A Inteligência Artificial Generativa no Ensino de Física: potencialidades, desafios e implicações pedagógicas

Autores

  • Jose Robson Maia UEC-Universidade Estadual do Ceará
  • Marcelo UFA-Universidade Federal do Acre
  • Wagner UFAL-Universidade Federal de Alagoas
  • Fábio Física da Universidade de Brasília
  • Daniel UFSC-Universidade Federal de Santa Catarina
  • Paulo UFF-Universidade Federal Fluminense

Palavras-chave:

Tecnologias na Educação, Inteligência Artificial Generativa (IAG), Ensino de Física, Personalização do Aprendizado

Resumo

Este artigo analisa o uso da Inteligência Artificial Generativa (IAG) na educação, com ênfase nas realidades, potencialidades e implicações pedagógicas para o ensino de Física. Embora as aplicações da Inteligência Artificial (IA) na educação datem da década de 1970, os recentes avanços em ferramentas de IAG acessíveis, como o ChatGPT, Gemini e Claude, têm ampliado as possibilidades e transformado a percepção de sua utilização em contextos educativos. Essas tecnologias têm se destacado por facilitar tarefas docentes, como a elaboração de materiais didáticos e a criação de imagens, além de oferecer potencial como tutores personalizados para estudantes. Entretanto, o uso consciente dessas ferramentas é essencial, uma vez que a dependência excessiva pode comprometer a autonomia dos estudantes, reduzir a interação social, gerar questões éticas relacionadas à autoria e levar à aceitação acrítica de informações incorretas. Neste artigo, exploramos a integração da IAG no ensino de Física, destacando suas funcionalidades, vantagens e desafios. São analisados aspectos como a personalização do aprendizado, o suporte à criação de materiais didáticos e o estímulo ao pensamento crítico, além de práticas pedagógicas que favorecem uma aprendizagem significativa. Adicionalmente, discutem-se limitações como a dependência tecnológica e os riscos associados ao uso inadequado, com o objetivo de promover uma reflexão crítica sobre o impacto dessa tecnologia na educação.

Biografia do Autor

Fábio, Física da Universidade de Brasília

Doutor em Física teórica e professor Associado do Instituto de Física da Universidade de Brasília. Desenvolve atividades de pesquisa nas áreas de estrutura da matéria e ensino de ciências. Atualmente coordena o Programa de Pós Graduação Ensino de Física do IF-UnB.

Referências

ALWAQDANI, M. Investigating teachers’ perceptions of artificial intelligence tools in education: potential and difficulties. Educ Inf Technol (2024). Disponível em: https://doi.org/10.1007/s10639-024-12903-9. Acesso em: 28 nov. 2024.

AMIN, M. M.; CAMBRIA, E.; SCHULLER, B. W. Will affective computing emerge from foundation models and general artificial intelligence? A first evaluation of ChatGPT. IEEE Intelligent Systems, v. 38, n. 2, p. 15-23, 2023. Disponível em: https://arxiv.org/abs/2303.03186. Acesso em: 28 nov. 2024.

BARABÁSI, A.-L.; ALBERT, R. Emergence of scaling in random networks. science, v. 286, n. 5439, p. 509-512, 1999. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1126/science.286.5439.509. Acesso em: 28 nov. 2024.

BILLINGHURST, M.; DÜNSER, A. Augmented Reality in the Classroom. IEEE, 2012. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/6171143. Acesso em: 28 nov. 2024.

BITZENBAUER, P. ChatGPT in physics education: A pilot study on easy-to-implement activities. Contemporary Educational Technology, v. 15, n. 3, ep430, 2023. Disponível em: https://doi.org/10.30935/cedtech/13176. Acesso em: 28 nov. 2024.

BULGER, M. Personalized Learning: The Conversations We’re Not Having. Data & Society Research Institute, 1-33, 2016. Disponível em: https://datasociety.net/pubs/ecl/PersonalizedLearning_primer_2016.pdf. Acesso em: 28 nov. 2024.

BOROVSKÝ, D.; HANČ, J.; HANČOVÁ, M. Innovative approaches to high school physics competitions: Harnessing the power of AI and open science. In: Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2024. p. 012011. Disponível em: https://doi.org/10.48550/arXiv.2309.02986. Acesso em: 28 nov. 2024.

