cada um dos MBA.
5 Execução da revisão
Na primeira etapa (Etapa 1), buscamos os textos nos periódicos previamente selecionados. Como resultado inicial, foram encontrados um total de 205 trabalhos, entre artigos, teses e dissertações. Os números específicos de trabalhos para cada banco de dados são mostrados na tabela 1, bem como os Gráficos para as etapas de pesquisa realizadas na primeira busca conforme string de pesquisa:
Tabela 1 Banco de Dados
| MBA | Etapa 1 | Etapa 2 | Etapa 3 |
|---|---|---|---|
| BDTD | 120 | 18 | 8 |
| CBEF | 28 | 6 | 0 |
| ENCITEC | 2 | 1 | 1 |
| ETD | 8 | 3 | 0 |
| RBECT | 20 | 10 | 1 |
| RBEF | 0 | 0 | 0 |
| RBIE | 1 | 1 | 1 |
| RENOTE | 26 | 16 | 5 |
| Total | 205 | 55 | 16 |
Fonte: Elaboração Própria (2022)
A segunda etapa da pesquisa consistiu-se na análise dos artigos, teses e dissertações selecionados na Etapa 1, na qual os critérios de inclusão e exclusão foram aplicados para definir os trabalhos a serem utilizados para a análise da RSL. Esta Etapa 2 consiste em ler os títulos, resumos e palavras-chave dos 205 trabalhos encontrados na Etapa 1, resultando em 55 trabalhos incluídos e 150 excluídos.
Finalmente, na terceira etapa, foi realizada uma leitura completa dos 55 trabalhos selecionados na Etapa 2, e então, os critérios de inclusão e exclusão foram novamente aplicados. Ao final, 39 trabalhos foram excluídos e 16 trabalhos foram considerados para análise de dados, conforme apresentado no Quadro 3.
Quadro 3 Trabalhos selecionados na Etapa 3 da RSL
| Título | Autor(es)/PAC |
|---|---|
| Mundos virtuais na educação: a Interatividade em Simulações de Fenômenos Físicos. | Greis (2012)/BDTD |
| LEO3D: Ambiente digital multididático para o ensino de óptica geométrica. | Salvo (2018)/BDTD |
| A realidade virtual e aumentada dedicada ao processo ensino-aprendizagem de física: socialização das concepções e validação do aplicativo RVA_360 - Momento Angular. | França e Silva (2020)/RBECT |
| Virtual, Real ou Surreal? A Física do Second Life. | Santos (2008)/RENOTE |
| Um simulador educacional para disciplina de física em mundos virtuais. | Greis e Reategui (2010)/RENOTE |
| O uso da realidade aumentada no ensino de física. | Sousa (2015)/BDTD |
| O ensino da física através de analogias com variantes do jogo de xadrez: Potencializado com realidade aumentada. | Matos (2017)/BDTD |
| A formação de conceitos científicos em física: Uma proposta de ensino delineada pela teoria das ações mentais utilizando realidade aumentada. | Perrone (2018)/BDTD |
| O potencial da realidade virtual e aumentada na concepção de objetos de visualização para a aprendizagem de física. | França (2019)/BDTD |
| Simulações computacionais 3D como ferramenta de apoio ao ensino de física. | Saib (2018)/BDTD |
| Recursos Educacionais em Realidade Aumentada para o Desenvolvimento da Habilidade de Visualização Espacial em Física. | Herpich (2019)/BDTD |
| Lançamento horizontal com realidade virtual: Jogo educativo para smartphones desenvolvido por estudantes da educação profissional. | Melendez et al. (2019)/ENCITEC |
| Ferramenta de Apoio ao ensino de Física utilizando Realidade Aumentada | Viegas et al. (2012)/RBIE |
| Realidade Aumentada Aplicada ao Ensino e Aprendizagem do Campo Magnético de um Ímã em Forma de Ferradura. | Ribeiro, et al. (2013)/RENOTE |
| Desenvolvimento, utilização e avaliação da realidade aumentada em aulas de física. | Dernardin e Manzano (2017)/RENOTE |
| Estudo exploratório sobre realidade aumentada e laboratório remoto no ensino de física. | Nicolete et al. (2019)/RENOTE |
Fonte: Elaboração Própria (2022)
Para melhor detalhamento, o Figura 1 apresenta os trabalhos selecionados nos respectivos periódicos durante a Etapa 1, Etapa 2 e Etapa 3.
