Física prática : uma proposta para a construção de um material didático com foco investigativo

INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

PROGRAMA DE PÓS- GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA

MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA

ROBSON FONTAN JUBINI

FÍSICA PRÁTICA: UMA PROPOSTA PARA A CONSTRUÇÃO DE UM

MATERIAL DIDÁTICO COM FOCO INVESTIGATIVO

Cariacica 2017

ROBSON FONTAN JUBINI

FÍSICA PRÁTICA: UMA PROPOSTA PARA A CONSTRUÇÃO DE UM

MATERIAL DIDÁTICO COM FOCO INVESTIGATIVO

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física-Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, ofertado pela Sociedade Brasileira de Física em Parceria com o Instituto Federal do Espírito Santo, campus Cariacica como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em ensino de Física.

Orientador: Prof. Dr. Bernardo Brunoro Dilem

Cariacica 2017

(Biblioteca do Campus Cariacica do Instituto Federal do Espírito Santo)

J91f Jubini, Robson Fontan

Física prática: uma proposta para a construção de um material didático com foco investigativo / Robson Fontan Jubini – 2017.

85 f. : il.; 30 cm

Orientador: Bernardo Brunoro Dilem

Dissertação (mestrado) – Instituto Federal do Espírito Santo, Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, 2017.

1. Ensino de física – Metodologias educacionais. 2. Aprendizagem significativa. 3. Práticas investigativas. I. Dilem, Bernardo Brunoro. II. Instituto Federal do Espírito Santo – Campus Cariacica. III. Sociedade Brasileira de Física. IV. Título.

A minha família que sempre me apoia, a minha esposa Francielle, os meus filhos Rayssa e Ruan e aos meus pais Pedro e Nilcéa, que além de apoio o carinho recebido é incondicional.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus por ter me dado a vida e permitido buscar sempre algo novo e me protegido durante estes dois anos nessas idas e vindas pelas estradas.

Aos familiares: meu pai, minha mãe, minha esposa, meus filhos, meus irmãos, pelo incentivo e por sempre estarem do meu lado.

Ao meu Orientador Bernardo Brunoro Dilem, pelo apoio, dedicação, empenho, trocas de experiências e horas de paciência em me orientar.

Ao coordenador Marcelo e a todos os professores do PPGEFis do IFES pela contribuição em meu processo formativo e também pela paciência com a nossa turma.

À CAPES, por proporcionar a possibilidade da realização deste mestrado através do apoio financeiro por meio da bolsa concedida.

À Turma do Mestrado Profissional em Física: pela amizade, ajuda, descontração, paciência e troca de experiências. Em especial ao meu amigo e companheiro de viagens Natan, pelas valiosas trocas de ideias.

Aos meus compadres, Marcelo e Michely, e ao meu sobrinho Sandro, por me dar abrigo durante estes dois anos de estudos em Vitória.

Ao IFES campus Venda Nova do Imigrante, por permitir a realização do projeto e, em especial, as minhas turmas, por terem aceitado o desafio de participarem dele.

“Pouco conhecimento faz com que as pessoas se sintam orgulhosas. Muito conhecimento, com que se sintam humildes.” (Leonardo da Vinci)

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA

RESUMO

Sabemos que mudanças na metodologia é fundamental para a melhora do processo de ensino-aprendizagem. Pensando nisto, o trabalho aqui proposto sugere ao professor uma mudança no que diz respeito às atividades laboratoriais, saindo de um método tradicional, conhecido como “receita de bolo”, para um método investigativo, onde o aluno passa a ter papel fundamental na elaboração, discussão e conclusão das atividades propostas. Com a utilização do método investigativo, pretendemos proporcionar aos alunos uma aprendizagem significativa, tal como definida por Marco Antônio Moreira em interpretação aos trabalhos de David Ausubel, tornando-os mais participativos durante todo processo. A mudança de metodologia sugerida não é tão fácil, mas também não é impossível, e não é engessada, cabendo aos professores os ajustes que julgarem necessários. Como contribuição, o trabalho traz sugestões de relatórios, roteiros e questionários que poderão ser utilizados por outros professores na execução das práticas investigativas que executamos. Além dos roteiros, o trabalho apresenta os resultados obtidos nas aplicações destas práticas, mostrando que os alunos obtiveram um grande avanço com o processo desenvolvido. Por fim, apresentamos também os resultados de um questionário de opinião aplicado aos alunos, mostrando grande aceitação da nova metodologia por parte destes. Toda mudança requer desafios, deixamos aqui um modelo de atitudes que pode estreitar os laços entre os alunos, entre os alunos e os professores e, principalmente, entre os alunos e o conhecimento científico.

Palavras Chaves: Ensino de Física; Metodologias Educacionais; Aprendizagem Significativa; Práticas Investigativas.

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA

ABSTRACT

It is well known that changes in methodology are fundamental to improve the teaching-learning process. It is on that count that the present work suggests to the teacher a change in laboratory activities, replacing the traditional method, which is basically just follow a recipe, with an investigative one, where the students are ought play a fundamental role in the elaboration, discussion and conclusion of the proposed activities. Using the investigative method, we intend to provide students with meaningful learning, as presented in the interpretations of Marco Antônio Moreira to the works of David Ausubel, making them more participatory throughout the process. The suggested methodology change is not so easy, but it is not impossible either, and it is not fixed, instead it is up to the teachers to make the adjustments they deem necessary. As a contribution, this work brings some suggestions for reports, scripts and questionnaires that other teachers may use in the execution of the investigative practices we carry out. In addition to the scripts, the work presents the results obtained in the applications of those practices, showing that the students have had a great advance in understanding due to the developed process. Finally, we also present the results of an opinion questionnaire applied to the students in order to evaluate the methodology we used, showing great acceptance by them. Every change requires challenges, and we leave here a model of attitudes that can strengthen the bonds between students, between students and teachers, and especially between students and scientific knowledge.