CARBONELL, J. R. AI in CAI: An artificial-intelligence approach to computer-assisted instruction. IEEE Transactions on Man-Machine Systems, v. 11, n. 4, p. 190-202, 1970. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/4081977. Acesso em: 28 nov. 2024.

CASTANHEIRA, M.; SOUZA, P. V. S.; MAIA, J. R.; GIRARDI, D.; MONTEIRO, F. F. A revolução da inteligência generativa artificial e do aprendizado na educação básica: o caso do ChatGPT no contexto brasileiro. Experiências em Ensino de Ciências, v. 1, 2024. Disponível em: https://fisica.ufmt.br/eenciojs/index.php/eenci/article/view/1378. Acesso em: 28 nov. 2024.

Chen, L.; Chen, P.; Lin, Z. Artificial Intelligence in Education: A Review. IEEE Access, 8, 75264-75278, 2020. Disponível em: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2988510. Acesso em: 28 nov. 2024.

CHOUNTA, I.-A.; BARDONE, E.; RAUDSEP, A.; PEDASTE, M. Exploring teachers’ perceptions of artificial intelligence as a tool to support their practice in Estonian K-12 education. International Journal of Artificial Intelligence in Education, v. 32, p. 725-755, 2022. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1007/s40593-021-00243-5. Acesso em: 28 nov. 2024.

CORBETT, A. T.; KOEDINGER, K. R.; ANDERSON, J. R. Intelligent tutoring systems. In: HELANDER, M. G.; LANDAUER, T. K.; PRABHU, P. V. (Eds.). Handbook of human-computer interaction. 2. ed. North-Holland, 1997. p. 849-874. Disponível em: http://act-r.psy.cmu.edu/wordpress/wp-content/uploads/2012/12/173Chapter_37_Intelligent_Tutoring_Systems.pdf. Acesso em: 28 nov. 2024.

FABRO, C. Meta AI: confira tudo sobre IA do WhatsApp, Instagram e Facebook. TechTudo, 19 out. 2024. Disponível em: https://www.techtudo.com.br. Acesso em: 22 nov. 2024.

FAKHAR, H.; LAMRABET, M.; ECHANTOUFI, N.; EL KHATTABI, K.; AJANA, L. Artificial intelligence from teachers’ perspectives and understanding: Moroccan study. International Journal of Information and Education Technology, v. 14, n. 6, p. 856-862, 2024. Disponível em: https://www.ijiet.org/vol14/IJIET-V14N6-2111.pdf. Acesso em: 28 nov. 2024.

GEE, J. P. What Video Games Have to Teach Us About Learning and Literacy. Computers in Entertainment, 2003. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1145/950566.950595. Acesso em: 28 nov. 2024.

GIRAFA, L.; KHOLS-SANTOS, P. Inteligência Artificial e Educação: conceitos, aplicações e implicações no fazer docente. Educação em Análise, 8(1), 116-134, 2023. Disponível em: https://ojs.uel.br/revistas/uel/index.php/educanalise/article/view/48127. Acesso em: 28 nov. 2024.

GRAESSER, A. C., et al. AutoTutor: A tutor with dialogue in natural language. Behavior Research Methods, 2005. Disponível em: http://dx.doi.org/10.3758/BF03195563. Acesso em: 28 nov. 2024.

GREGORCIC, B.; POLVERINI, G.; SARLAH, A. ChatGPT as a tool for honing teachers' Socratic dialogue skills. Physics Education, v. 59, n. 4, p. 045005, 2024. Disponível em:https://doi.org/10.48550/arXiv.2401.11987. Acesso em: 28 nov. 2024.

GWON, Y. N. et al. The Use of Generative AI for Scientific Literature Searches for Systematic Reviews: ChatGPT and Microsoft Bing AI Performance Evaluation. JMIR Medical Informatics, v. 12, p. e51187, 2024. Disponível em: https://medinform.jmir.org/2024/1/e51187/. Acesso em: 28 nov. 2024.

HARARI, Y. N. Sapiens: uma breve história da humanidade. São Paulo: Companhia das Letras, 2011.

