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Revista Brasileira de Ensino de Fsica, v. 33, n. 1, 1508 (2011)www.sbfisica.org.br

SimQuest - ferramenta de modelagem computacional

para o ensino de fsica(SimQuest - computational modeling tool for teaching physics)

Josiel R. Silva1, Jose S.E. Germano e Roni S. Mariano

Instituto Tecnologico de Aeronautica, Sao Jose dos Campos, SP,BrasilRecebido em 2/7/2010; Aceito em 17/1/2011; Publicado em 29/3/2011

O objetivo deste trabalho, e apresentar a ferramenta de modelagem computacional denominada SimQuest, ediscutir algumas das possibilidades do seu uso como ferramenta auxiliar no ensino de fsica. Como caractersticaprincipal, o SimQuest possibilita a construcao de objetos de aprendizagem com inumeros recursos graficos e umainteracao amigavel. Outra caractersitica interessante do Simquest, e a alteracao em tempo real dos parametrosque envolvem o problema analisado. Estes elementos basicos de uma simulacao, credenciam o uso do SimQuestcomo uma importante ferramentano ensino de fsica. Para ilustrar o potencial do SimQuest, apresentamos osobjetos de aprendizagem de dois problemas complexos no ensino de fsica, o pendulo duplo e o atrator de Lorenz.Palavras-chave: SimQuest, objetos de aprendizagem, ensino de fsica, modelagem computacional, simulacoes.

In this paper, we present the computational modelling tool called SimQuest discussing some of the possi-bilities of its use as an auxiliary tool in the teaching of physics. As a main feature, the SimQuest allows theconstruction of learning objects with various graphics and a friendly interface. Another interesting feature isthe possibility of changing the parameters of the problem analyzed in real time. These basic elements make realthe possibility of using SimQuest as an important tool in the teaching of physics. To illustrate the potential ofSimQuest, we present the learning objects of two complex problems in physics education, the double pendulumand the Lorenz attractor.Keywords: SimQuest, learning objects, teaching physics, computer modelling, simulations.

1. Introducao

O ensino de fsica nos dias atuais passa por momentosde transformacoes, sobretudo em virtude das possibili-dades do uso do computador como ferramenta auxiliarde ensino. Neste trabalho, procuramos dar nossa con-tribuicao nesse sentido, mostrando e discutindo as pos-sibilidades de utilizacao da ferramenta de modelagemcomputacional SimQuest. Esta ferramenta pode serutil aos professores que estao avidos por construir osseus proprios objetos de aprendizagem. Uma das prin-cipais caractersticas do SimQuest, e a sua interfaceamigavel, mesmo para pessoas que nao tenham grandeshabilidades ou conhecimentos com linguagens de pro-gramacao, facilitando assim a construcao dos objetosde aprendizagem

O ensino de fsica e uma das areas de estudo quemais pode se beneficiar com o uso destas novas tecnolo-gias computacionais, pois a fsica ao abordar temas taoamplos do nosso cotidiano e que por vezes tenta explicarsituacoes que nao podem ser demonstradas facilmente,

leva os alunos a terem a sensacao de que sao incapazesde aprende-la.

Ha mais de duas decadas ja se afirma: o computa-dor revolucionou o modo como se faz a investigacaoem fsica, mas nao alterou significativamente o modocomo se ensina fsica [1]. Vemos que ainda hoje estaafirmacao e valida para a maioria das escolas publicase particulares brasileiras. Para fomentar o uso do com-putador nas escolas, programas foram desenvolvidoscom o intuito de serem o mais simples e natural dese programar. Neste campo, se destacam na litera-tura cientfica duas ferramentas de modelagem com-putacional: o Modellus [2, 3] e o Easy Java Simulations(Ejs) [4, 5].

A aceitacao destas ferramentas se deve, principal-mente, ao fato de usarem a sintaxe matematica comolinguagem de programacao de seus modelos e por seremorientadas a objeto, tornando a aprendizagem de suamanipulacao muito simples. Outro aspecto importantee o fato dos dois programas serem de distribuicao gra-tuita, facilitando o acesso tanto por professores quanto

1E-mail: josiel fisica@hotmail.com.

Copyright by the Sociedade Brasileira de Fsica. Printed in Brazil.

1508-2 Silva et al.

pelos alunos.Mas alguns aspectos negativos se fazem notar em

cada um dos programas. O Ejs, por exemplo, em al-gumas situacoes necessita da digitacao de codigos nalinguagem Java. Linguagem esta que certamente naoe de aprendizagem simples e rapida. Ja no Modellus,podemos lamentar a ausencia de alguns elementos deanimacao que sao uteis na construcao de uma simula-cao, por exemplo, nao existe um elemento que repre-sente a visualizacao do comportamento de uma onda.Geralmente para corrigir esta deficiencia do programa eusado um conjunto de bolas enfileiradas na horizontalque individualmente se movimentam apenas na verti-cal.