Fonte: Elaboração Própria (2022)
Figura 1 Trabalhos encontrados nos periódicos selecionados durante a Etapa 1, Etapa 2 e Etapa 3
Após a seleção final, as teses, dissertações e artigos foram analisados e os dados extraídos, visando a responder às questões de pesquisa QP1, QP2, QP3 e QP4, para, consequentemente, atingir o objetivo do estudo.
6 Extração dos Dados
Para organizar e facilitar o processo de análise dos dados da RSL, foi construído o Quadro 4, selecionando os respectivos dados para serem extraídos de cada trabalho.
Quadro 4 Processo de Análise dos Dados
| Questão de Pesquisa (QP) | Dados para Extração (DE) | Descrição |
|---|---|---|
| QP1: Quais são os conteúdos de Física abordados com a utilização de MV3D? | Referências | Referência do Estudo. |
| Conteúdos de Ensino de Física |
Tópicos/temas/conteúdos de ensino na área de Física | |
| QP2: Como têm sido desenvolvidos os conteúdos nos trabalhos que utilizam MV3D no ensino de Física? | Metodologia | Metodologia para utilização do MV3D no ensino de Física. |
| Teorias Educacionais |
Teorias da educação que fornecem aprendizado utilizando TIC. | |
| Recurso digital | Quais recursos digitais foram utilizados. | |
| QP3: Como tem sido avaliada a utilização do MV3D no Ensino de Física? | Público-alvo | Público-alvo selecionado para validação ou avaliação. |
| Instrumento de coleta de dados | Instrumentos utilizados para coletar dados de avaliação. | |
| Resultados principais | Síntese dos principais resultados obtidos na avaliação do estudo. | |
| QP4: Qual o período cronológico das publicações dos trabalhos? | Faixa cronológica. | Período em anos das publicações. |
Fonte: Elaboração Própria (2022)
No Quadro 5, acima, constam as descrições de cada Dado para Extração (DE). Cabe ressaltar que os DE considerados devem estar explícitos nos trabalhos, visando ao detalhamento completo da pesquisa.
7 Análise e discussão dos resultados
Nesta seção, passamos para a análise e as discussões dos dados para cada Questão de Pesquisa. Com o intuito de facilitar a compreensão, serão abordados separadamente as QP1, QP2, QP3 e QP4.
7.1 QP1) Quais são os conteúdos de Física abordados com a utilização de MV3D?
Para responder essa questão, foi identificado o conteúdo conceitual abordado em cada estudo selecionado na Etapa 3. O quadro a seguir apresenta os conteúdos conceituais abordados em cada trabalho.
Quadro 5 Composição de conteúdos conceituais
| Conteúdo | Autores | Descrição |
|---|---|---|
| Campo Elétrico | Denardin e Manzano (2017). |
Sequência didática com uso de RA. |
| Campo Magnético | Ribeiro, et al. (2013). | Simulação experimental com uso da RA. |
| Circuitos Elétricos | Nicolete, et al. (2019). | Desenvolvimento de um Laboratório Remoto Aumentado e um Laboratório Virtual de RA. |
| Colisões | Greis (2012). | Desenvolvimento de um simulador virtual através de Second Life. |
| Greis & Reategui (2010). | Apresentação da possibilidade de utilização de um simulador social como recurso pedagógico. | |
| Corrente Elétrica | Sousa (2015). | Desenvolvimento de um simulador RA para o ensino de Física. |
| Força Gravitacional, Conservação de Energia e Entropia |
Matos (2017). | Desenvolvimento de um produto educacional em RA. |
| Lançamento Horizontal | Melendez et al. (2019). | Desenvolvimento de um jogo educativo em RA. |
| Leis de Newton | Santos (2008). | Atividades Experimentais das Leis da Física através do Mundo Virtual Second Life. |
| Mecânica e energia | Viegas et al. (2012). | Construção de uma ferramenta de apoio ao ensino de Física utilizando RA. |
| Mecânica, Hidrostática e Calorimetria | Herpich (2019). | Experiências educacionais através do uso da RA em dispositivos móveis. |
| Mecânica Vetorial | Saib (2018). | Sequência didática com integração de simulações computacionais 3D. |
| Momento Angular | França (2019). | Elaboração de um recurso digital gerado com RV e RA imersiva. |
| França e Silva (2020). | Criação de um software educativo RVA_360. | |
| Cinemática | Perrone (2018). | Sequência didática que utiliza a RA como recurso computacional para o ensino de Física. |
| Óptica geométrica | Salvo (2018). | Construção e desenvolvimento de um Jogo Educacional Digital Leo3D. |
A seguir, são apresentados um detalhamento e uma discussão mais aprofundados dos conceitos físicos abordados em cada trabalho.
