Potencializando o ensino de física: desenvolvimento e impacto de uma interface interativa sobre tipos de lançamentosResumo
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma interface interativa voltada ao estudo dos tipos de lançamentos e analisa sua aplicação em turmas do Ensino Médio de escolas públicas de Curitiba, Paraná. Inserido no contexto da crescente incorporação de tecnologias digitais na educação, especialmente no ensino de Física, o estudo enfatiza a relevância desses recursos para promover um ensino mais dinâmico, acessível e significativo. Os resultados obtidos nas oficinas pedagógicas indicam que o uso da interface contribuiu não apenas para a compreensão dos conceitos físicos, mas também para o aumento do engajamento dos estudantes nas atividades propostas. Ademais, a ferramenta demonstra potencial para impactar positivamente o processo de ensino-aprendizagem e apresenta flexibilidade para futuras adaptações e expansões.
Palavras-chave:
Ensino de Física; Tecnologias Educacionais; Aplicativo Interativo; Tipos de Lançamentos; Software R
Abstract
This study presents the development of an interactive interface focused on the study of projectile motion and analyzes its application in high school classes from public schools in Curitiba, Paraná, Brazil. Framed within the growing integration of digital technologies in education, particularly in physics teaching, the study highlights the importance of these tools in promoting more dynamic, accessible, and meaningful learning experiences. The results obtained from educational workshops indicate that the interface contributed not only to students’ understanding of physical concepts but also to their increased engagement in class activities. Furthermore, the tool shows potential for positive impact on the teaching-learning process and offers flexibility for future adaptations and expansions.
Keywords:
Physics Education; Educational Technologies; Interactive Application; Types of Projectile Motion; R Software
1. Introdução
Atualmente, as formas de viver estão em constante transformação, impulsionadas pela evolução das tecnologias digitais e pela sua presença cada vez mais marcante em diversas esferas da vida.
No campo educacional, desde os primórdios observa-se a incorporação das tecnologias disponíveis em cada época. Da mesma forma, o perfil dos estudantes vem se modificando continuamente, seja na maneira de construir conhecimentos, seja na forma de perceber as informações a que têm acesso. Isso evidencia a necessidade de os professores se adaptarem a essas novas demandas, atualizando e diversificando as ferramentas pedagógicas utilizadas [1].
As tecnologias existentes em cada época, disponíveis para utilização por determinado grupo social, transformaram radicalmente suas formas de organização social, comunicação, cultura e a própria aprendizagem. Novos valores foram definidos, e novos comportamentos precisaram ser aprendidos para que as pessoas se adequassem à nova realidade social vivenciada a partir do uso intenso de determinado tipo de tecnologia.” [2]
Segundo Vygotsky [3], o desenvolvimento humano ocorre por meio de transformações internas e significativas, mediadas por signos e seus significados. Como destaca Oliveira [1], os signos permitem a comunicação entre indivíduos, representando objetos ou conceitos a partir de seus significados. Em termos mais simples, são instrumentos mediadores entre nossos pensamentos e o mundo real, como a linguagem escrita e falada ou os sistemas algébricos. Nesse contexto, a tecnologia emerge como um instrumento mediador – um signo – que não apenas transmite informações, mas também possibilita a construção de conhecimentos.
É amplamente reconhecido que muitos estudantes apresentam dificuldades nas disciplinas de ciências exatas. Conceitos físicos, por serem frequentemente abstratos e complexos, aliados a lacunas em conteúdos matemáticos, comprometem a compreensão, visto que a matemática é a linguagem da Física. Vidal, Cunha e Bueno (2021) [4] discutem como deficiências no aprendizado de Matemática no ensino fundamental impactam diretamente o desempenho em Física no ensino médio. Os autores evidenciam que tais dificuldades se manifestam em diferentes níveis de aprendizado, prejudicando a compreensão dos conteúdos físicos e revelando uma relação direta entre as duas áreas.
Diante desses desafios, somados à necessidade de recuperar o nível educacional no período pós-pandemia, muitos estados brasileiros têm investido na inserção de recursos tecnológicos no sistema de ensino. No Paraná, por exemplo, as escolas públicas receberam um aporte significativo em tecnologia e recursos digitais, totalizando R$ 9.648.043,04 no primeiro semestre de 2024. Esse investimento reforça o papel estratégico dessas ferramentas no processo educacional. As unidades escolares foram equipadas com smart TVs, computadores, notebooks e tablets, além de terem acesso a plataformas digitais como a Khan Academy (https://www.khanacademy.org/) e o Matific (https://www.matific.com/) [5, 6].
Os números de acessos às nossas plataformas de educação evidenciam o comprometimento de estudantes e professores com as ferramentas digitais, marcando um avanço expressivo na modernização do ensino e na democratização do conhecimento em todo o Paraná”, afirmou o secretário estadual da Educação, Roni Miranda. [6]
Embora plataformas digitais sejam valiosas no apoio ao ensino, sua manutenção exige investimentos contínuos em licenças, atualizações e suporte técnico, gerando custos recorrentes para o Estado. Além disso, apesar de seu potencial, muitos educadores ainda percebem essas ferramentas como limitadas por reproduzirem metodologias tradicionais ou por não dialogarem com a realidade sociocultural da maioria dos estudantes brasileiros – como é o caso da Khan Academy [7].
Nesse cenário, destaca-se o potencial do pacote Shiny [8], desenvolvido no ambiente do software R [9], como ferramenta para a criação de novos recursos tecnológicos interativos. Quando integrados aos recursos já presentes nas escolas, esses aplicativos podem favorecer práticas pedagógicas mais dinâmicas e envolventes. Entre suas vantagens destacam-se a facilidade de desenvolvimento e a ampla acessibilidade. Por ser implementado no pacote Shiny, do software livre R, o aplicativo pode ser executado diretamente em navegadores web, sem necessidade de instalação de programas adicionais ou dependência de sistemas operacionais específicos, sendo compatível com Windows, Linux, macOS, tablets e smartphones (Android e iOS). Além disso, por estar disponível gratuitamente na web, garante acesso aberto a professores e estudantes, ampliando sua aplicabilidade no contexto educacional.