Baseados nestas consideracoes apresentamos a fer-ramenta de modelagem computacional SimQuest. Estae uma ferramenta de modelagem computacional desen-volvida e distribuda gratuitamente pela Universidadede Twenteda Holanda [6]. Atualmente existem duasversoes que podem ser obtidas no sitio do desenvolve-dor: o SimQuest 5.3, desenvolvido em linguagem C e oSimQuest 6.3 desenvolvido Java.

Nao avaliaremos se o SimQuest e melhor ou pior queos programas ja citados, pois o nosso objetivo e apre-sentar uma alternativa para os professores que desejamdesenvolver os seus modelos computacionais em fsica.

Por possuir uma interface amigavel e ser de facilusabilidade, com algumas aulas sobre o funcionamentodo SimQuest, o professor que possui conhecimentosmnimos de informatica, estara apto a construir seusproprios objetos de aprendizagem no SimQuest.

O SimQuest tambem satisfaz os requisitosnecessarios para apoiar a construcao de programas desimulacao [7], tais como:

Ser especificamente desenvolvido para ensino. Possibilitar a construcao de programas de simu-

lacao com diferentes tipos de modelos por tras (con-tnuos, discretos, qualitativos, etc.) e combinar aindamodelos de diferentes tipos.

Utilizar essencialmente tecnicas de manipulacaodireta.

Permitir formas de visualizacao variadas (graficos,figuras, cones, etc.).

Tecnicas de animacao diversas (embora possahaver simulacoes sem animacao, um programa animadopermite uma percepcao diferente da realidade: maisfacil, mais rapida, mais concreta, mais rica).

Formas de interacao diversas poderosas (botoes,menus, cones, janelas, caixas de dialogo, perguntas deescolha multipla/resposta simples/aberta, etc.).

A integracao de outros meios num programa desimulacao (som, imagens digitalizadas, sequencias ani-madas, sequencias de vdeo, etc.).

Registrar o desempenho do aluno, com vista amelhorar a aprendizagem.

Ter modos diferentes de funcionamento para oprofessor-autor, o professor-utilizador e o aluno.

Ser facil de usar, permitindo fazer alteracoes, sem-pre que necessario

Permitir a criacao de sub-modelos de pedacos deprogramas que se possam posteriormente reutilizar (fa-cilita a construcao e promove a partilha entre os au-tores).

Ser portavel para outras maquinas, lnguas e cul-turas, e permitir a utilizacao individual, ou em rede.

2. SimQuest

SimQuest e uma ferramenta computacional com enfaseno processo de construcao de objetos de aprendizagem,apoiada no desenvolvimento de autoria da simulacao.Esta autoria e feita no modo orientado a objeto, ouseja, o usuario possui a sua disposicao uma bibliotecade elementos para a construcao dos seus objetos deaprendizagem no modo arrastar-soltar, e em seguida,usando uma tela de propriedades, pode-se inserir as ca-ractersticas desejadas ao elemento.

O foco principal do SimQuest e o de ser uma ferra-menta que possa ser utilizada pelo aluno na forma deatividades expressivas, ou seja, que o aluno crie seu mo-delo desde o embasamento matematico ate a aquisicaoe analise dos resultados. Alem disso, tambem se propoea ser uma alternativa ao professor que nao possui co-nhecimento de qualquer codigo de programacao e quegostaria de produzir simulacoes que atendessem as ca-ractersticas particulares de seus alunos, para que dessaforma haja a possibilidade destes alunos trabalharem osmodelos de forma exploratoria.

O processo de aprendizagem com o SimQuest estabaseado em tres pilares [8]:

quem controla o processo e o aluno; o estudante trabalha como um cientista; o aluno constroi seu proprio conhecimento.As caractersticas deste processo de aprendizagem

sao: exploracao; fazer perguntas; fazer descobertas; buscar um novo entendimento.Para conseguir uma copia do SimQuest, e necessario

fazer um cadastro no site do programa [9], onde se re-cebe uma senha que possibilita o download do programae das simulacoes existentes no site. Apos a instalacao,o programa pode ser rodado de duas formas:

Pelo SimQuestAuthoringEnvironment, onde se faza construcao dos objetos de aprendizagem.

Pelo SimQuestLearnerEnvironment, onde o usua-rio interage com os objetos de aprendizagem.

2.1. Interfaces

O primeiro passo para a construcao de um modelo noSimQuest e o de especificar o comportamento do pro-blema a ser resolvido. Isto pode ser feito de tres modos:

SimQuest - ferramenta de modelagem computacional para o ensino de fsica 1508-3

O primeiro modo e feito digitando as expressoesou equacoes algebricas que comandam o modelo. Asequacoes sao inseridas no Model Editor. Este, apos adigitacao, relacionara no lado esquerdo as variaveis desada e entrada do modelo, faltando apenas colocar osvalores iniciais das variaveisde entrada, que neste casoestao na cor vermelha. Na Fig. 1 existe a representacaodo decaimento exponencial, dxdt = kx.

Dependendo das equacoes colocadas no editor, oSimQuest interpretara a simulacao do modelo comodinamica ou discreta