HUNTER, C.; BOWEN, B. E. We’ll never have a model of an AI major-general: Artificial Intelligence, command decisions, and kitsch visions of war. Journal of Strategic Studies, v. 47, n. 1, p. 116-146, 2024. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1080/01402390.2023.2241648. Acesso em: 28 nov. 2024.

KREIJNS, K., et al. Identifying the pitfalls for social interaction in computer-supported collaborative learning environments: a review of the research. Computers in Human Behavior, 2003. Disponível em: https://doi.org/10.1016/S0747-5632(02)00057-2. Acesso em: 28 nov. 2024.

IQBAL, N.; AHMED, H.; AZHAR, K. A. Exploring teachers’ attitudes towards using ChatGPT. Global Journal for Management and Administrative Sciences, v. 3, n. 4, p. 97–111, 2022. Disponível em: https://gjmasuok.com/index.php/gjmas/article/view/163. Acesso em: 28 nov. 2024.

KHALIL, M.; ER, E. Will ChatGPT get you caught? Rethinking of plagiarism detection. In: ZAPHIRIS, Panayiotis; IOANNOU, Andri (Eds.). *Learning and Collaboration Technologies*. Cham: Springer, 2023. p. 475–487. Disponível em: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-031-34411-4_32. Acesso em: 28 nov. 2024.

LAUPICHLER, M. C.; ASTER, A.; SCHIRCH, J.; RAUPACH, T. Artificial intelligence literacy in higher and adult education: A scoping literature review. Comput. Educ.: Artif. Intell., 3, 100101, 2022. Disponível em: https://doaj.org/article/2ca8c286af754b7c84fee83f93070ad5. Acesso em: 28 nov. 2024.

LIN, X. -F. el al. Teachers’ Perceptions of Teaching Sustainable Artificial Intelligence: A Design Frame Perspective. Sustainability, 14(13), 7811, 2022. Disponível em: https://doi.org/10.3390/su14137811. Acesso em: 28 nov. 2024.

MILL, D. Educação a distância: cenários, dilemas e perspectivas. Revista Educação Pública, v. 25, n. 59, supl. 2, p. 432-454, 2016. Disponível em: https://periodicoscientificos.ufmt.br/ojs/index.php/educacaopublica/article/view/3821. Acesso em: 28 nov. 2024.

MONTEIRO, F. F.; SOUZA, P. V. S.; SILVA, M. C.; MAIA, J. R.; GIRARDI, D. ChatGPT in Brazilian K-12 science education. Frontiers in Education, v. 9, p. 1321547, 2024. Disponível em: https://www.frontiersin.org/journals/education/articles/10.3389/feduc.2024.1321547/full. Acesso em: 28 nov. 2024.

MUSTOFA, H. A.; BILAD, M. R.; GRENDIS, N. W. B. Utilizing AI for Physics Problem Solving: A Literature Review and ChatGPT Experience. Lensa: Jurnal Kependidikan Fisika, v. 12, n. 1, p. 78-97, 2024. Disponível em: https://pdfs.semanticscholar.org/e57f/7f5063e3dfc8781f1a24ff117a774f960dd8.pdf. Acesso em: 13 nov. 2024.

OCDE. TALIS 2018 Results (Volume I): Teachers and School Leaders as Lifelong Learners. OECD Publishing, 2019. Disponível em: https://doi.org/10.1787/1d0bc92a-en. Acesso em: 28 nov. 2024.

PETRINA, S. Sidney Pressey e a automação da educação, 1924-1934. Technology and Culture, Baltimore, v. 45, n. 2, p. 305-330, 2004. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/236827543_Sidney_Pressey_and_the_Automation_of_Education_1924-1934. Acesso em: 28 nov. 2024.

POLVERINI, G.; GREGORCIC, B. Performance of ChatGPT on the test of understanding graphs in kinematics. Physical Review Physics Education Research, v. 20, n. 1, p. 010109, 2024. Disponível em: https://journals.aps.org/prper/abstract/10.1103/PhysRevPhysEducRes.20.010109. Acesso em: 28 nov. 2024.

RODRIGUES, K. S.; RODRIGUES, O. S. A inteligência artificial na educação: os desafios do ChatGPT. Texto Livre, 16, e45997-e45997, 2023. Disponível em: https://periodicos.ufmg.br/index.php/textolivre/article/view/45997. Acesso em: 28 nov. 2024.