Diante desse panorama, esta pesquisa propõe o desenvolvimento de uma interface interativa voltada à visualização dinâmica dos movimentos horizontal e oblíquo nos diferentes tipos de lançamentos. O objetivo é analisar o impacto desse recurso tecnológico no processo de ensino-aprendizagem por meio de oficinas realizadas com turmas da rede pública estadual do Paraná, buscando compreender a receptividade e a percepção dos estudantes em relação à proposta. A interface desenvolvida incorpora estratégias de aprendizagem ativa e personalizada, em consonância com discussões pedagógicas contemporâneas. Ela possibilita aos estudantes identificar lacunas de conhecimento, revisar conteúdos de maior dificuldade, resolver exercícios contextualizados e receber feedback imediato, favorecendo a autonomia, o engajamento e a reflexão crítica. Essa integração entre design da ferramenta e abordagens pedagógicas inovadoras fundamenta a relevância do estudo e antecipa os detalhes metodológicos apresentados nas seções subsequentes. Este trabalho foi desenvolvido com o apoio do Edital 57/2023 - PROGRAD – Licenciando, da UTFPR.
Nas seções seguintes, apresenta-se uma contextualização sobre o uso de tecnologias digitais no ensino de Física, com ênfase em sua relevância para o processo educativo. Em seguida, detalham-se as metodologias adotadas ao longo da pesquisa, incluindo os procedimentos realizados e os recursos tecnológicos empregados. Na sequência, realiza-se a análise dos resultados obtidos. Por fim, discutem-se as principais conclusões, com base nas evidências coletadas ao longo do estudo.
2. Ensino de Física e Tecnologias Digitais
No ensino de Física, as metodologias tradicionais muitas vezes se mostram insuficientes para promover a compreensão dos fenômenos físicos, especialmente devido à complexidade e abstração de muitos conceitos [2]. Um dos principais desafios é representar movimentos dinâmicos com materiais tradicionais, como livros didáticos e quadros. Embora alguns autores tentem contornar essa limitação utilizando sequências de imagens ou traçados que sugerem movimento, essas estratégias ainda exigem que os estudantes reconstruam mentalmente o processo descrito. Como alternativa, muitos professores recorrem a gestos e desenhos no quadro para facilitar o entendimento, mas tais métodos nem sempre são eficazes [10].
Uma estratégia potencialmente enriquecedora nesse contexto é a experiência de campo, que permite aos estudantes aplicar de forma prática os conteúdos abordados em sala. No entanto, sua implementação nem sempre é viável, seja por limitações financeiras, de infraestrutura, questões de segurança ou pela escassez de tempo nas escolas [10]. Diante desses desafios, o uso de plataformas digitais interativas surge como uma alternativa promissora, não para substituir a prática experimental, mas para complementá-la com recursos que permitem a manipulação controlada de variáveis e a visualização sistemática dos fenômenos.
Como destacam Medeiros & Medeiros [10], as tecnologias digitais vêm desempenhando um papel fundamental no processo de ensino-aprendizagem da Física. Esses recursos apresentam ampla aplicabilidade, desde a obtenção de medições, construção de gráficos, elaboração de animações e simulações, até o uso em avaliações e apresentações. Além disso, complementam de maneira importante a linguagem verbal, escrita e matemática, enriquecendo a experiência pedagógica e favorecendo a compreensão dos conteúdos.
Nesse contexto, as animações e simulações destacamse como ferramentas poderosas de apoio didático. Mais do que simples representações visuais, as simulações podem ser compreendidas como animações interativas, nas quais o estudante manipula parâmetros e observa as consequências em tempo real. Segundo Medeiros & Medeiros [10],
“Tal interatividade consiste no fato de que o programa é capaz de fornecer não apenas uma animação isolada de um fenômeno em causa, mas uma vasta gama de animações alternativas selecionadas através do input de parâmetros pelo estudante.”
Diversos autores vêm conduzindo pesquisas e oficinas em escolas e universidades com o objetivo de investigar a construção e o uso pedagógico desses recursos. Andrade [11], por exemplo, desenvolveu simulações computacionais baseadas em questões de vestibulares por meio do software Modellus, que exige a necessidade de download através do link http://modellus.fct.unl.pt/, aplicando-as em uma intervenção didática com estudantes do 1° ano do Ensino Médio, que resolveram problemas investigativos com o apoio das simulações. Já Pastorio [12] utilizou a plataforma PhET, disponível em https://phet.colorado.edu/, para elaborar atividades com estudantes de graduação, empregando duas abordagens distintas: em uma, os estudantes dispunham das condições iniciais dos problemas; na outra, não.
O uso de simulações, portanto, além de favorecer uma aprendizagem mais eficaz dos conteúdos, está associado ao aumento da motivação dos estudantes, ao desenvolvimento do pensamento crítico e à capacidade de transferir o conhecimento adquirido para novas situações. Com isso, a experiência de aprendizagem torna-se mais dinâmica, interativa e significativa [12, 13].
Diante das dificuldades enfrentadas por estudantes do Ensino Médio na compreensão de conceitos de Física e do crescente uso de recursos tecnológicos em sala de aula, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um aplicativo educacional voltado ao ensino dos tipos de lançamento. Concebido como uma ferramenta interativa e prática, o aplicativo permite que os alunos explorem visualmente, de forma autônoma, diferentes movimentos, simulando condições iniciais variadas e observando suas consequências sobre a trajetória de um projétil. Essa abordagem estimula o raciocínio físico e a construção conceitual a partir de experimentações virtuais, tornando o conhecimento mais acessível e visualmente atrativo. Além disso, favorece a aprendizagem ativa e contribui para o engajamento dos estudantes com os conceitos da Física, especialmente em contextos educacionais que apresentam restrições logísticas ou estruturais [10].
3. Metodologia
Esta pesquisa adota uma abordagem quali-quantitativa, contemplando tanto a análise de dados estatísticos quanto as percepções e opiniões dos estudantes participantes. As etapas de desenvolvimento do trabalho estão resumidas no fluxograma da Figura 1 e serão detalhadas ao longo desta seção.