Keywords: Physics Teaching; Educational Methodologies; Meaningful Learning; Investigative Practices.

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA ... 11 1.1 OBJETIVOS ... 13 1.1.1 Objetivo geral ... 13 1.1.2 Objetivos específicos ... 13 1.2 VISÂO GERAL ... 14 2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 16

2.1 TEORIA DA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA (TAS) ... 16

2.2 LABORATÓRIO TRADICIONAL X ATIVIDADES INVESTIGATIVAS ... 19

2.3 TRABALHOS RELACIONADOS ... 23

3 PROCEDIMENTO E APLICAÇÃO ... 24

3.1 CONTEXTO DO ESTUDO ... 24

3.2 SUJEITOS DA PESQUISA ... 24

3.3 PRÁTICAS REALIZADAS ... 25

3.3.1 Carrinho de ratoeira (cinemática) ... 25

3.3.2 Resultados obtidos com o carrinho de ratoeira ... 29

3.3.3 Experimentos sobre hidrostática ... 33

3.3.4 Análise das respostas sobre o experimento de hidrostática ... 39

4 OPINIÃO DOS ALUNOS SOBRE AS PRÁTICAS UTILIZADAS ... 68

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 79

5.1 METAS ALCANÇADAS ... 80

5.2 PRODUÇÕES GERADAS E FUTURAS ... 81

5.3 AGRADECIMENTOS E PERSPECTIVAS FUTURAS ... 81

REFERÊNCIAS ... 82

1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA

Visto que a humanidade vive um acelerado e constante processo de evolução em suas mais diversas áreas de conhecimento, dentre elas a educação, e que a cada dia surgem novos métodos, estratégias e ferramentas de ensino, os profissionais desta área devem manter-se sempre atualizados, antenados às mudanças e transformações para que possam acompanhá-las e, desta forma, obter um maior aproveitamento no processo ensino-aprendizagem.

Há muito tempo, os educadores e os currículos, orientam uma reforma educacional na rede pública de ensino brasileira, entretanto sabemos que existem grandes dificuldades a serem superadas. Umas destas dificuldade é estabelecer práticas educativas mais amplas, com foco não somente em conhecimentos fragmentados em disciplinas, mas também conhecimentos que sejam assimilados efetivamente, relacionados entre as disciplinas e, principalmente, com o cotidiano do estudante.

O ensino de física, nas escolas de ensino médio, é bastante discutido e, em meio a estas discussões, muitas propostas de mudanças são apontadas pelos profissionais da área. Haja visto que a atual metodologia não consegue despertar, em boa parte dos alunos, um considerável interesse pela disciplina em questão, dificultando o desenvolvimento de habilidades básicas que os ajudariam a entender e interpretar melhor o mundo ao seu redor.

Segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN’s) o conhecimento em Física tornou-se indispensável à formação da cidadania contemporânea, e deve estar incorporado à cultura como instrumento tecnológico-científico. Os PCN’s, com a finalidade de ofertar recursos que possibilitem tal objetivo, organizam um conjunto de competências que o jovem necessita ter para vivenciar e atuar no mundo em que está inserido, sabendo lidar com situações presentes e futuras. Esperamos, com isso, que a Física aprendida na escola será mais prazerosa com conexão e com a vivência cotidiana dos alunos.

Esperamos que, no ensino médio, o ensino de Física contribua para a inserção científica do aprendiz, fazendo dele um cidadão que possa participar, discutir e opinar sobre os processos sociais como um ser pensante e ativo. Diante disso, nós professores, como sendo um dos principais agentes para que isso ocorra, deveremos propor e criar meios que melhorem a qualidade do ensino proporcionado aos alunos, apesar dos próprios PCN’s reconhecerem que não existe uma receita pronta para isso.

Diante deste cenário, uma sugestão de mudança é a realização de aulas baseadas nos conceitos de aprendizagem significativa e investigativa, propostas por David Ausubel, onde os conhecimentos prévios dos alunos são levados em consideração e reformulados através da abordagem dos conteúdos e sua relação com as práticas experimentais, desenvolvendo com isso suas capacidades investigativas. Segundo Sales e Barbosa é necessário:

Desmistificar o ensino de Física, apontar para um caminho lúdico e prazeroso, reduzir a dicotomia teoria-prática e explorar uma Física fenomenológica, contextualizada e interdisciplinar. (SALES; BARBOSA, 2004, p.1).

Para AUSUBEL, é importante reiterar que a aprendizagem significativa se caracteriza pela interação entre conhecimentos prévios e conhecimentos novos, e que essa interação é não-literal e não-arbitrária. Nesse processo, os novos conhecimentos adquirem significado para o sujeito e os conhecimentos prévios adquirem novos significados ou maior estabilidade cognitiva.

MOREIRA (1999) afirma que “temos uma escola do século XIX, com professores do século XX e para alunos do século XXI”. Sendo assim, uma vez que o atual processo de ensino não estimula os estudantes a aprender, a necessidade de novas estratégias e de novas metodologias para se ter um ensino de qualidade é urgente.