Santos (2008) descreve as leis de Newton no mundo virtual do Second Life (SL); o autor aborda a mecânica newtoniana e as leis do movimento. Enquanto várias grandezas físicas — tais como tempo, comprimento e ângulo — têm seus correspondentes físicos no mundo real, no SL, porém, certas grandezas físicas apresentam definição bem diferente das da Física Newtoniana no mundo real, como Massa, Aceleração, Atrito e Energia.
França e Silva (2020), durante a pesquisa, abordaram o conceito de momento angular; sua escolha levou em consideração as dificuldades de aprendizagem relatadas em diversos artigos na área do EF básica. Durante o trabalho, apresenta-se uma revisão de conceitos físicos sobre a segunda lei de Newton, bem como uma abordagem detalhada sobre veículos de duas rodas, sendo estes os objetos de visualização gerados e adotados como foco principal de ensino-aprendizagem.
Em Greis (2012), o autor aborda os conceitos de conservação do momento linear. No modelo proposto na pesquisa, é considerado apenas o choque unidimensional entre dois veículos, onde dois corpos de massa e velocidade indicados pelo aluno colidem em uma mesma direção.
Salvo (2018) trabalhou com conteúdos de óptica geométrica sobre propagação da luz e formação de sombras: a reflexão, a refração, a dispersão e os espelhos planos e esféricos. Utilizaram-se os preceitos da aprendizagem significativa, segundo a qual o novo conceito se beneficiará dos subsunçores já presentes na estrutura cognitiva do aprendiz. Dessa forma, os Laboratórios Didáticos Virtuais (LDV) foram pensados e modelados utilizando objetos presentes no dia a dia — espelhos, lanternas, cubos, entre outros — apresentando situações presentes no mundo real que possibilitam ao estudante interações conduzindo a uma aprendizagem ativa, construtiva, cooperativa, autêntica e intencional.
Em Greis e Reategui (2010), ocorreu a construção de um simulador educacional desenvolvido para a disciplina de Física. O mesmo foi criado em um mundo virtual (SL), destinado ao ensino e aprendizagem do fenômeno físico da colisão entre dois corpos. Este modelo possibilita que o aluno defina os valores das variáveis envolvidas na simulação: velocidade inicial e massa de ambos os corpos, além do coeficiente de elasticidade.
Souza (2015) abordou o conceito físico de condução elétrica, considerando o fato da criação de um objeto virtual, o qual compreende o segmento de um fio condutor, quando se pode observar os íons fixos que compõem a estrutura cristalina, bem como os elétrons livres. Além disso, torna-se possível alterar parâmetros, como velocidade de animação, para observar a magnitude térmica em comparação com a velocidade de migração e a intensidade do campo elétrico.
Matos (2017) teve como objetivo facilitar as regras dos jogos de xadrez e ensinar os conceitos físicos de força gravitacional, conservação de energia e entropia. Segundo o autor, o jogo aplicado abordou o conceito de força gravitacional, por isso levou o nome “xadrez gravidade”. A cada movimento de uma peça, as ações que simulam a força gravitacional acontecem no jogo. Num segundo momento, abordou o conceito de conservação de energia. Segundo o autor, os fenômenos naturais são irreversíveis exatamente por se realizarem sempre no sentido de estados ordenados para estados desordenados. Aumentando a desordem, aumenta a indisponibilidade da energia do sistema, aumentando sua entropia. O jogo — denominado xadrez entropia — procura auxiliar professores e alunos no entendimento dos conceitos de irreversibilidade, desordem e energia degradada.
Perrone (2018) explorou definições da mecânica, em particular o MRU, o MRUV e o movimento periódico. O autor busca proporcionar aos alunos a interação com o objeto de pesquisa e sua visualização para definições de grandezas físicas, tais como: velocidade; força; massa; período.