3.1. Sobre o aplicativo
Para definir o tema a ser abordado no aplicativo, foram inicialmente elaborados protótipos preliminares e, em seguida, realizadas consultas com professores da Educação Básica e do Ensino Superior. Após discussões e reflexões, optou-se pelo estudo dos tipos de lançamento em Física, com ênfase nos lançamentos horizontal e oblíquo – conteúdos pertencentes à cinemática, que integram o movimento retilíneo uniforme ao uniformemente variado e são comumente trabalhados no 1° ano do Ensino Médio em escolas públicas.
O aplicativo foi desenvolvido utilizando a linguagem de programação R [9], reconhecida por sua versatilidade em análise de dados e visualização gráfica, em conjunto com o pacote Shiny, que possibilita a criação de aplicações web interativas de forma gratuita e acessível. Complementarmente, foram utilizados os pacotes plotly [14] para a construção de gráficos interativos, readxl [15] para leitura de arquivos Excel e dplyr [16] para manipulação eficiente de dados. A versão mais recente do aplicativo Tipos de Lançamentos encontra-se disponível em https://educashiny.shinyapps.io/FisicaLancamentos/ e está hospedada na Plataforma EducaShiny (https://educashiny.shinyapps.io/Plataforma/), a qual agrega outras interfaces interativas voltadas às áreas de Estatística e Matemática, com foco no apoio pedagógico. Além disso, o código-fonte do aplicativo está disponível em um repositório público no GitHub, possibilitando consultas e contribuições de outros docentes e pesquisadores, no endereço: https://github.com/angelicamariatortola/EducaShiny.
A interface foi estruturada em cinco abas principais: Início, Teste Diagnóstico, Revisão, Lançamento Horizontal e Lançamento Oblíquo, cada uma projetada para promover um processo de aprendizagem progressivo e centrado nas necessidades dos estudantes.
A aba Início oferece uma visão geral da proposta e do funcionamento do aplicativo, orientando os usuários quanto aos objetivos pedagógicos e à organização dos conteúdos.
A aba Teste Diagnóstico desempenha um papel essencial na identificação do conhecimento prévio dos estudantes, permitindo que professores e alunos reconheçam possíveis lacunas conceituais que possam dificultar a assimilação dos conteúdos posteriores. Essa aba é personalizada para o tipo de lançamento escolhido – horizontal ou oblíquo —, adaptando os conteúdos adequados a cada caso, mas em ambos os cenários organiza-se em três eixos: matemática básica, conceitos de movimento e o tipo de lançamento selecionado. Inspirada nos indicadores de aprendizagem compreensiva de Guisasola, Montero e Fernandez (2008) [17], e alinhada à Taxonomia de Bloom [18], essa estrutura busca mapear saberes essenciais e favorecer uma progressão desde níveis cognitivos básicos (lembrar e compreender) até níveis mais avançados (analisar, aplicar, avaliar e criar). Para ampliar as possibilidades de prática, o aplicativo disponibiliza formulários auxiliares e a opção de gerar novos testes com valores aleatórios, diversificando os exercícios propostos. Após inserir as respostas, o estudante pode calcular sua pontuação, recebendo em seguida uma janela com as respostas corretas, o status de cada questão e a pontuação final. Além disso, uma mensagem de feedback é exibida, parabenizando o estudante pelo desempenho ou incentivando-o a revisar os conteúdos, de acordo com o percentual de acertos obtido.
A aba Revisão reúne materiais de apoio que retomam conceitos matemáticos essenciais, como equações do 1° e 2° grau, sistemas de equações e noções de trigonometria, bem como fundamentos de movimento, abrangendo cinemática, movimento uniforme e uniformemente variado, grandezas vetoriais e escalares, além dos conceitos de lançamento horizontal e oblíquo. O conteúdo é complementado por vídeos explicativos que auxiliam na revisão dos tópicos de maior dificuldade, preparando os estudantes para as simulações e promovendo uma aprendizagem gradual e personalizada.
As abas Lançamento Horizontal e Lançamento Oblíquo apresentam atividades interativas baseadas em questões adaptadas do ENEM e de vestibulares, visando facilitar a visualização dos fenômenos físicos por meio de simulações dinâmicas. Esse alinhamento curricular assegura pertinência ao contexto educacional brasileiro. O sistema estimula os estudantes a identificar informações relevantes nos enunciados e oferece feedback contínuo quando valores incorretos são inseridos, promovendo reflexão sobre erros e incentivando estratégias de tentativa e correção. Mesmo diante de parâmetros incorretos, a simulação é gerada, permitindo ao professor discutir conceitos teóricos a partir de diferentes situações e utilizar os erros como oportunidades de aprendizagem. O aplicativo também disponibiliza exercícios abertos, nos quais o usuário define os valores dos parâmetros, o que amplia a flexibilidade e estimula a criatividade, possibilitando ao professor integrar problemas externos e incentivar a análise e visualização gráfica, fortalecendo a autonomia docente e discente. Essa abordagem está em consonância com as diretrizes da educação científica contemporânea, que valorizam o aprendizado ativo, contextualizado e centrado no estudante [19, 20].
Para tornar a interface mais atrativa e intuitiva, o aplicativo incorpora cores, símbolos e ícones cuidadosamente selecionados, com o objetivo de aumentar o engajamento, especialmente entre os jovens. Esses recursos visuais facilitam a navegação e atuam como sinalizadores cognitivos, auxiliando os alunos na organização do conteúdo e no foco nas tarefas propostas. Essa linguagem visual aproxima a experiência de aprendizagem das interfaces digitais familiares aos estudantes, como jogos e aplicativos, promovendo maior motivação e fluidez no uso. Como discutem Mayer (2009) e Clark & Mayer (2016) [21, 22], a integração adequada de elementos visuais em ambientes educacionais digitais potencializa o engajamento e favorece a construção de significados.