Visando um melhor desempenho dos alunos, o projeto apresentado consiste na elaboração e a implementação de práticas investigativas (experimentos) que proporcionem ao aluno uma aprendizagem significativa, aumentando sua

compreensão e despertando seu interesse pela física. Tais práticas serão realizadas no laboratório ou em sala de aula, e construídas de acordo com a necessidade e o desenvolvimento do conteúdo a ser estudado. Neste trabalho, desenvolveremos práticas na área da cinemática, especificamente em velocidade e aceleração, e da hidrostática, focando conceitos como pressão, força e empuxo. Futuramente, aplicaremos os métodos aqui desenvolvidos a outras áreas da física, ampliando assim a abrangência de nosso trabalho. A escolha por estas áreas do conhecimento da Física se deu por se tratar de conteúdos que abrangem grande parte dos conceitos ensinados na mecânica, partindo de itens iniciais de cinemática, como velocidade e aceleração, até partes mais abrangentes, como de hidrostática, onde se pode utilizar conceitos de força, desenvolvidos anteriormente nas Leis de Newton, introduzir e esclarecer dúvidas sobre pressão e encerrar com a fundamentação e importância do conceito de empuxo. Esses trabalhos foram desenvolvidos em turmas de primeiro e segundo ano do ensino médio, pois onde foram desenvolvidos, a cinemática faz parte dos conteúdos do primeiro ano e a hidrostática é capítulo inicial do segundo ano do ensino médio.

1.1 OBJETIVOS

Abaixo serão estabelecidos os objetivos gerais e específicos que norteiam o presente trabalho.

1.1.1 Objetivo geral

Proporcionar ao aluno uma aprendizagem significativa, através de práticas investigativas (experimentos), aumentando sua compreensão e interesse pela Física, desmitificando alguns conceitos.

1.1.2 Objetivos específicos

• consolidar a necessidade de aulas práticas para a compreensão mais ampla de conceitos.

• associar conceitos físicos de sala de aula com o cotidiano.

• relacionar o entendimento dos conceitos físicos de antes das aulas práticas, com os conceitos após prática.

• aprimorar a utilização das aulas práticas investigativas no processo de ensino-aprendizagem.

Como descrito anteriormente, no objetivo, o projeto visa proporcionar aos alunos uma aprendizagem significativa, onde a participação dos mesmos durante a exposição dos conceitos e conteúdos abordados (cinemática e hidrostática), nas realizações de atividades e na execução das práticas é parte integrante do trabalho. A parte conceitual será desenvolvida em sala de aula, com discursões sobre os temas, aula expositiva, realização de atividades, vídeos, entre outros. Nesta parte, os alunos devem construir seus conceitos sobre o tema, apoiando-se também em seus conhecimentos prévios. A parte prática será realizada após a execução da parte conceitual, em sala de aula, no laboratório ou até mesmo em outro espaço da escola, que seja adequado para realizações das atividades. É nessa parte que os alunos terão oportunidade de testar os conceitos adquiridos e, se necessário, esclarecer algumas dúvidas ainda pertinentes sobre o assunto desenvolvido. Após estas etapas será feito um diálogo para fechamento do assunto, intervenção do professor e avaliação das práticas desenvolvidas. Neste momento o professor irá conduzir todas as ações, se tornando o responsável pelo esclarecimento das possíveis dúvidas que ainda existam sobre os conteúdos abordados, estreitando a distância entre o aluno e o conhecimento físico.

1.2 VISÂO GERAL

Esta dissertação está dividida da seguinte forma: no próximo capítulo (capítulo 2), exporemos os principais aspectos das teorias que fundamentam nosso trabalho, atenção especial será dada à Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS) de David Ausubel, segundo a interpretação de Marco Antônio Moreira, e aos trabalhos sobre laboratório investigativo. Em seguida, ainda no segundo capítulo, faremos uma breve revisão da literatura sobre artigos e dissertações cujos temas são semelhantes ao nosso e que nos foram de alguma ajuda durante a elaboração deste trabalho.

Nos terceiro e quarto capítulos, entraremos de fato no principal assunto desta dissertação. Enquanto, no terceiro abordaremos com detalhes as práticas realizadas e analisaremos os resultados que obtivemos, no quarto exporemos a análise do método empregado e a aceitação por parte dos alunos, tendo como base as opiniões por eles expressas via questionário aplicado.

No quinto e último capítulo, faremos nossas considerações finais, apresentaremos nossas conclusões e falaremos dos trabalhos gerados e das nossas perspectivas futuras. Ainda, no apêndice 1, será apresentado o produto educacional, fruto do presente trabalho.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

Neste capítulo abordaremos primeiramente a Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS) de David Ausubel, segundo as interpretações de Marco Antônio Moreira. Está teoria é base responsável pela fundamentação teórica de todo nosso trabalho. Em seguida discutiremos a utilização de práticas investigativas no ensino de física, em lugar das práticas tradicionais, como destacado por Antônio Tarciso Borges (BORGES, 2002) e Anna Maria Pessoa de Carvalho (CARVALHO, 1999), em concordância com a TAS, previamente abordada. Por fim, faremos uma breve revisão da literatura, citando alguns trabalhos relacionados com atividades investigativas e com os temas escolhidos para nossas práticas, a saber: Cinemática e Hidrostática.

