Sobre

Descrição do produto: o software fundamenta-se nos princípios programáticos da Teoria da Aprendizagem Significativa proposta pelo psicólogo educacional David P. Ausubel, e utiliza-se da tecnologia de Realidade Aumentada como forma de tornar o tópico Orbitais Atômicos menos abstrato e mais próximo da realidade do usuário, com intuito de propiciar a construção de uma aprendizagem significativa.

Objetivo geral: Proporcionar uma aprendizagem significativa nos moldes ausubelianos do tópico Orbitais Atômicos por meio da tecnologia de Realidade Aumentada. 

Descrição geral: o software foi desenvolvido como produto educacional para a dissertação final do Mestrado Profissional em Tecnologia Educacional da Universidade Federal do Ceará, desenvolvido por Glaylton Batista de Almeida sob orientação da professora Dr. Luciana de Lima.

Olá colega professor, esse aplicativo foi pensado e desenvolvido por uma dupla de professores, que assim como você, se preocupam com a aprendizagem do seu aluno e está sempre buscando se reinventar de forma a engajar seu aluno no processo educativo.

A motivação para o desenvolvimento deste aplicativo surgiu de uma dificuldade percebida em nossos alunos, e que até mesmo a gente já passou quando graduando, a dificuldade em  compreender o tópico Orbitais Atômicos, por seu elevado nível de abstração. A compreensão desse assunto é muito relevante para que seja entendida a posição em que a ciência atualmente se encontra no que diz respeito à percepção submicroscópica da estrutura da matéria, outrossim compreender como ocorrem as ligações químicas e as propriedades dos materiais. 

Uma das formas citadas por muitos pesquisadores para reduzir o nível de abstração é o uso de tecnologias digitais, que segundo Bacich, Tanzi Neto e Trevisani (2015) têm fundamental importância na aprendizagem, pois modificam o meio ao qual estão inseridas e são capazes de personalizar a forma de ensino tornando-a mais significativa.

Uma aplicação dessas tecnologias é a Realidade Aumentada, que segundo Queiroz, Oliveira e Rezende (2015), pode ser configurada como uma ferramenta de grande ajuda em sala de aula por sua capacidade de tornar os objetos de estudo mais concretos, por meio de simulações que suplementam o mundo real com objetos virtuais. Ainda de acordo com os autores, essa aproximação que a tecnologia digital propicia, permite ao aluno desenvolver habilidades investigativas, capacidade de levantar hipóteses, formular explicações e relacioná-las com conceitos vinculados à disciplina estudada.

Desta forma, acreditamos que a utilização de novas metodologias de ensino amparadas em teorias de aprendizagem e pelo uso das tecnologias digitais, como a Realidade Aumentada, podem se configurar como uma importante forma de motivar e engajar os alunos no processo de aprendizagem. 

• Proporcionar uma Aprendizagem Significativa do tópico Orbitais Atômicos

• Engajar/motivar o estudante no processo de aprendizagem

• Utilizar a Realidade Aumentada amparada pela Teoria da Aprendizagem Significativa

O presente aplicativo foi desenvolvido utilizando como aporte teórico as ideias de Ausubel e sua Teoria da Aprendizagem Significativa. Para Ausubel (2003), aprender de forma significativa é importante porque torna mais fácil para o aluno reter informações em sua estrutura cognitiva quando ancora um novo conhecimento a um conhecimento já existente. Dessa forma, quando o aluno identifica conexões entre as novas informações com as que já possui encontra sentido e significado no que é estudado.

A aprendizagem significativa se torna eficaz pelas circunstâncias de sua não arbitrariedade e por seu caráter não-literal. A primeira significa que a informação prévia do aprendente deve ser relevante para a integração com a nova informação, e a não literalidade refere-se que a aprendizagem não depende especificamente da forma como foi ensinada, ao “pé da letra”. 

Outro fator importante destacado pelo autor para que a aprendizagem se torne significativa é a predisposição do estudante pelo objeto de estudo, que haja um esforço de sua parte em fazer relações das novas informações aos conhecimentos relevantes de sua estrutura cognitiva.

Para que a aprendizagem seja significativa é necessário que no processo de ensino sejam utilizados dois processos cognitivos como princípios programáticos: a diferenciação progressiva e a reconciliação integradora. De acordo com Moreira (2012), o primeiro processo ocorre quando é atribuído um novo significado a um dado conceito já existente através de sucessivas interações, tornando esse conceito mais aprimorado.