Durante as aulas, o professor pode selecionar o tipo de exercício – aberto ou fechado – escolher o problema correspondente e incentivar os estudantes a descobrirem quais são as variáveis e parâmetros iniciais fornecidos no enunciado, conforme ilustrado na Figura 2. Caso os valores inseridos sejam inconsistentes, o aplicativo apresenta mensagens de erro, mas permite prosseguir, incentivando o pensamento crítico sobre a coerência dos dados. O professor pode corrigir manualmente os parâmetros ou utilizar o botão “Preencher dados” para o preenchimento automático.
Interface desenvolvida aberta na aba de Lançamento Horizontal. Fonte: https://educashiny.shinyapps.io/FisicaLancamentos/
Após a definição dos dados, a trajetória do objeto pode ser visualizada de forma animada com o botão “Lançar!”, conforme exemplificado na Figura 3.
Gráfico dinâmico ilustrando o lançamento no exercício selecionado. Fonte: https://educashiny.shinyapps.io/FisicaLancamentos/
Durante a resolução dos exercícios, após orientar os estudantes a identificarem a equação necessária para a solução do problema, o professor pode recorrer ao painel “Passo a Passo”, localizado na lateral direita do aplicativo. Esse recurso disponibiliza funcionalidades como o botão “Equação”, que permite a consulta da fórmula adequada, campos para inserção das respostas e botões para verificar a correção ou visualizar o cálculo detalhado. A partir da identificação da equação correta, os estudantes podem utilizá-la para resolver o exercício proposto e inserir o resultado no campo correspondente, obtendo feedback imediato. Além disso, a possibilidade de acompanhar o cálculo detalhado no botão “Conferir Cálculo” contribui para a compreensão dos procedimentos adotados e promove uma reflexão mais aprofundada sobre as etapas da resolução. Tais funcionalidades, favorecem o monitoramento contínuo da aprendizagem e estimulam o desenvolvimento de estratégias de resolução mais estruturadas. O Material Suplementar A apresenta o detalhamento do fluxo de uso do painel “Passo a Passo” – desde a visualização da equação até a verificação do cálculo – acompanhado de uma imagem ilustrativa que representa a sequência de interações realizadas por professores e estudantes durante a execução das atividades.
3.1.1. Diferenciais e integração funcional distinta
O aplicativo educacional desenvolvido se destaca pela integração funcional distinta de múltiplos recursos em um único ambiente, reunindo um conjunto de funcionalidades que o diferencia de outras plataformas consolidadas, ao articular diagnóstico, revisão, resolução de exercícios e simulações dinâmicas em um único ambiente integrado. Inicialmente, dispõe de uma aba de teste diagnóstico, que permite identificar o nível de conhecimento prévio dos estudantes em relação aos temas abordados, sendo este um diferencial comparado à soluções como o PhET [23] ou GeoGebra [24], que partem de simulações diretas sem considerar o ponto de partida do aluno. Em seguida, a aba de revisão possibilita retomar conteúdos de maior dificuldade antes de avançar para as atividades centrais, favorecendo uma aprendizagem personalizada e progressiva, aspecto pouco explorado por plataformas mais voltadas a exercícios automatizados, como a Khan Academy [25].
Outro diferencial é o painel “Passo a Passo”, localizado na lateral da interface. Essa abordagem combina a interatividade de simuladores como o PhET com a estruturação gradual de resolução típica de tutoriais do tipo Khan Academy, mas vai além, pois integra explicitação algébrica, feedback imediato e acompanhamento do raciocínio em um único fluxo. Dessa forma, o estudante não apenas visualiza fenômenos, mas também compreende os procedimentos matemáticos que fundamentam a solução, construindo estratégias de resolução mais organizadas e críticas.
Em síntese, ao reunir diagnóstico, revisão, banco de questões contextualizado, feedback contínuo, resolução passo a passo, simulações dinâmicas mesmo em situações incorretas e exercícios abertos, o aplicativo supera a abordagem isolada de plataformas como PhET, Modellus, GeoGebra e Khan Academy. Sua originalidade reside justamente nessa integração de múltiplos recursos em um ambiente único, adaptado ao currículo brasileiro, que promove não apenas a visualização de fenômenos físicos, mas também o desenvolvimento de habilidades cognitivas e metacognitivas essenciais ao aprendizado em Física.
A Tabela 1 sintetiza a comparação entre o aplicativo desenvolvido e quatro plataformas educacionais amplamente utilizadas no ensino de Física – PhET, Modellus, GeoGebra e Khan Academy. Embora todas ofereçam recursos relevantes, observa-se que cada uma tende a privilegiar aspectos isolados do processo de aprendizagem, como a visualização de fenômenos, a manipulação algébrica ou a resolução de exercícios. As funcionalidades foram classificadas em três categorias: Presente (implementada de forma clara e disponível ao usuário), Parcial (disponível de forma limitada, indireta ou dependente de complementos externos) e Ausente (não contemplada ou não identificada na plataforma). Essa categorização foi baseada em análise das documentações oficiais e versões mais recentes de cada sistema (https://phet.colorado.edu/, https://www.geogebra.org/, https://modellus.pt/, https://www.khanacademy.org/).
3.2. O desenvolvimento da oficina
Com o objetivo de avaliar a eficácia pedagógica do aplicativo, foram realizadas oficinas presenciais nas dependências da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), com a participação de estudantes de duas escolas públicas estaduais. A primeira instituição, identificada como Colégio A, localizada na região sul de Curitiba, contou com uma turma do 2° ano do Ensino Médio, composta por 25 estudantes. A segunda, o Colégio B, situado na região norte da cidade, participou com duas turmas: uma do 2° ano, com 19 estudantes, e outra do 3° ano, com 22 estudantes – totalizando 66 participantes. As turmas foram caracterizadas com base no ano escolar e na instituição de origem, uma vez que não foram coletados dados individuais de idade ou indicadores de proficiência prévia, em conformidade com o caráter exploratório da aplicação.