2.1 TEORIA DA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA (TAS)

O presente trabalho apoia-se na Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS) de David Ausubel, baseado nas interpretações de Marco Antônio Moreira sobre modelos mentais e outros, e também em práticas investigativas, desenvolvidas à partir do aproveitamento da aprendizagem significativa.

Na teoria de David Ausubel, podem ser identificados três tipos de aprendizagem distintas: a aprendizagem cognitiva, onde se consiste em armazenar na memória, o que se aprende de maneira organizada; a aprendizagem afetiva, ligada aos aspectos emocionais, tais como alegria, dor, tristeza, etc.; e a aprendizagem psicomotora, ligadas a respostas musculares devido a alguma atividade física. A aprendizagem cognitiva nesse aspecto se torna a base da aprendizagem significativa.

A aprendizagem significativa, segundo David Ausubel é definida como:

(...) aquela em que ideias expressas simbolicamente interagem de maneira substantiva e não-arbitrária com aquilo que o aprendiz já sabe. Substantiva quer dizer não-literal, não ao pé-da-letra, e não-arbitrária significa que a interação não é com qualquer ideia prévia, mas sim com algum conhecimento especificamente relevante já existente na estrutura cognitiva do sujeito que aprende.

A estes conhecimentos relevantes do sujeito que aprende, e que o permitem dar significado a um novo conhecimento que lhe é apresentado ou por ele descoberto, David Ausubel (AUSUBEL, 2003) dá o nome de subsunçor, ou ideia-âncora. Segundo MOREIRA (1999), estes subsunçores podem ser um símbolo já significativo, um conceito, uma proposição, um modelo mental ou mesmo uma imagem. Enfim, um subsunçor será qualquer conhecimento prévio relevante, ou seja, que interaja com os novos conhecimentos adquiridos, dando a eles maior significado. No presente trabalho, abordaremos temas relacionados aos conteúdos de cinemática e hidrostática e esperamos que conceitos tais como distância, tempo, velocidade, força e volume, que admitiremos como conhecidos pelos alunos, sirvam como subsunçores para a construção de novos conhecimentos, como pressão, empuxo, etc.

Outro ponto a se destacar é a relação entre a aprendizagem significativa e a aprendizagem usual (conhecida decoreba). Mesmo sendo distintas, MOREIRA (2012) destaca que ambas estão ao longo de um mesmo contínuo, existindo entre elas uma chamada “zona cinza”, como mostra a figura 1 a seguir:

Fonte: Imagem extraída do artigo “O que é afinal aprendizagem significativa” de Marco Antônio Moreira (2012)

MOREIRA (2012) aponta ainda, que a existência deste contínuo entre a aprendizagem usual e significativa é devido à alguns fatores, tais como: a passagem da aprendizagem mecânica para a aprendizagem significativa não é natural, ou automática; a aprendizagem significativa é progressiva, a construção de um subsunçor é um processo de captação, diferenciação, reconciliação de significados que não é imediato; a aprendizagem significativa depende da captação de significados, um processo que envolve uma negociação entre discentes e docentes e que pode ser longo.

Diante deste aspecto, Moreira (1999) aponta outro fator determinante para a aprendizagem significativa:

A outra condição é que o aprendiz manifeste uma disposição para relacionar de maneira substantiva e não arbitrária o novo material, potencialmente significativo, à sua estrutura cognitiva. Esta condição implica que, independentemente de quão potencialmente significativo seja o material a ser aprendido, se a intenção do aprendiz for simplesmente de memorizá-lo, arbitrária e literalmente, tanto o processo de aprendizagem como o produto serão mecânicos (ou automáticos).

No intuito de garantir tal condição, a ligação entre teoria e prática se torna um ponto essencial para um melhor processo de ensino-aprendizagem, onde os aprendizes passam a ter mais interesse pela ciência e suas inovações. Trabalhar com aulas práticas para aproximar o conteúdo teórico desenvolvido nas aulas com os fenômenos físicos é um fator desafiador, mas, como destaca GIORDAN (1999), os professores de ciências têm o conhecimento que o fato de se usar experimentação em suas aulas, pode despertar interesse entre os aprendizes em diversos níveis de escolarização. Aliado a essa visão, MOREIRA (1999) destaca a dimensão cognitiva, baseada na concepção de modelos mentais, onde os aprendizes fazem uma analogia entre o fenômeno que se tem contato e sua representação, composto por elementos e relações. Nesse processo, os novos conhecimentos adquirem significado para o aprendiz e os conhecimentos prévios adquirem novos significados ou maior estabilidade cognitiva.

Vale aqui ressaltar que o presente trabalho tem como foco não apenas a utilização de aulas práticas, mas principalmente utilizar práticas investigativas, como será discutido em maiores detalhes na próxima seção. Segundo AZEVEDO (2004), uma atividade investigativa, seja ela em sala de aula ou no laboratório, se torna uma importante estratégia no ensino de física. Mas para tanto, o aluno deve abandonar o papel de mero expectador ou observador, e passar a ser o principal agente do processo, passando a discutir, explicar, refletir, relatar, sobre o trabalho desenvolvido, de maneira a dar sentido no que está sendo investigado, ou seja, entender o fenômeno. AZEVEDO (2004) destaca ainda a importância da utilização de questões ou problemas abertos: “a colocação de uma questão ou problema aberto como ponto de partida é ainda um aspecto fundamental para a criação de um novo conhecimento”. A autora ressalta que com isso pode-se estreitar a distância entre a aprendizagem mecânica e aprendizagem significativa, surgindo a necessidade de preparar experiências, de coletar dados, analisá-los, formular hipóteses. Isso leva os alunos a encarar os conceitos, as atividades, como projetos ou processos de investigação, levando-os desde de ter atitudes como duvidar de certas afirmações, confrontar resultados, a adquirirem o desejo de experimentar e despertar a curiosidade. Segundo HODSON (1992), os estudantes desenvolvem melhor seus conhecimentos conceituais e aprendem mais sobre ciências quando trabalham com investigações científicas.