França (2019) tem como foco principal o ensino e a aprendizagem do conceito de momento angular. Primeiramente, é apresentado um tutorial descrevendo as grandezas físicas que envolvem manobras com veículos de duas rodas, abordando uma revisão da segunda lei de Newton. Na sequência, o autor propõe questões práticas sobre o conteúdo já citado.
Saib (2018), em seu trabalho, introduz os conceitos de vetores, desenvolvendo uma simulação que permite ao aluno visualizar os vetores posição, deslocamento, velocidade e aceleração, além de suas respectivas componentes.
Herpich (2019), durante sua pesquisa, desenvolveu experiências educacionais através do uso do aplicativo avatAR UFRGS em dispositivos móveis, abordando conceitos físicos, como: Mecânica; Hidrostática; Calorimetria; Eletromagnetismo e Ondas. Ao acessar o aplicativo, tem-se acesso a diversos recursos educacionais, onde ocorre a visualização de fenômenos físicos micro e macroscópicos.
Melendez et al. (2019) trabalharam com o conteúdo de lançamento bidimensional. A escolha deste tema levou em consideração sua ocorrência natural em vários fenômenos cotidianos e as dificuldades na aprendizagem. Desenvolveu-se uma simulação que possibilitou inserir um comando para variação de velocidade inicial de lançamento; dessa forma, pode-se compreender a atuação das forças de atração gravitacional e de resistência do ar, as quais interferem diretamente no movimento do objeto lançado.
Viegas et al. (2012) apresentam uma ferramenta de apoio ao EF, utilizando os conceitos de: colisão elástica para exemplificar a lei de conservação do movimento; lançamento vertical e queda livre, utilizando esferas, com velocidades de lançamento diferentes, a fim de simular as transformações de energia; MRUV e decomposição de forças, exemplificados na descida de um bloco sobre um plano inclinado; pêndulo simples, ocorreu a simulação do movimento harmônico simples, a fim de obter a amplitude e o período do pêndulo para diferentes tamanhos do fio.
Ribeiro et al. (2013) apresentam, em seu trabalho, uma proposta de ensino e aprendizagem de campo magnético; para isso, utilizou-se um ímã em forma de ferradura, onde pode ser visualizada e simulada a representação das linhas de campo magnético uniforme em três dimensões.
Denardin e Manzano (2017) abordaram, em seu trabalho, os conceitos de Campo Elétrico e Linhas de Campo; neste estudo, analisou-se o uso de elementos de RA, incorporando aspectos físicos relacionados à blindagem eletrostática.
Nicolete et al. (2019) apresentam, em sua pesquisa, o uso de recursos tecnológicos para o ensino de circuitos elétricos. Os recursos desenvolvidos foram utilizados como apoio para ensino de conceitos básicos de eletricidade e associação de resistores, sendo possível observar os diferentes comportamentos luminosos das lâmpadas e o comportamento da corrente elétrica nos circuitos em série e em paralelo.
De acordo com o Quadro 5, e classificados os conteúdos utilizados no desenvolvimento dos trabalhos nas grandes áreas da Física, é possível caracterizar a construção e mapear as áreas mais e menos favorecidas. O Figura 2, a seguir, descreve o número de trabalhos por área.
Podemos verificar, assim, uma forte concentração de trabalhos de Mecânica. Aqui, faz sentido especularmos sobre esse importante resultado. É de conhecimento da área de EF, tanto por docentes como por especialistas, a grande ênfase dada para o estudo da mecânica. Diversos são os trabalhos que mostram concentração específica nessa grande área de EF, somado ao longo período de estudos na educação básica. Como podíamos imaginar, este trabalho traz resultados que não destoam dos outros. Uma massiva concentração e uma ausência considerável de trabalhos em outras temáticas, abrindo espaços para o desenvolvimento de recursos e trabalhos nessas áreas, sendo um desdobramento claro aos resultados apontados aqui neste artigo.