Para Moreira (2012), o princípio da reconciliação integradora é um processo cognitivo que ocorre em conjunto com a diferenciação progressiva e resulta na capacidade de diferenciar conceitos consolidados dos novos conhecimentos que são aprendidos. Em outras palavras, os dois princípios compactuam com a ideia de um ensino que é proposto inicialmente pelos aspectos mais gerais e mais inclusivos que são diferenciados, tornando-os mais específicos, em seguida ocorrendo o processo inverso, partindo de um conceito específico para o mais geral, contrapondo a ideia de um ensino de forma linearizada, o qual os assuntos são apresentados em sequências programáticas do mais simples ao mais complexo. 

No contexto da temática específica, na diferenciação progressiva o aluno deve trazer um novo significado ao termo “Orbital” caso já possua algum conhecimento prévio relacionado ao assunto ou a palavra em si, que se aproxima de "órbita", presente no modelo atômico proposto por Rutherford em 1911. Dessa forma, é necessário partir do conceito geral de Orbital para conceitos específicos, os tipos de orbitais (s, p, d, f), e na reconciliação integradora realizar o oposto, sair dos tipos de orbitais (conceito específico) até a construção do conceito geral de Orbital.

Além dos dois principais princípios programáticos, a TAS também menciona a organização sequencial e a consolidação como forma de busca pela efetivação da aprendizagem, compondo, dessa forma, os Princípios Programáticos. A primeira, define que os tópicos sejam trabalhados sequencialmente, utilizando-se uma ordem hierárquica, a qual os novos assuntos sejam dependentes dos anteriores, construindo-se mapas conceituais envolvendo todos os conceitos vinculados à ideia de Orbital. 

Por fim, a consolidação é o princípio em que se permite verificar o domínio de conhecimentos a partir da resolução de situações-problema antes de serem introduzidos novos conhecimentos. Por exemplo, é possível trabalhar com substâncias presentes no cotidiano do aluno e, a partir da identificação dos elementos químicos que compõem essa determinada substância, realizar a distribuição eletrônica dos elétrons e verificar os tipos de orbitais que caracterizam os átomos desses elementos. 

Esses Princípios Programáticos da teoria ausubeliana foram utilizados para o desenvolvimento do software de Realidade Aumentada, com o intuito de proporcionar o desenvolvimento de uma aprendizagem significativa do tópico Orbitais Atômicos. 

O aplicativo conta com uma sequência lógica de etapas pautadas nos moldes ausubelianos: 

1 - captação dos conhecimentos prévios dos alunos

Para a captação dos conhecimentos prévios dos alunos, são levantados questionamentos nas telas iniciais do aplicativo referentes à temática orbitais, que são utilizados posteriormente dentro do próprio aplicativo como um processo de autoavaliação do usuário. 

2 - apresentação de elementos dos organizadores prévios

A apresentação dos elementos dos organizadores prévios é realizada por meio de um vídeo, que é apresentado na tela posterior aos questionamentos iniciais. Esse vídeo apresenta curiosidades sobre o assunto, com possíveis aplicações no cotidiano do aluno, além de uma revisão de possíveis conceitos prévios construídos no Ensino Médio. 

3 - atividades pautadas na diferenciação progressiva

A diferenciação progressiva é trabalhada da seguinte forma, é apresentada uma tela inicial com o conceito geral de orbital, e a partir disso, são trabalhados conceitos específicos, os tipos de orbitais, para isso, são utilizadas as respostas aos questionamentos das telas iniciais, retornando um feedback positivo em caso de acertos, ou construtivos em caso de respostas errôneas. 

 4 - atividades pautadas na reconciliação integradora

Para a reconciliação integradora são  apresentados orbitais em RA, e a partir disso, o usuário será questionado quanto ao conceito geral de orbital, escolhendo uma justificativa para o motivo de sua resposta. Ao final dessa etapa, são apresentadas na tela, explicações quanto ao formato, causas e semelhanças entre os orbitais. 

5 - atividades pautadas na organização sequencial

Na organização sequencial, é apresentado um mapa conceitual com conceitos e palavras-chave contendo algumas lacunas que devem ser preenchidas pelos alunos.

6 - atividades pautadas na consolidação.