2.2 LABORATÓRIO TRADICIONAL X ATIVIDADES INVESTIGATIVAS

Há mais de 2300 anos Aristóteles já defendia: “(...) quem possua a noção sem a experiência, e conheça o universal ignorando o particular nele contido, enganar-se-á muitas vezes no tratamento”. Mesmo sendo destacada a bastante tempo por Aristóteles, a parte experimental passou a ter realmente papel essencial na consolidação das ciências a partir do século XVII. Neste período, Galileu atribui à experimentação um papel central no fazer ciência, o de legitimadora. E juntamente com ele destaca-se Bacon e Descartes.

Além do importante papel da experimentação para a consolidação da ciência, sua utilização para fins de ensino, como já destacado na seção anterior, pode diminuir a distância entre a aprendizagem mecânica e a aprendizagem significativa, bem como

despertar o interesse do aluno. Diante disso, com a necessidade de se inovar o ensino da ciências (em geral) e, em especial, da física, há a possibilidade de se substituir o laboratório tradicional, aquele que o aluno realiza atividades práticas, seguindo um roteiro fechado, linear, previamente determinado pelo professor, como analisa BORGES (2002), em interpretações à TAMIR (1991), por atividades investigativas (laboratório investigativo), onde os alunos, utilizando-se de seus conhecimentos prévios, como destaca AUSUBEL (2003), possam através de problemas abertos e investigativos, resolvê-los sem a direção imposta pelo professor.

Para representar as semelhanças e/ou diferenças destes laboratórios, tradicional ou investigativo, BORGES (2002), destaca a figura 2 abaixo:

Na figura observamos os contrastes entre o laboratório tradicional e o investigativo sob três pontos de vista: grau de abertura, objetivo e atitude do aluno. Com isso observamos a passividade dos alunos no laboratório tradicional em contraste com sua interação e liberdade no laboratório investigativo.

Outra forma de mostrar a diferença de um problema fechado (tradicional) e um problema aberto (investigativo), foi proposta por TAMIR (1991) e também discutida

Figura 2 – Comparação entre os laboratórios tradicional e investigativo

Fonte: Figura retirada do artigo “Novos rumos para o laboratório escolar de ciências”, de autoria de BORGES (2002)

por BORGES (2002), é a de analisar e classificar em níveis de investigação o processo a ser realizado, como mostrado na figura 3 abaixo.

O nível 0 representa o extremo do problema fechado (tradicional), o aluno só deverá seguir um roteiro previamente definido e fechado, coletando dados e confirmando ou não as conclusões. Já nos níveis 1 e 2 o aluno passa a participar mais (problemas abertos), no nível 1 ele recebe os problemas e procedimentos e, através da coleta de dados e de investigações, define suas conclusões, enquanto no nível 2, o aluno recebe somente a situação problema e cabe a ele definir procedimentos, coletar dados, investigar e elaborar suas conclusões, tendo assim ainda mais a liberdade nas ações. No nível 3, o mais aberto de investigação, cabe ao aluno o comando de todo processo, desde a formulação do problema até às conclusões.

Nessa mesma vertente, CARVALHO (1999), baseada na figura 4, descrita por PELLA (1969), enumera os graus de liberdade intelectual que os professores proporcionavam a seus alunos, discutindo não em níveis, mas em grau de liberdade os laboratórios práticos aplicados aos alunos.

Fonte: Figura retirada do artigo “Novos rumos para o laboratório escolar de ciências”, de autoria de BORGES (2002)

Nesta tabela, como destaca CARVALHO (1999), onde (P) indica professor e (A) indica aluno, o grau I compreende o laboratório fechado, “receita de cozinha”, já do grau II em diante o aluno passa a ter mais liberdade em suas ações, características do laboratório investigativo. No grau II os alunos, através das coletas de dados feita por eles, chegam as suas próprias conclusões. No grau III e IV, o professor passa a oferecer somente o problema aos alunos e, algumas vezes com levantamento de hipóteses ou não, sendo os alunos livres para desenvolver seu plano de trabalho, obter dados e chegar as suas conclusões. Já o nível V, maior grau de liberdade, o aluno se torna responsável por todo processo, desde o problema até suas conclusões.

Diante dessas duas classificações propostas – TAMIR (1991) por níveis ou PELLA (1969) por graus – podemos apontar como os trabalhos são desenvolvidos durante o ensino de ciências: como são os laboratórios utilizados para o processo ensino-aprendizagem. Apesar de nomes distintos, podemos fazer comparações entre as características das duas classificações propostas, como por exemplo: quando TAMIR (1991) classifica um laboratório como nível 0, PELLA (1969), aponta este como grau I de liberdade. Já o nível 1, se assemelha ao grau II, o nível 2, ao III e IV e o nível 3, ao grau V, sendo este último muito utilizado em feiras de ciências. Com isso, aproveitando os conhecimentos prévios dos alunos (subsurçores) e as mudanças na forma de se ensinar com a utilização de atividades investigativas, propostas por AZEVEDO (2004), BORGES (2002), CARVALHO (1999), esperamos obter alunos mais participativos, mais independentes, e que alcancem a aprendizagem significativa.