A escolha pelo ambiente universitário teve como propósito aproximar os estudantes da Educação Básica do espaço acadêmico da universidade pública, favorecendo a vivência de um contexto científico e formativo distinto do cotidiano escolar. Essa estratégia buscou reduzir barreiras simbólicas que frequentemente afastam os alunos do Ensino Médio das instituições de ensino superior, ao mesmo tempo em que estimula o interesse pela continuidade dos estudos. A experiência universitária, ainda que breve, também possibilitou o contato com recursos e práticas pedagógicas inovadoras, além de promover a integração entre diferentes níveis de formação, uma vez que as atividades foram conduzidas por estudantes de licenciatura em Física, valorizando a docência como prática colaborativa.
As oficinas ocorreram em laboratórios de informática da UTFPR, sob condições estruturais e tecnológicas equivalentes, com computadores conectados à internet e ambiente controlado. No Colégio A, a oficina foi conduzida em um único laboratório por uma estudante de licenciatura em Física. Já no Colégio B, em função do número maior de participantes, as atividades foram divididas em dois laboratórios com infraestrutura análoga, cada um mediado por um licenciando em Física que seguiu a mesma sequência didática, instruções e materiais. Dessa forma, eventuais vieses de contexto, relacionados ao ambiente físico ou à mediação docente, foram minimizados, garantindo condições equivalentes de aplicação entre os grupos.
As oficinas foram estruturadas em quatro etapas principais. Inicialmente, aplicou-se um teste diagnóstico para aferir o nível de conhecimento prévio dos estudantes sobre os conteúdos de lançamento horizontal abordados no aplicativo. Inspirado na versão digital, o teste aplicado durante a oficina foi adaptado para o formato de múltipla escolha, com cinco alternativas por item. Essa escolha metodológica, alinhada ao formato amplamente utilizado em exames educacionais nacionais, como o ENEM, vestibulares e o SAEB (Sistema de Avaliação da Educação Básica) [26, 27], facilitou o processo de correção e estimulou um raciocínio mais abrangente por parte dos estudantes.
Em seguida, foi realizada uma revisão conceitual sobre os fundamentos do lançamento horizontal, conduzida de forma expositiva e dialogada. Posteriormente, os participantes resolveram três exercícios sequenciais, organizados para permitir uma comparação entre diferentes abordagens pedagógicas. O primeiro exercício foi resolvido com a orientação do professor, sem o uso do aplicativo. O segundo foi realizado com o apoio do professor e do aplicativo. Já o terceiro foi desenvolvido com o uso do aplicativo, mas sem mediação direta do docente. Essa sequência metodológica buscou proporcionar aos estudantes uma experiência comparativa entre estratégias tradicionais e mediadas por tecnologia, incentivando a reflexão crítica sobre o impacto das ferramentas digitais no processo de aprendizagem.
Por fim, os estudantes responderam a um questionário avaliativo composto por oito itens, destinado a registrar suas percepções sobre a usabilidade, clareza, interatividade e contribuição do aplicativo para a compreensão dos conteúdos de Física. Essa etapa final permitiu uma análise qualitativa da experiência pedagógica, orientando o aprimoramento da interface e seu uso em contextos educacionais futuros. Informações detalhadas sobre o instrumento – incluindo sua procedência, fundamentação teórica, construtos avaliados, versões preliminar e final, bem como instruções de aplicação e escalas de resposta – estão disponíveis no Material Suplementar B deste artigo.
3.3. Método de análises
As análises estatísticas foram conduzidas com o uso do software R [9], amplamente utilizado em pesquisas acadêmicas para manipulação de dados, visualização gráfica e inferência estatística. Inicialmente, as respostas coletadas foram organizadas em uma planilha do Microsoft Excel e, em seguida, importadas para o ambiente R. Para as análises, dos 66 estudantes inicialmente participantes, dois alunos do 2° ano do Colégio B foram excluídos da amostra, em razão da ausência de respostas nas questões de interesse. Desse modo, a amostra final considerada nas análises compreendeu 64 estudantes.
Realizaram-se análises descritivas para variáveis qualitativas e quantitativas, com o objetivo de caracterizar a amostra investigada. Entre os procedimentos aplicados, destacam-se o cálculo de frequências absolutas e relativas, a elaboração de gráficos de barras e o cálculo de medidas de tendência central e dispersão.
Diante da ausência de normalidade e da estrutura não aleatória observada nos dados, optou-se por testes de hipóteses não paramétricos na análise das variáveis numéricas, assegurando maior robustez às inferências realizadas. Além disso, foram aplicados testes de associação entre variáveis categóricas para investigar possíveis relações entre os atributos observados. Esses procedimentos permitiram uma compreensão mais ampla dos dados, contribuindo para uma análise crítica dos efeitos da intervenção pedagógica.
4. Resultados
Esta seção apresenta os principais resultados obtidos a partir da aplicação dos questionários nas oficinas realizadas com estudantes do Ensino Médio. As análises estatísticas foram organizadas em duas etapas: inicialmente, um panorama geral com base na amostra agregada das três turmas participantes; em seguida, a estratificação dos resultados por colégio e turma, permitindo uma análise mais detalhada por grupo.
4.1. Panorama geral
As questões Q1 e Q2 investigaram a preferência dos participantes quanto ao método de correção dos exercícios pelo professor e ao método de resolução adotado pelos próprios estudantes.
Os resultados revelam uma aceitação marcante da ferramenta digital. Observa-se que 96,9% dos alunos preferiram que o professor realizasse a correção dos exercícios utilizando o aplicativo, enquanto 92,2% declararam preferência por resolver as atividades com o apoio da interface. Destaca-se que a maioria dos participantes (92,2%) optou pelo uso do aplicativo em ambas as situações – tanto para correção quanto para resolução –, evidenciando uma tendência consolidada de valorização dos recursos tecnológicos no processo de aprendizagem. A Tabela 2 apresenta a distribuição conjunta dessas respostas, evidenciando a predominância do uso da ferramenta digital em todas as combinações.
Distribuição conjunta das respostas às questões Q1 (método de correção) e Q2 (método de resolução), com totais percentuais por linha e coluna, considerando todas as turmas.