7.2 QP2) Como têm sido abordados os conteúdos nos trabalhos que utilizam MV3D no ensino de Física?
Dos 16 trabalhos selecionados para análise e interpretação, oito (8) foram publicados na BDTD, um na (1) ENCITEC, um na (1) RBECT, um na (1) RBIE, e cinco (5) foram publicados na RENOTE. O tema de MRU e MRUV foi aplicado em dois trabalhos diferentes: Perrone (2018) e Seib (2018); os mesmos desenvolveram uma sequência didática que permite a integração de simulações 3D como recurso computacional para o EF. Os temas Mecânica, Hidrostática, Calorimetria, Herpich (2019), Campo Magnético, Ribeiro et al. (2013) e Campo Elétrico e Linhas de Campo, Denardin e Manzano (2017), também fazem uso e aplicação de atividades didáticas no ensino de Física através de simuladores 3D. Os demais conteúdos tiveram como objetivo a construção e desenvolvimento de um simulador ou recurso educacional 3D.
Nicolete et al. (2019) desenvolveram dois laboratórios online: um Laboratório Virtual de RA e um Laboratório Remoto Aumentado (LRA). O LRA foi criado a partir de um laboratório remoto já existente, disponibilizado pelo Laboratório de Experimentação Remota (Rexlab). O mesmo consiste em três circuitos elétricos simples, nos quais os alunos podem interagir conectando e desconectando as lâmpadas, observando diferentes comportamentos da corrente elétrica em circuitos. Este experimento demonstra, como a corrente elétrica percorre o circuito, mostrando a presença /ausência e intensidade por meio de animação e composição de cores. Os objetos 3D utilizados para a composição do LRA foram modelados por meio da ferramenta Unity 3D (2018), em linguagem de programa C#. A RA é integrada por meio do framework Vuforia, que, através de uma série de abstrações, possibilita a relação de marcadores, desenvolvidos em Unity. A comunicação bidirecional entre a RA e o hardware do laboratório remoto foi implementada através de um sistema de web sockets; para tanto, foi utilizada SocketIO, uma biblioteca Javascript/C#.
Greis e Reategui (2010) desenvolveram, em seu trabalho, um simulador educacional para a disciplina de Física, construído em um mundo virtual do Second Life. Este simulador é destinado ao ensino e aprendizagem do fenômeno físico da colisão entre dois corpos. A situação escolhida foi o choque de dois veículos que se locomovem sobre trilhos. A narrativa possibilita remeter os estudantes a um parque de diversões, no qual alunos e professores se reúnem para visualizar uma situação de colisão real. A construção dos veículos envolvidos na simulação permite que os alunos estejam no interior dos corpos que colidirão. Além da observação do fenômeno do interior do veículo, é possível que a colisão seja observada de diversos ângulos diferentes de fora do veículo, e repetidas vezes para a melhor compreensão do fenômeno físico. Segundo os autores, pode-se identificar que os ambientes virtuais favorecem a interatividade de alunos e professores envolvidos nos processos de simulação, auxiliando na compreensão dos conteúdos que estão sendo abordados. A imersão propiciada pelos avatares, dentro dos cenários tridimensionais, além das relações sociais que se estabelecem nesta mídia social, pode ser o motor que instiga alunos a um engajamento e dedicação maiores neste espaço virtual.
Sousa (2015) desenvolveu um objeto virtual simulado de RA para o EF abrangendo o conteúdo de corrente elétrica a partir do uso de software com modelagem 3D: Flux Studio da Media Machines, Vivaty Studio da Vivaty, Blender da Blender Foundation, 3 ds Max da Autoddesk e o VrmlPad da Parallelgraphics. O objeto virtual simulado desenvolvido representa o modelo clássico de Drude.
Santos (2008) aborda as Leis de Newton no mundo virtual do Second Life. Segundo o autor, este metaverso é possivelmente o ambiente virtual mais realista do mercado atual, pois os objetos dentro dele são controlados pelo software Havok™. Este potente software foi usado na realização de efeitos especiais em vários filmes, tais como Tróia (Troy), X-Men: O Confronto Final (X-Men: The Last Stand), Harry Potter e a Ordem da Fênix (Harry Potter and the Order of the Phoenix), entre outros (HAVOK, 2008). Em princípio, Havok implementa a mecânica newtoniana. O objetivo de seu projeto é proporcionar uma simulação que dê ao jogador um ambiente de jogo consistente para explorar.