Figura 4 – Classificação do laboratório de ciências quanto ao grau de liberdade

Fonte: Figura retirada do capítulo “As práticas experimentais no ensino de física”, de autoria de CARVALHO (1999), da coleção Ideias em ação

2.3 TRABALHOS RELACIONADOS

Dentro da proposta do projeto, que é analisar a utilização de experimentos investigativos para a busca de uma aprendizagem significativa; podemos encontrar diversos trabalhos relacionados, não só com a parte experimental, mas também com as áreas de conhecimento escolhidas, que estão dentro da mecânica (especificamente em cinemática e hidrostática), e com atividades investigativas dentro do ensino de ciências em geral.

Dentre esses trabalhos, podemos citar as dissertações: “Proposta de Utilização de Sequências Didáticas Investigativas para o Estudo do Conceito de Velocidade no Ensino Médio”, de Whortton Vieira Pereira sob orientação da Profª Drª Simone Aparecida Fernandes Anastácio, apresentada no Mestrado Profissional em Ensino de Física da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) e “Atividades investigativas, como estratégia para o ensino-aprendizagem em Ciências: Propostas e Aprendizagens” de Simony Suely Paes de Souza sob a orientação da Profª Drª Luiza Nakayama apresentada no mestrado em educação, ciências e matemática da Universidade Federal do Pará (UFPA).

Ainda dentro desta linha temos alguns artigos, como “Análise das ideias dos alunos sobre hidrostática” de Ana Paula Sebastiany, Ivan Francisco Diehl, João Batista Siqueira Harres e Michelle Camara Pizzato (Física na Escola 2009); “Aulas experimentais na perspectiva construtivista: proposta de organização do roteiro para aulas de física” de Cleci T. Werner da Rosa e Álvaro Becker da Rosa (Física na Escola 2012) e “Princípio de Arquimedes: uma abordagem experimental” de Luiz Marcelo Darroz e Carlos Ariel Samudio Pérez (Física na Escola 2011).

Todos os trabalhos acima citados foram utilizados como apoio ou consulta no desenvolvimento das atividades propostas na presente dissertação.

3 PROCEDIMENTO E APLICAÇÃO

3.1 CONTEXTO DO ESTUDO

O presente projeto foi desenvolvido no campus Venda Nova do Imigrante do Instituto Federal do Espírito Santo (Ifes), localizado na cidade de Venda Nova do Imigrante - região serrana do estado do Espírito Santo, a cerca de 100km de Vitória. O campus oferece cursos técnicos integrados ao ensino médio em administração e agroindústria, com turmas em tempo integral e duração de 3 anos. Oferece também curso de graduação nas seguintes áreas: Ciências e Tecnologia de Alimentos (CTA), Letras e Administração. A carga horária da disciplina de física para as turmas do ensino médio é de duas aulas semanais, tendo cada aula a duração de 50 minutos. A escola conta hoje com aproximadamente 650 alunos, divididos entre os três anos de ensino médio dos cursos técnicos e entre os cursos de graduação.

O campus possui uma ótima estrutura física e conta com excelentes profissionais, o que certamente ajudou na realização das atividades previstas. Vale aqui destacar a existência de um bom laboratório de física, com equipamentos diversos que abrangem praticamente toda a física abordada no ensino médio. Dispõe também de monitores de física para o laboratório, que podem auxiliar os alunos nas realizações das práticas. A escola possui ainda bons laboratórios de informática e uma ótima biblioteca, onde os alunos puderam realizar suas pesquisas, quando necessário, ou mesmo esclarecer as dúvidas que por ventura surgiam no decorrer das explicações ou realizações das práticas.

3.2 SUJEITOS DA PESQUISA

Como veremos em maiores detalhes na próxima seção, neste projeto trabalhou-se com duas práticas distintas, sendo a primeira utilizada em duas turmas do primeiro ano (carrinho de ratoeira) e a segunda em uma turma do segundo ano (experimentos sobre hidrostática), todas pertencentes aos cursos técnicos, ou em administração ou em agroindústria, integrados ao ensino médio.

Desta forma, nosso público alvo consiste em alunos entre 14 e 16 anos de idade, das turmas acima citadas. Essas turmas foram escolhidas pelo fato de serem turmas em que eu lecionava, facilitando assim os momentos de encontro. Os trabalhos foram aplicados do início de maio ao fim de junho de 2015, com as turmas do primeiro ano, e de abril até o meados do mês de maio de 2016, com a do segundo, incluindo as partes práticas e discursão de resultados, num total estimado de 8 horas/aula de atividades para o primeiro ano e de 12 horas/aula para o segundo. Devido ao grande número de aulas estimado para a execução do projeto e à baixa carga horária da disciplina de física, a maior parte de sua execução se deu em horário extraclasse, o que não representou qualquer problema, uma vez que o projeto pedagógico dos cursos integrais prevê a realização deste tipo de atividades.

Como descrito anteriormente no objetivo, o projeto visa proporcionar aos alunos uma aprendizagem significativa, onde os mesmos terão participação plena durante a exposição dos conceitos dos conteúdos abordados (cinemática e hidrostática), nas realizações de atividades e na execução das práticas. A parte conceitual será desenvolvida em sala de aula, com discussões sobre os temas, aula expositiva, realização de atividades, vídeos, entre outros. Nesta parte os alunos devem construir seus conceitos sobre o tema, apoiando-se também em seus conhecimentos prévios. A parte prática foi realizada após a execução da parte conceitual, onde puderam testar os conhecimentos adquiridos.