SANT´ANA, F. P.; SANT´ANA, I. P.; SANT´ANA, C. C. Uma utilização do ChatGPT no ensino. Com a Palavra, o Professor, [S. l.], v. 8, n. 20, p. 74–86, 2023. DOI: 10.23864/cpp.v8i20.951. Disponível em: http://revista.geem.mat.br/index.php/CPP/article/view/951. Acesso em: 21 dez. 2024.

SATO, K. Exploring the Educational Landscape of AI: Large Language Models’ Approaches to Explaining Conservation of Momentum in Physics. arXiv, 2024. Disponível em: https://arxiv.org/pdf/2407.05308v1. Acesso em: 13 nov. 2024.

SCHWAN, S.; RIEMPP, R. The cognitive benefits of interactive videos: Learning to tie nautical knots. Learning and Instruction, 2004. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959475204000337. Acesso em: 28 nov. 2024.

SIONTIS, K. C. et al. ChatGPT hallucinating: can it get any more humanlike?. European heart journal, v. 45, n. 5, p. 321-323, 2024. Disponível em: https://academic.oup.com/eurheartj/article/45/5/321/7471676. Acesso em: 28 nov. 2024.

TAVARES, L. A.; MEIRA, M. C.; AMARAL, S. F. do. Inteligência Artificial na Educação: Survey / Artificial Intelligence in Education: Survey. Brazilian Journal of Development, [S. l.], v. 6, n. 7, p. 48699–48714, 2020. Disponível em: https://ojs.brazilianjournals.com.br/ojs/index.php/BRJD/article/view/13539. Acesso em: 28 nov. 2024.

TOZETTO NETO, L. Potenciais usos e limitações éticas do ChatGPT na educação. Trabalho de conclusão de curso. São Paulo: Universidade Federal de São Paulo. Campus Reitoria, 2023. Disponível em: https://repositorio.unifesp.br/server/api/core/bitstreams/38890f9d-4844-4186-a641-e1e1ff7830b2/content. Acesso em: 20 dez. 2024.

VILLARINHO, J. Canva: 3 recursos de inteligência artificial que você pode usar de graça. TechTudo, 24 ago. 2024. Disponível em: https://www.techtudo.com.br. Acesso em: 25 nov. 2024. Disponível em: . Acesso em: 28 nov. 2024.

WHEELER, S.; SCHERR, R. E. ChatGPT reflects student misconceptions in physics. In: Proceedings of the Physics Education Research Conference (PERC). 2023. p. 386-390. Disponível em: https://www.per-central.org/items/perc/5794.pdf. Acesso em: 28 nov. 2024.

YU, H.; GUO, Y. Generative Artificial Intelligence Empowers Education Reform: Current Status, Issues and Prospects. Frontiers in Education, 8, 1183162, 2023. Disponível em: https://doi.org/10.3389/feduc.2023.1183162. Acesso em: 28 nov. 2024.

ZAVALA, G.; TEJEDA, S.; BARNIOL, P.; BEICHNER, R. J. Modifying the test of understanding graphs in kinematics. Physical Review Physics Education Research, v. 13, n. 2, p. 020111-1–020111-16, 2017. Disponível em: https://journals.aps.org/prper/abstract/10.1103/PhysRevPhysEducRes.13.020111. Acesso em: 28 nov. 2024.

ZHANG, B.; ZHU, J.; SU, H. Toward the third generation artificial intelligence. Science China Information Sciences, v. 66, n. 2, p. 121101, 2023. Disponível em: https://link.springer.com/article/10.1007/s11432-021-3449-x#citeas. Acesso em: 28 nov. 2024.

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Publicado

2024-12-30

Como Citar

Maia, J. R. . ., Silva, M. C. da, Silva, W. ., Monteiro, F. ., Girardi , D., & Souza, P. V. . (2024). A Inteligência Artificial Generativa no Ensino de Física: potencialidades, desafios e implicações pedagógicas . Com a Palavra, O Professor, 9(25), 213–237. Recuperado de http://revista.geem.mat.br/index.php/CPP/article/view/1082

Edição

v. 9 n. 25 (2024): (setembro/dezembro) Número Temático: "Explorando a Inteligência Artificial na Educação"

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