Matos (2017) desenvolveu um produto educacional através de um jogo de Xadrez. Trata-se de “variantes do xadrez tradicional”, onde se utilizam regras do movimento de peça do xadrez, ampliadas com outras regras e conceitos físicos, entre eles Gravidade, Conservação de Energia e Entropia. O recurso de Realidade Aumentada que faz parte do produto educacional está presente na forma de códigos de leitura (QR CODE); esses marcadores podem ser acessados através de um smartphone com o aplicativo App Augment.
Melendez et al. (2019) criaram um objeto virtual de aprendizagem: um jogo de lançamento de projéteis direcionado para o EF. Para o desenvolvimento do jogo, utilizou-se o aplicativo Unity - uma das plataformas mais populares e completas para a criação de jogos digitais e disponível gratuitamente na versão Personal - com o efeito Low Poly (malha poligonal para computação gráfica tridimensional).
Viegas et al. (2012) apresentam uma ferramenta de apoio ao EF, abrangendo o conteúdo de mecânica e utilizando RA através do SudaRA. Consiste em um framework de suporte ao desenvolvimento de aplicações de RA, desenvolvido em C++ e baseado no ARToolKit.
França (2019) fornece o processo de criação e concepção de uma ferramenta computacional dedicada e pensada para o EF. O recurso digital, RVA_360 – Momento Angular, foi disponibilizado em duas versões de uso da RVA. Uma no modo imersivo, com o uso da plataforma Oculus Rift, e a outra no modo semi-imersivo, para diversas plataformas computacionais. Ainda no processo inicial de preparação para a criação da ferramenta, destaca-se a adoção da linguagem Virtual Reality Modeling Language (VRML). De forma mais detalhada e técnica, VRML é uma linguagem de programação de computadores bastante utilizada no âmbito da RVA, cujo objetivo é nortear a implementação computacional com a sua utilização para a produção de objetos de visualização. Os componentes feitos na linguagem VRML são totalmente compatíveis com a Unity 3D. Isso significa que é possível ter uma cidade montada com bibliotecas de componentes da plataforma e os avatares feitos em VRML. Esta ferramenta propõe a produção de objetos de visualização para o EF, que auxiliem a modelização e potencialização da habilidade de abstração e representação dos aprendizes.
Salvo (2018) desenvolveu um jogo educacional que utiliza os preceitos de mundos virtuais, laboratórios de simulação e jogos de entretenimento, explorando os conteúdos de óptica geométrica. Além da Unreal Engine, utilizada para o desenvolvimento do jogo proposto, outras ferramentas apoiaram o processo. Estas foram responsáveis pelas edições de imagens, sons, modelagem 3D, entre outras. Após a definição do ambiente de desenvolvimento (Unreal Engine), o trabalho apresenta as principais etapas realizadas para a criação do JED proposto. Ainda em relação aos conteúdos, notou-se grande variação de atividades voltadas para o EF.
7.2.1 A Unity
A Unity (também conhecida como Unity3D ou UnityEngine) é uma plataforma “motor de jogos”, baseada em um sistema versátil, objetivo e de fácil entendimento. Com ela é possível desenvolver jogos em duas ou três dimensões com diversos estilos de gráficos e mecânicas para várias plataformas diferentes.
Nos jogos 2D, a Unity permite a importação de sprites e um avançado renderizador de mundo 2D. Para jogos 3D, a Unity permite a especificação de compressão de textura, mipmaps e configurações de resolução para cada plataforma suportada pelo mecanismo de jogo, e fornece suporte para mapeamento de relevo, de reflexão e de paralaxe, oclusão de ambiente de espaço de tela, efeitos de pósprocessamento de renderização para textura e tela inteira.
A linguagem de programação usada na Unity é a C# e dentro da própria plataforma existem módulos para aprender a criar scripts em C#, explicando a sintaxe básica com variáveis, funções e classes. Além da C#, também é possível utilizar Boo e JavaScript, com complementos que podem ser comprados dentro da Unity.
7.3 QP3) Como tem sido avaliada a utilização do MV3D no ensino de Física?
Para responder essa questão, foram coletados os dados mencionados no Quadro 4 com os principais resultados em relação e utilização dos MV3D no EF.