3.3 PRÁTICAS REALIZADAS

Foram executadas duas práticas: o carrinho de ratoeira, com as turmas do primeiro ano, e experimentos sobre hidrostática, com a do segundo. Abaixo descreveremos como se deu a realização de cada uma delas.

3.3.1 Carrinho de ratoeira (cinemática)

O primeiro trabalho desenvolvido foi o projeto sobre o carrinho de ratoeira, que abrange o conteúdo da cinemática, dinâmica, energia, entre outros, mas, o foco principal foi descrever os conceitos referentes somente à cinemática. Nesse projeto, de acordo com a classificação proposta por BORGES (2002), o nível de investigação

no laboratório de ciências seria o nível 2 – apenas a situação problema é dada, o aluno tem total liberdade para a construção do experimento (carrinho), coletas de dados, medições e conclusões. O professor entra como orientador para elucidar possíveis dúvidas e como interventor nas discussões finais, após os grupos responderem a um questionário com perguntas sobre os procedimentos adotados na construção, materiais utilizados e conclusões obtidas por eles.

Este projeto foi realizado na seguinte ordem:

1º) O professor dividiu a sala em grupos de 5 ou 6 alunos e expôs o trabalho para os grupos, orientando onde deveriam pesquisar sobre o assunto, tendo como principal fonte de pesquisa a internet (canal do youtube). Neste momento, foi entregue aos grupos um pequeno guia, mostrado na figura 5 abaixo, para as orientações na montagem do relatório e construção do carrinho:

Figura 5 - Proposta de montagem do carrinho de ratoeira

CARRINHO DE RATOEIRA -PROPOSTA- ► CONSTRUÇÃO/MONTAGEM DO CARRINHO

O grupo deverá pesquisar em livros e principalmente na internet, especificamente no canal YouTube, no endereço www.youtube.com, imagens ou vídeos que sirvam de modelo para a construção dos seus respectivos carrinhos.

► MONTAGEM DO RELATÓRIO

O grupo deverá escrever um relatório contendo os seguintes itens: - Materiais utilizados na construção do carrinho;

- Procedimentos de montagem do carrinho;

- Aspectos importantes para a montagem do carrinho;

- Conceitos ou Leis da Física envolvidos na construção e funcionamento do carrinho. ► ENTREGA DO RELATÓRIO E DO CARRINHO MONTADO

Será definida uma data, entre 15 ou 20 dias após a presente data, para que o grupo entregue o relatório digitado ao professor, juntamente com o carrinho devidamente montado, para a realizações de testes.

2º) Os grupos se reuniram em momentos extraclasse, com um prazo pré-estipulado de 15 a 20 dias, para discutir e executar as estratégias de construção e montagem dos carrinhos. Durante este prazo, eles também deveriam escrever um relatório descrevendo todo o processo, incluindo materiais utilizados, procedimentos de montagem, leis ou conceitos físicos envolvidos, etc. Tal relatório seria entregue ao final do prazo, juntamente com o carrinho montado.

Como o principal foco do projeto é o conteúdo de cinemática, foi proposto aos grupos que construíssem um carrinho para atingir maiores velocidades ao final de um deslocamento pré-definido e um carrinho para atingir o maior deslocamento possível, para uma competição entre eles. Nas figuras 6, 7 e 8 abaixo vemos alguns dos carrinhos entregues pelos grupos.

Figura 6 - Carrinho entregue por um dos grupos

Fonte: Arquivo pessoal

Figura 7: O mesmo carrinho visto de cima

Figura 8: Carrinho entregue por outro grupo

Fonte: Arquivo pessoal

3º) No dia combinado, o professor encontrou-se com as turmas para recolher os relatórios e os carrinhos montados. Neste momento também foram realizadas as competições de carrinho mais veloz e de maior distância percorrida, tal como havia sido proposto anteriormente.

4º) Em um último encontro, realizado em sala de aula e separadamente em cada turma, foi feito um debate sobre os resultados obtidos desde a proposta, passando pela construção e finalizando com os testes realizados. Neste debate os grupos colocavam suas opiniões sobre o trabalho desenvolvido, sobre a importância de se fazer uma boa pesquisa e de se trabalhar em equipe. Aproveitando o momento foram lançadas algumas perguntas aos grupos quanto à construção do carrinho, ao desempenho dos mesmos e sobre o fato de pesquisarem o melhor modelo, algo que ficou livre para cada grupo. Após essas perguntas, foi dado aos grupos o questionário abaixo, mostrado na figura 9, que depois de respondido serviu como ponto de partida para as discussões e considerações finais.

Figura 9 – Questionário sobre o carrinho de ratoeira CARRINHO DE RATOEIRA

- QUESTIONÁRIO –

1) Qual a influência do tamanho da roda do carrinho na sua velocidade? E na distância final percorrida?

2) Qual a influência do tamanho da haste na ratoeira para o desempenho do carrinho na velocidade? E na distância percorrida?

