O experimento denominado “Queda Livre - Galileo” é projetado para a explanação dos conceitos do MRUV, aceleração da gravidade e interpretação dos gráficos do MRUV. Os conceitos do conteúdo programático abordados foram avaliados através de questionários após as demonstrações.
Essa atividade é a primeira em que fazemos uso de filmagem e de um software de aquisição de dados a partir da filmagem de um determinado evento. Nesse experimento utilizamos câmeras fotográficas e/ou celulares, um bastão de medição, cronômetros, uma bola de fresco Ball e computadores. Os conceitos físicos envolvidos são da aceleração da gravidade, força peso, queda livre e equação horária do movimento. Nessa atividade eles também aprendem conceitos da tecnologia da informação como: pixels, frames, aquisição de dados, análise de imagens e vídeos, vídeoanálise, confecção em tempo real de gráficos e tabelas, ajuste de curvas e captura de dados direto da tela.
Para realizar a aquisição de dados do experimento utilizamos o software livre Tracker [5], ligado ao projeto Open Source Physics. Este é um projeto de desenvolvimento de programas com códigos abertos destinados ao ensino-aprendizado da física. O programa Tracker permite realizar análise de vídeos quadro a quadro, com o que é possível o estudo de diversos tipos de movimento a partir de filmes feitos com câmeras digitais ou webcams e computadores comuns. Entendemos que, através do uso desta tecnologia, professores e estudantes de física tem condições objetivas de desenvolver experimentos significativos e atividades de laboratório de baixo custo, mas alta qualidade acadêmica, o que pode ser muito útil no ensino-aprendizado da física.
Uso de CTS no Projeto
Motivamos a atividade explanando para os estudantes as diversas utilidades dos softwares de aquisição de dados. Damos certa ênfase aos softwares de data mining como os softwares Oracle e SAP. Discorremos sobre o fato de nossa sociedade atual ser uma sociedade da informação e etc.
METODOLOGIA
Essa atividade é realizada de preferência durante o período que o professor supervisor está ministrando o conteúdo de MRUV. Antes da aula atividade reunimos os bolsistas e discutimos o experimento e como os conceitos deveriam ser abordados. A atividade se inicia com um dos bolsistas ou o coordenador do projeto fazendo a introdução da aula e explicando como será realizada a aula. Distribuímos uma folha de atividade para cada estudante de modo que cada um deles possa desenvolver as atividades e reelaborarem os conceitos vistos em aula. Antes de realizarmos o experimento fazíamos
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algumas tentativas de se realiza-lo usando somente uma trena e um cronometro. Após observarmos a dificuldade em realiza-lo é que partíamos para a atividade.
Em seguida faz-se a montagem do aparato experimental e o procedimento de filmagem. O experimento consistia em se abandonar uma esfera (bola) e filmar a sua queda. Passávamos a imagem para o computador e fazíamos a aquisição de imagem e analisa de imagem usando o Tracker. O responsável pela aula faz a passagem do arquivo com as filmagens para um dos laptop e distribui aos outros bolsistas. Cada bolsista reúne seu grupo de alunos e abre o arquivo contendo o filme com o software tracker. Com a assistência dos estudantes os bolsistas realizam a análise do vídeo e o gráfico do movimento. De posse deste eles fazem o ajuste de curva obtendo o valor da aceleração da gravidade local.
Se o experimento fosse realisado no nono ano do ensino fundamental usávamos na aula o próprio gráfico feito pelo Tracker. Se fosse realizado no ensino médio transportávamos os dados para uma planilha eletrônica tipo excell e fazíamos os gráficos. Nesta atividade discutíamos a relação entre a forma do gráfico Y x t e o movimento da queda livre. Obtínhamos graficamente o valor da gravidade local.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Através dessa experimentação os estudantes puderam ver concretamente que a velocidade da partícula aumentava linearmente com o tempo e que o espaço percorrido variava com o quadrado do tempo. Tendo assim a possibilidade de ter uma aprendizagem significativa dos conteúdos abordados em sala de aula.
Através da simples filmagem da queda de uma bola abandonada a 2 metros do solo os alunos puderam entender o significado de palavras comuns à cinemática tais como: queda livre, aceleração da gravidade e força peso. Através dessa atividade lúdica os estudantes puderam associar os conceitos abstratos e matemáticos desenvolvidos em sala com os fatos experimentais que levaram a definição e formulação desses conceitos. Em poucas palavras, eles puderam ter uma aprendizagem significativa.
Pela análise da filmagem os estudantes puderam capturar as posições da esfera em seu percurso de queda até o solo, capturar sua posição a cada frame, confeccionar sua tabela e seu gráfico em tempo real, sem a necessidade de se fazer o gráfico manualmente.
Observamos que nesta atividade, devido ao pequeno uso de cálculos matemáticos, houve uma boa compreensão dos conceitos físicos envolvidos, não necessitando de uma reformulação na sua estrutura pedagógica.
Devido ao fato dos estudantes usarem pela primeira vez um software de análise de vídeo, eles ficaram um pouco receosos. Mas, só o fato dos estudantes estarem filmando e manuseando o computador compensa as dificuldades iniciais por parte dos estudantes com o manuseio do software Tracker. Os estudantes ficaram espantados ao observar
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como o software Tracker ia construindo o gráfico do movimento à medida que eles capturavam as posições da bola em queda livre.
Os resultados obtidos indicam uma melhora significativa da motivação para o estudo de física em todas as turmas. Apesar de uma melhora significativa na compreensão destes, a atividade mostrou ser muito elaborada, já que tinham que conhecer ou manusear o software Tracker.
No inicio do projeto (2011), devido às dificuldades experimentais, nos restringíamos ao experimento da canaleta de Galileu. Com a introdução do software de análise de imagens Tracker, pudemos estender nossas atividades à experimentos que ocorrem em um intervalo de tempo muito curto. Ao utilizarmos este software constatamos que os estudantes não tinham mais que se preocupar em fazer a tabela e seu gráfico. Estes passaram a se preocupar mais com o fenômeno da queda livre – a Física por detrás do fenômeno.
Através da análise dos relatórios dos estudantes, constatou-se que apesar dos estudantes participantes terem melhorado a sua compreensão dos conteúdos de cinemática, a sua capacidade de descrever o fenômeno físico continua muito limitada. Na sequência do projeto pretendemos introduzir a metodologia do Peer Struction, para tentarmos resolver este problema
Através de entrevistas com o professor destas turmas foi possível constatar que houve uma melhora significativa no empenho e aplicação dos estudantes no estudo de ciências. Após a aplicação destas aulas em uma turma a outra já aguardava pelas nossas aulas.
Por outro lado, os nossos bolsistas começaram a ficar, também, entusiasmados com o projeto. Começaram a perceber a viabilidade de se introduzir experimentos dentro de suas aulas, que é o objetivo central do projeto.