Para verificar a relação entre as respostas às questões Q1 e Q2, foi aplicado o teste exato de Fisher [28]. O teste evidenciou uma associação estatisticamente significativa entre as respostas (p = 0,00496). Devido à presença de células com contagem zero na tabela, a odds ratio (OR) foi corrigida pelo método de Haldane-Anscombe [29], resultando em OR = 85,0 (IC95%: 3,39–2131,76). Esses resultados indicam que estudantes que apreciaram o uso do aplicativo pelo professor na correção tendem a preferir também resolver os exercícios com o aplicativo, sugerindo que a ferramenta apoia tanto a mediação docente quanto a autonomia dos estudantes na aprendizagem.
As questões avaliadas em escala Likert (1=pouco a 5=muito) revelam uma percepção globalmente positiva do recurso. Em Q3, 84% dos estudantes avaliaram o aplicativo como visualmente agradável e interessante, com uma média de 4,2 e mediana 4. Em Q4, 83% reconheceram que o recurso contribuiu para a compreensão dos conteúdos, com média de 4,27. A questão Q6, sobre a importância das tecnologias digitais no ensino de Física, também obteve resultados expressivos: 84% atribuíram notas 4 ou 5, com média 4,44 e mediana 5. Esses resultados reforçam o potencial da ferramenta para tornar o processo de ensino-aprendizagem mais atrativo e engajador, especialmente em uma área tradicionalmente marcada por altos índices de desinteresse.
A questão Q5, que avaliou o nível de dificuldade dos exercícios, apresentou respostas mais distribuídas. Apenas 48% dos estudantes consideraram os exercícios fáceis (nota 4 ou 5), com uma média de 3,47 e maior dispersão (desvio-padrão = 1,07). Este resultado sugere que, embora o aplicativo seja bem recebido em termos de design e contribuição didática, o grau de complexidade das atividades requer atenção, especialmente para turmas com dificuldades conceituais prévias. A Tabela 3 sintetiza as medidas descritivas, enquanto que a Figura 4 ilustra a distribuição das respostas.
Medidas descritivas referentes às questões Q3 a Q6 sobre o uso do aplicativo educacional, considerando todas as turmas.
Distribuição percentual das respostas dos estudantes para as questões Q3 a Q6, considerando todas as turmas. Fonte: Autoria própria.
Em relação ao teste diagnóstico aplicado no início da oficina, as notas variaram de 0 a 14, com média e mediana de 5,5. O primeiro quartil foi 2,5 e o terceiro 8,0, indicando ampla dispersão nas habilidades prévias dos participantes. Para avaliar a significância do desempenho dos estudantes em relação a um nível de referência mínimo, foi adotada a pontuação de 7,5, correspondente à soma da pontuação mínima esperada nos conceitos básicos de matemática e movimento (4 pontos) e metade da pontuação referente ao conteúdo central de lançamento horizontal (3,5 pontos). O teste de Wilcoxon [30] indicou que as notas dos estudantes foram significativamente inferiores a 7,5 (V = 498,5, p = 0,00014), com tamanho de efeito moderado (r = 0,48). O intervalo de confiança de 95% para a mediana, obtido por reamostragem bootstrap, foi de 4 a 7 pontos, confirmando que a maioria dos participantes apresentava desempenho abaixo do nível de referência. Esses resultados sugerem que, embora os estudantes possuam conhecimentos prévios variados, há lacunas importantes nos conceitos centrais de lançamento horizontal, reforçando a necessidade de estratégias pedagógicas complementares.
4.2. Análises por colégio e turma
A análise estratificada revelou que 25 (39,1%) dos participantes eram provenientes do Colégio A, enquanto 39 (60,9%) pertenciam ao Colégio B. Em relação à série escolar, 42 (65,6%) dos estudantes estavam matriculados no 2° ano do Ensino Médio e 22 (34,4%) no 3° ano. Conforme apresentado na Tabela 4, o padrão de preferência pelo aplicativo manteve-se consistente entre as turmas. Destaca-se o grupo do 3° B, no qual 22 alunos (100% da turma) preferiram que o professor utilizasse o aplicativo na correção dos exercícios, enquanto que 21 alunos (95,5% da turma) manifestaram preferência por utilizá-lo também na resolução individual das atividades. No total, 96,9% dos estudantes optaram pelo uso do aplicativo na correção e 92,2 % na resolução, evidenciando ampla aceitação da ferramenta digital como suporte pedagógico.
Frequências absolutas e relativas (%) das preferências pelo uso do aplicativo nas etapas de correção (Q1) e resolução (Q2), por turma.
A Tabela 5 evidencia que o Colégio A apresentou médias ligeiramente superiores nas avaliações das questões Q3 e Q4, com valores próximos a 5, indicando uma percepção altamente positiva quanto ao aspecto visual da interface e à contribuição do aplicativo para a compreensão dos conteúdos. Por outro lado, as turmas do Colégio B demonstraram maior variabilidade nas respostas, o que pode refletir diferenças nos contextos educacionais e nos níveis de domínio prévio dos conceitos abordados. A Figura 5 complementa essa análise ao ilustrar graficamente a distribuição das respostas.
Medidas descritivas referentes às questões Q3 a Q6 sobre o uso do aplicativo educacional, por turma.
Distribuição percentual das respostas dos estudantes para as questões Q3 a Q6, por turma. Fonte: Autoria própria.
As análises estatísticas, validadas por testes de Wilcoxon, reforçam essas percepções positivas. Para a questão Q3, as medianas das respostas foram significativamente superiores a 4 na turma do Colégio A (V = 144,0, p < 0,001, r = 0,10, IC95%[4; 5]) e superiores a 3 nas turmas do Colégio B (V = 124,0, p = 0,0014, r = 0,55, IC95%[4; 5] para 2°/B; V = 146,5, r = 0,14, IC95%[4; 4] para 3°/B).
De maneira semelhante, as respostas à questão Q4 indicaram resultados significativamente acima de 4 nas turmas do 2° ano (V = 110,5, p = 0,0067, r = 0,28, IC95%[4; 5] para 2°/A; V = 77,0, p = 0,0070, r = 0,01, IC95%[4; 5] para 2°/B), enquanto a turma 3°/B apresentou valores significativamente superiores a 3 (V = 158,0, r = 0,22, IC95%[4; 4]).