Inicialmente, para caracterização dos trabalhos analisados, é interessante explicitar alguns dados sobre o público-alvo, o tipo de pesquisa e os instrumentos de coleta de dados utilizados nos trabalhos aqui analisados. As atividades de MV3D foram, na maioria dos artigos, aplicadas em turmas de Educação Básica, tanto no Ensino Médio quanto no Ensino Fundamental. Como instrumentos de coleta de dados, utilizaramse, na maioria dos textos, questionários e relatos dos sujeitos de pesquisa, caracterizando uma predominância de pesquisas de caráter qualitativo.
Referente às potencialidades no processo de ensino e aprendizagem, notou-se que as TIC promovem e despertam o interesse e o engajamento dos alunos, tornando o processo motivador na maioria dos trabalhos. Pode-se notar que as simulações construídas nos mundos virtuais agregam um elemento potencializador da construção do conhecimento sobre os conceitos físicos estudados. Segundo Greis (2012), ao utilizar Mundos Virtuais como um ambiente educacional, ganhamos a liberdade de construir através de cenários virtuais um ambiente verossímil, possível de ser vivenciado pelo aluno em qualquer momento.
Esta nova situação permite fornecer ao aluno um ambiente simulado, apresentando a condição de não apenas tratar de conceitos prontos sobre o conteúdo que será trabalhado, mas também promover a possibilidade de o aluno alcançar ou elaborar seus próprios pré-conceitos, estabelecer relações, testar hipóteses, “errar e acertar” de forma livre. Aqui vale ressaltar a competência do professor na aplicação das atividades, em relação à concepção teórica e metodológica do processo de ensino e aprendizagem. O professor, por ser o mediador da atividade educacional, deve escolher cuidadosamente e organizar situações colaborativas de aprendizagem que façam sentido e sejam relevantes para os alunos (MOREIRA, 2011).
Vale ressaltar algumas dificuldades no uso do MV3D, que ocorreram possivelmente por conta da falta de computadores, tablets, smartphones ou aparelhos com um bom potencial computacional, uma vez que é necessário que os mesmos comportem as configurações operacionais de acordo com as recomendações para uso adequado das simulações 3D:
Os problemas técnicos encontrados devido à tecnologia utilizada por alguns estudantes provocam frequentemente uma compreensão adversa sobre o que é falha do processo no ensino e da aprendizagem e do que é limitação do recurso tecnológico utilizado. Esta situação pode alterar a percepção, motivação e o engajamento do aluno nas atividades propostas. (NICOLETE, et al., 2019, p. 10)
Outro fator que tende a ser problemático quanto ao uso do MV3D está relacionado à necessidade de um acesso à internet com boa banda larga, o que demanda uma alta taxa de transferência de dados para o perfeito funcionamento do ambiente virtual. Cabe ressaltar que algumas simulações apresentadas nos trabalhos podem ser acessadas no modo off-line, porém isso restringe as potencialidades do uso e do aprendizado.
7.4 QP4) Qual o período cronológico das publicações dos trabalhos?
Percebemos que a aplicação de atividades utilizando MV3D vem aumentando durante os últimos anos. Ao analisarmos em diferentes intervalos, percebemos que no intervalo entre 2008 até 2016 (nove anos), foram publicados seis trabalhos; já no intervalo de 2017 a 2020 (quatro anos), foram publicados um total de dez trabalhos.
Tais dados formam um indício de interesse e potencialidades das tecnologias digitais no processo de ensino e aprendizagem de física. Esse interesse colabora com um dos focos na BNCC, que aborda o reconhecimento das potencialidades das tecnologias digitais para a realização de uma série de atividades relacionadas a todas as áreas do conhecimento. Entre as competências e habilidades definidas nesta etapa que o aluno deve desenvolver, destaca-se o uso de diversas ferramentas de software e aplicativos para compreender e produzir conteúdo em diversas mídias, simular fenômenos e processos das diferentes áreas do conhecimento (BRASIL, 2017).
8 Considerações Finais
Um ambiente educacional de aprendizagem parte do que é observado no mundo do aprendiz. Este ambiente deve servir para que o aluno estabeleça relações e significados, que o mesmo consiga propor hipóteses para novas situações que se apresentem durante sua vivência. Neste sentido, as TIC ampliam possibilidades para que o professor possa reproduzir situações reais dentro da sala de aula, gerando no aluno um papel ativo na sua aprendizagem, não se limitando apenas a absorver conteúdo ou informações de maneira abstrata. Uma condição necessária para a aprendizagem significativa pressupõe que as novas informações, desafios ou novidades, sejam relacionadas aos conhecimentos que os alunos já possuem, gerando possibilidades para que se construam novos conhecimentos.