E por último, na consolidação, o usuário deve resolver problemas envolvendo a abordagem dos conceitos de orbitais. Em caso de acerto, a explicação da resolução da questão será indicada, caso o aluno erre, são apresentadas dicas para que ele tente novamente até chegar na resposta correta. 

Professor, você pode utilizar o aplicativo junto aos alunos quando estiver explicando a natureza eletrônica dos átomos e o modelo atômico atual. Além disso, pode ser utilizado em uma aula que antecede a abordagem da Teoria do Orbital Molecular ou Teoria da Ligação de Valência.

Em uma aula de 50 minutos, inicie fazendo questionamentos sobre tópicos importantes como quantum de um grandeza, dualidade onda partícula, indefinição do movimento do elétron, números quânticos e o entendimento probabilístico de função de onda, em busca de verificar os conhecimentos prévios dos alunos necessários para a compreensão dos orbitais atômicos (em caso de pouco retorno por parte dos alunos faça uma breve revisão durante a aula e inicie a próxima etapa em uma aula posterior).

Em seguida, compartilhe com a turma o link para download do aplicativo, ou imprima o QR Code (APÊNDICE A) e o exponha no quadro ou na parede da sala. Explique para os alunos sobre as etapas do aplicativo e peça para que tenham muita atenção ao longo da utilização. É importante que a utilização do aplicativo seja individual, porém, é possível abrir exceções e se fazerem duplas ou trios por eventuais contratempos que possam ocorrer no momento da aula.  

Distribua as imagens gatilho (APÊNDICE B) dos orbitais e diminua um pouco a iluminação da sala para que os alunos tenham uma  experiência completa em Realidade Aumentada (o ideal é que as imagens sejam impressas em um papel mais espesso ou que sejam coladas em papelão, por exemplo), e em seguida peça para iniciarem a partir do botão “INICIAR”.

Transite pela sala e vá acompanhando o percurso dos alunos na utilização do aplicativo esclarecendo possíveis dúvidas. É importante que cada aluno realize as etapas no seu tempo, no entanto, você pode pedir para que os alunos que forem concluindo uma etapa aguardem os demais para avançarem juntos, é uma possibilidade. 

Ao concluir as etapas, informe que no botão “MODO LIVRE”, o discente pode visualizar as superfícies limites dos orbitais em realidade aumentada de forma direta, apenas apontando a câmera para qualquer uma das imagens gatilho. 

Por último, você professor, pode trazer novas questões pertinentes sobre o assunto e pode ir resolvendo de forma geral, junto com a turma. 

Este subtópico trata-se do manual de instruções para o aluno, também disponibilizado no botão “SOBRE” no menu inicial do aplicativo, com informações necessárias para interação adequada com o software, além de trazer elementos que buscam despertar o interesse do aluno para o assunto.

Caro usuário, para que você utilize o aplicativo da melhor forma possível é necessário um ambiente com luz neutra, nem escuro demais para que seja dificultado o reconhecimento das imagens gatilhos pelo software, nem muito claro para atrapalhar a visualização dos orbitais em realidade aumentada. Além disso, as imagens devem estar em perfeito estado e sem rasuras para que não haja problemas de reconhecimento pelo aplicativo.

Este aplicativo foi desenvolvido com o intuito de proporcionar uma aprendizagem significativa sobre o tópico Orbitais Atômicos, cujo entendimento ajuda na compreensão do modelo atômico atual e da mecânica quântica, que explica o funcionamento de vários objetos presentes no nosso cotidiano, como por exemplo, os painéis fotovoltaicos para a geração de energia solar, os semicondutores presentes nos celulares, assim como as luzes LEDs, Lasers, supercondutores, Ressonância Nuclear Magnética entre outras.

Os números quânticos que você aprende no ensino médio (n, l, ml) são funções derivadas da resolução da equação de Schrödinger e servem para descrever qualitativamente um orbital.

O número quântico principal (n) determina a energia e o tamanho do orbital, portanto, quanto maior o valor de n, maior o orbital.

O número quântico secundário, ou momento angular do orbital (l): vai representar o formato do orbital.

O número quântico magnético (ml): indica a orientação espacial do orbital ao longo dos eixos do plano. 

Vale lembrar que as representações pictóricas dos orbitais são formas gráficas de funções matemáticas, que descrevem uma região com elevada probabilidade de se encontrar elétron(s), portanto NÃO são objetos reais.