Esses resultados corroboram a efetividade do aplicativo no apoio ao processo de ensino-aprendizagem, indicando percepções positivas e consistentes entre as diferentes turmas.
A questão Q4, em particular, destacou a percepção dos estudantes sobre a contribuição do aplicativo para a compreensão dos conceitos de cinemática. Ao possibilitar a manipulação de variáveis e a visualização em tempo real das trajetórias, o recurso promoveu uma aprendizagem mais ativa e incentivou o raciocínio físico, configurando-se como um importante aliado na construção conceitual.
Por outro lado, a questão Q5, que avaliou a percepção sobre o nível de dificuldade dos exercícios, apresentou uma maior dispersão nas respostas. Esse resultado sugere que o grau de familiaridade dos estudantes com os conteúdos prévios pode ter influenciado sua experiência de uso, apontando para a necessidade de calibrar o nível de complexidade das atividades para diferentes perfis de turmas.
Quanto ao desempenho no teste diagnóstico, as notas dos estudantes foram categorizadas em cinco faixas de desempenho: [0-3], (3-6], (6-9], (9-12], (12-15]. A Figura 6 apresenta a distribuição percentual das notas, evidenciando que os estudantes do Colégio B apresentaram maior dificuldade, especialmente a turma do 2° ano, onde 94% obtiveram nota inferior a 6. Esse desempenho pode ter influenciado as percepções menos positivas sobre o aplicativo em Q3, Q4 e Q6. Tal constatação reforça o papel do teste diagnóstico como ferramenta estratégica para que o professor possa adaptar a mediação pedagógica às necessidades específicas de cada turma, favorecendo o engajamento e a apropriação efetiva do conteúdo.
Distribuição percentual das notas dos estudantes (agrupadas por faixas de desempenho) no teste diagnóstico, por turma. Fonte: Autoria própria.
Esses resultados reforçam o potencial do aplicativo como um recurso pedagógico inovador para o ensino de cinemática, capaz de ampliar o engajamento dos estudantes e facilitar a compreensão de conceitos abstratos. Ao mesmo tempo, destacam a importância de adaptações pedagógicas que considerem a heterogeneidade das turmas e os níveis prévios de conhecimento, garantindo um aprendizado mais inclusivo e significativo. A interface, portanto, demonstra-se uma ferramenta promissora para complementar práticas tradicionais e ampliar as possibilidades de ensino-aprendizagem no contexto da Educação Básica.
5. Discussão
5.1. Implicações pedagógicas
Os resultados apresentados reforçam o potencial do aplicativo como ferramenta pedagógica para o ensino de conceitos de cinemática no Ensino Médio. A elevada taxa de preferência dos estudantes pelo uso da interface, tanto nas correções (96,9%) quanto na resolução dos exercícios (92,2%), indica que o recurso contribuiu para tornar o processo de aprendizagem mais atrativo e interativo – um fator essencial para o engajamento em disciplinas de Ciências Exatas, tradicionalmente associadas a altos índices de desinteresse.
Sob a perspectiva pedagógica, a utilização de tecnologias digitais como a interface desenvolvida neste estudo favorece práticas alinhadas à aprendizagem ativa. Ao permitir que os estudantes manipulem variáveis, visualizem trajetórias em tempo real e testem hipóteses, o aplicativo promove uma compreensão mais profunda dos conceitos físicos envolvidos. Adicionalmente, os recursos de feedback automático e o modo “passo a passo” para a resolução dos exercícios tendem a estimular a autonomia discente, ao mesmo tempo em que fornecem ao professor informações diagnósticas sobre as principais dificuldades enfrentadas pelas turmas.
Os achados também destacam a relevância de considerar o nível de conhecimento prévio dos estudantes no planejamento pedagógico. As dificuldades conceituais identificadas nas turmas do Colégio B durante o teste diagnóstico parecem ter influenciado avaliações mais críticas do aplicativo (Q3 e Q4). Esse aspecto sugere que, para potencializar os benefícios da ferramenta, é recomendável associá-la a estratégias de revisão conceitual prévia e a atividades presenciais que permitam a construção dos pré-requisitos necessários para uma exploração eficaz dos recursos digitais.
Vale destacar que, apesar dos resultados positivos, existem barreiras que podem dificultar a implementação do aplicativo em larga escala. Entre elas, incluem-se a resistência inicial de alguns professores à adoção de novas tecnologias, a necessidade de formações continuadas que garantam o uso pedagógico efetivo da ferramenta e as limitações de infraestrutura tecnológica ainda presentes em muitas escolas públicas, como o acesso restrito à internet de qualidade ou a disponibilidade insuficiente de dispositivos adequados. Tais fatores reforçam que a aplicabilidade do aplicativo não depende apenas de sua concepção técnica e pedagógica, mas também de políticas institucionais de apoio, condições de trabalho docente e estratégias que assegurem equidade no acesso às tecnologias digitais.
5.2. Limitações e trabalhos futuros
O presente estudo, de caráter exploratório, teve como objetivo captar as percepções iniciais dos estudantes sobre o aplicativo. A metodologia foi delineada conforme as condições específicas do contexto – tempo reduzido, infraestrutura laboratorial limitada e número restrito de instrutores. As atividades foram organizadas de modo comparativo: após uma breve revisão conceitual conduzida pelo professor, os estudantes resolveram três exercícios sequenciais – o primeiro apenas com mediação docente, o segundo combinando orientação do professor e uso do aplicativo, e o terceiro exclusivamente com o recurso digital, sem intervenção direta. Essa estrutura permitiu contrastar abordagens pedagógicas distintas e estimular a reflexão crítica sobre o papel da tecnologia na aprendizagem.
O questionário aplicado foi propositalmente breve e composto por questões objetivas, de modo a preservar o tempo destinado às atividades práticas. Seus itens abordaram aspectos centrais da avaliação – usabilidade, percepção de aprendizagem e aceitação da ferramenta —, oferecendo uma visão geral das opiniões dos estudantes. Essa escolha metodológica buscou equilibrar a coleta de informações relevantes com as limitações de tempo e infraestrutura.