O ambiente presente no MV3D oferece ao usuário um nível elevado de realismo, possibilitando vivenciar virtualmente situações complexas. Sua experiência educacional neste ambiente digital é real, assim como o contato com os objetos ou outros usuários que podem encontrar pelo caminho não linear presente na estrutura virtual. Assim, a aprendizagem pode ocorrer no momento em que há interação entre o sujeito, o meio, o ambiente, os objetos, as pessoas e a realidade, ou seja, tudo o que está inserido no contexto de vida do aprendiz. Esta interação sujeito/meio potencializa e condiciona a construção de estruturas mentais necessárias para solucionar os desafios ou situações com as quais o indivíduo terá contato.
A pesquisa desenvolvida traz à luz as suas contribuições para o engajamento de novos desenvolvedores e pesquisadores nas áreas de EF, bem como retrata um panorama da produção, utilização e criação de MV3D. Apesar do caráter exploratório desta pesquisa, a mesma tem por objetivo principal caracterizar as produções da área, relacionados ao tema já destacado.
“O professor, por ser o mediador da atividade educacional, deve escolher cuidadosamente e organizar situações colaborativas de aprendizagem que façam sentido e sejam relevantes para os alunos” (MOREIRA, 2011, p. 11). Mesmo que o recurso do MV3D torne-se um aliado do professor, o mesmo deve preparar-se para mediar a construção do conhecimento e a interação dos alunos.
Além da formação do professor, é importante que os MV3D possuam interfaces criativas, oportunizando ao aluno, simular e criar novos experimentos, fazendo uso dos mecanismos externos necessários para mediação e comunicação, por meio de atividades reais e virtuais. Assim, os métodos de ensino, quando utilizados para o aprendizado, devem ser devidamente planejados e se necessário replanejados.
“Fazer uso das mais diversas tecnologias existentes hoje na educação é um passo para o desenvolvimento das práticas pedagógicas e sua eficácia no desenvolvimento cognitivo, preparando seres humanos capazes de resolver problemas atuais com criatividade e independência científica” (PERRONE, 2018, p. 93).
Quando os recursos da tecnologia tridimensional são utilizados de maneira adequada, os mesmos permitem reproduzir com qualidade os ambientes reais em um mundo virtual. Esta possibilidade traz para o processo de ensino e aprendizagem a capacidade do aluno relacionar o conteúdo da simulação com experiências já vivenciadas (GREIS; REATEGUI, 2010), possibilitando a diversão e o entusiasmo pelo novo durante a prática educativa.
Estas experiências com simulações computacionais são mais intensas e significativas para o aluno do que o modelo descritivo que simplesmente demonstra o fenômeno, suas interações através do ambiente simulado despertam um maior interesse e engajamento nas atividades propostas na disciplina, tendo como principal função a melhoria do processo ensino/aprendizagem como um todo. A interatividade e imersão propiciados pelo ambiente virtual proporcionaram um maior nível de engajamento aos alunos envolvidos na pesquisa (GREIS, 2012).
Outro fator que pode identificar a ampliação do engajamento do aluno nos modelos de simulação produzidos em mundos virtuais é através da imersão condicionada pela representação virtual destes no ambiente. Os mecanismos de controle do personagem virtual - o avatar - possibilitam uma quase presença do aluno dentro da simulação. Este sentido de telepresença amplia a experiência do aluno na interação com o modelo de simulação e principalmente com os conteúdos que estão sendo trabalhados (LÉVY, 1996).
A inserção dos MV3D no contexto educacional torna-se ferramenta potencializadora no processo de ensino e aprendizagem. Sua utilização na educação é uma alternativa, um complemento para as atividades no EF, principalmente a conteúdos que apresentam fenômenos e conceitos abstratos. O uso das TIC no ensino é uma alternativa de enriquecimento didático, entre o professor e o aluno, que vai além da oralidade, da escrita e dos habituais livros-textos (SOUZA, 2015). Sua aplicação deve ser estimulada, para que todos os indivíduos, sendo eles: professores ou alunos, sejam envolvidos, e façam parte do processo de ensino e aprendizagem.