Uma limitação do estudo diz respeito à ausência de uma medida direta de ganho conceitual (pré e pós-teste). O delineamento priorizou o diagnóstico inicial e a análise das percepções, sem contemplar uma segunda etapa avaliativa. Essa decisão decorreu de restrições logísticas e do caráter exploratório da investigação. Estudos futuros poderão incluir um pós-teste breve, a fim de estimar possíveis ganhos conceituais e aprofundar a análise dos efeitos pedagógicos do aplicativo.
Como desdobramento, propõe-se a adoção de delineamentos experimentais mais robustos, com grupos de controle, para avaliar de forma sistemática os impactos do aplicativo sobre a aprendizagem e o desempenho dos estudantes. Pretende-se também incorporar análises mais robustas de validade de conteúdo e confiabilidade das escalas empregadas ([31, 32]), reforçando a consistência dos resultados. Recomenda-se ainda a avaliação longitudinal da ferramenta em sala de aula, ao longo de um bimestre ou semestre, de modo a acompanhar não apenas ganhos imediatos, mas também a evolução conceitual, o desenvolvimento de estratégias de resolução de problemas e a autonomia dos estudantes no uso de tecnologias digitais. Para tanto, sugere-se combinar dados quantitativos – como desempenho em testes diagnósticos e taxa de acertos nas atividades – com dados qualitativos obtidos por entrevistas ou questionários aplicados a professores e alunos. Essa triangulação permitirá avaliar tanto a eficácia pedagógica do aplicativo no médio prazo quanto seus efeitos mais duradouros sobre o engajamento e a aprendizagem.
Por fim, considera-se pertinente expandir o aplicativo para outros conteúdos de Física, como dinâmica, energia e eletromagnetismo, incorporando elementos de gamificação para potencializar a motivação discente. Essa ampliação poderá aumentar sua aplicabilidade em diferentes contextos educacionais e fortalecer seu alinhamento aos currículos do Ensino Médio. Parcerias institucionais, especialmente com secretarias de educação, poderão viabilizar sua implementação em larga escala e a formação continuada de professores, contribuindo para a disseminação de práticas pedagógicas inovadoras e para a consolidação do uso de tecnologias digitais na educação pública.
6. Considerações Finais
Este trabalho apresentou o desenvolvimento e a avaliação de um aplicativo educacional interativo voltado ao ensino dos tipos de lançamentos (horizontal e oblíquo), conteúdos centrais da cinemática no 1° ano do Ensino Médio. Os resultados obtidos a partir das oficinas realizadas com estudantes de escolas públicas em Curitiba evidenciaram o potencial da ferramenta para tornar o processo de ensino-aprendizagem mais dinâmico, significativo e alinhado às demandas contemporâneas pelo uso de tecnologias digitais na educação.
As análises indicaram que a interface não apenas facilitou a compreensão dos conceitos físicos por parte dos estudantes, mas também despertou maior engajamento e interesse nas atividades propostas. Tais evidências reforçam a importância de integrar recursos digitais ao ensino de Física, especialmente em contextos onde limitações estruturais, climáticas ou de segurança dificultam a realização de práticas experimentais em campo. Além disso, a possibilidade de manipular parâmetros e observar os efeitos em tempo real favorece a aprendizagem ativa e a reflexão conceitual.
Atualmente, a educação pública do Paraná faz uso de diversas plataformas educacionais, gerenciadas e acompanhadas diretamente pela Secretaria de Estado da Educação (SEED). Em conversas com professores das escolas parceiras, muitos destacaram limitações nos recursos disponíveis. Entre as críticas mais recorrentes, destacam-se o fato de que esses materiais não dialogam plenamente com a realidade brasileira e apresentam restrições que comprometem a autonomia docente em sala de aula.
Nesse contexto, o desenvolvimento de aplicativos educacionais como o aqui proposto busca: (1) alinhar-se de maneira mais próxima à realidade dos estudantes brasileiros, valorizando o diálogo contínuo com escolas da educação básica; e (2) oferecer flexibilidade para apoiar o trabalho docente sem restringir a autonomia pedagógica dos professores.
Como estratégia para a implementação efetiva deste e de outros aplicativos nas escolas da rede pública, pretende-se estabelecer diálogo com a SEED-PR, a fim de identificar as melhores formas de integração dessas ferramentas às tecnologias já utilizadas no sistema educacional. Caso essa parceria seja concretizada, esperase que a comunicação com professores e estudantes seja facilitada pelos canais institucionais já existentes. Além disso, os programas de formação continuada oferecidos pela Secretaria poderão representar um caminho viável para o treinamento e o suporte técnico necessários aos profissionais que utilizarão as interfaces desenvolvidas.
Embora o cenário educacional brasileiro apresente desafios estruturais e culturais, os resultados desta pesquisa indicam que tais barreiras são superáveis. A elevada aceitação da interface interativa nas oficinas sugere que estratégias pedagógicas mediadas por tecnologia, especialmente quando contextualizadas à realidade dos estudantes, podem reverter, ainda que parcialmente, quadros de desinteresse e passividade. Nesse sentido, o uso de recursos digitais deve ser visto como ferramenta para despertar engajamento e participação em estudantes afastados de experiências significativas de aprendizagem.
Dessa forma, a interface desenvolvida configura-se como uma contribuição inovadora para o ensino de Física, com potencial para apoiar professores na construção de práticas mais interativas e contextualizadas, além de promover nos estudantes uma aprendizagem mais autônoma e significativa.
Material suplementar
O seguinte material suplementar está disponível online:
Material Suplementar A
Material Suplementar B
Disponibilidade de Dados
O conjunto de dados completo que apoia os resultados deste estudo está disponível mediante solicitação ao autor correspondente:
Nome do autor correspondente: Milena Tamer NasserMotivo da restrição: A divulgação pública dos dados poderia violar a Lei Geral de Proteção de Dados (LGPD).
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Marcello Ferreira https://orcid.org/0000-0003-4945-3169