Analisando o quantitativo de aulas (ou de tempo, como é o caso do segundo item), temos a seguinte divisão: no item 1 foi utilizada uma aula para exposição do que deveria ser pesquisado e montado. No item 2, realizado fora do horário de aula, foi dado um prazo entre 15 e 20 dias para que pudessem montar o carrinho e o relatório sobre o processo de montagem e conceitos físicos envolvidos. Nos itens 3 e 4, foram utilizadas duas aulas para cada, para realização dos testes, aplicação do questionário e discursões dos resultados, resultando assim em um total de 5 aulas durante um tempo total de aproximadamente um mês. O quadro 1 abaixo resume este quantitativo:

Quadro 1 – Quantitativo de aulas/tempo gasto com o projeto do carrinho de ratoeira

Item Descrição Nº de aulas/tempo gasto

1º) Apresentação da proposta 1 aula

2º) Montagem e confecção de relatório De 15 a 20 dias 3º) Entrega e competições 2 aulas

4º) Debate com as turmas 2 aulas

Total 5 aulas/aproximadamente um mês

Fonte: Dados obtidos com aplicação do projeto

Na próxima subseção analisaremos as respostas obtidas com a aplicação do questionário mostrado na figura 5.

3.3.2 Resultados obtidos com o carrinho de ratoeira

Para analisar as respostas obtidas com o questionário da figura 5, foi criado um critério para apontar as respostas coerentes ou incoerentes com conceitos físicos e com o que foi observado durante a aplicação do 3º item. As respostas foram classificadas em RESPOSTAS COERENTES (RC) e RESPOSTAS INCOERENTES (RIC), conforme descrição:

RESPOSTAS COERENTES (RC): serão consideradas respostas coerentes as

observados nos testes, apresentando um raciocínio lógico coeso. Não será importante para análise se a resposta está totalmente correta, mas sim que tenha fundamentos convincentes e mostre traços de aprendizagem significativa.

RESPOSTAS INCOERENTES (RIC): serão consideradas incoerentes as respostas

que fugirem por completo de um raciocínio lógico, do que foi visto nos testes e dos conceitos físicos envolvidos. Será considerada errada esta resposta.

Em relação às questões propostas anteriormente, obteve-se as seguintes respostas:

1ª) Qual a influência do tamanho da roda do carrinho na sua velocidade? E na distância final percorrida?

►Na primeira turma:

De acordo com a classificação das respostas:

RESPOSTA COERENTE (RC)

G1/ G2/ G3/ G7 – “Quanto maior o raio da roda, maior a distância percorrida e, quanto menor o tamanho da roda, maior a velocidade".

RESPOSTAS INCOERENTES (RIC)

G4 – “A roda deve ser fina pelo fato de proporcionar melhor velocidade, quanto mais fina a roda mais ele vai andar e maior será sua velocidade".

G5 – “O tamanho da roda do carrinho interfere na velocidade, pois dependendo do peso do corpo do carrinho, vai precisar de uma roda grande para estabilizar o peso do corpo ocasionando leveza e diminuição da resistência da gravidade e do ar".

G6 – “A importância das rodinhas é que se tiver uma grande atrás e pequena na frente o carrinho tem mais impulso".

Os grupos foram unanimes em afirmar que rodas menores teriam maiores velocidades e rodas maiores teriam maiores distâncias, com isso, todas as respostas apontadas pela turma são consideradas RESPOSTAS COERENTES.

2ª) Qual a influência do tamanho da haste na ratoeira para o desempenho do carrinho na velocidade? E na distância percorrida?

► Na primeira turma:

RESPOSTAS COERENTES (RC)

G1/ G2/ G4/ G6 – “Quanto maior for o tamanho da haste, maior é a distância percorrida pelo carrinho e, quanto menor for a haste, maior a velocidade atingida pelo carrinho".

G5 – “Fizemos um primeiro teste sem haste e, percebemos que a força da mola sobre o eixo traseiro era grande fazendo o eixo girar sem sair do lugar, já em um segundo teste com a haste está força foi dividida produzindo movimento no carrinho e possibilitou um tempo maior de movimento".

G7 – “A haste aumenta a velocidade final e a velocidade média e, aumenta a distância".

RESPOSTA INCOERENTE (RIC)

G3 – “Com a haste ele pegará menos impulso, pois a haste está longe do eixo e por este motivo anda mais devagar, mas viajará maiores distâncias".

►Na segunda turma:

RESPSOTAS COERENTES (RC)

G1 – “Se a haste for maior que o comprimento do carrinho, ela pode esbarrar no chão, fazendo com que o carrinho pare de andar, tendo uma distância curta percorrida. Se a haste e o carrinho forem proporcionais o carrinho terá uma velocidade média maior".

G2/ G3/ G4/ G5/ G6 – “Quanto maior for a haste, maior será a distância percorrida, porém com menos velocidade. E quanto menor a haste menor a distância percorrida, porém com maior velocidade".

Foi possível observar, com as respostas dadas pelos grupos envolvidos, que para a primeira pergunta, feita nas duas turmas, 77% das respostas foram satisfatórias, enquanto 23%, não atingiram o objetivo e, para a segunda pergunta, também nas duas turmas, 92% das respostas foram satisfatórias, enquanto 8% não atingiram o objetivo. Diante deste resultado é possível descrever que os objetivos desejados foram alcançados, pois pode-se perceber que os alunos, em sua maioria, se aproveitaram bem dos seus subsunçores (conhecimentos prévios) e conseguiram fazer uma ligação entre teoria e prática demostrando aprendizagem significativa com o conteúdo proposto.

Logo após a entrega das respostas foi aberta outra rodada de debates, pois os grupos em sua maioria responderam corretamente a influência do tamanho das rodas e da haste para o desempenho do carrinho, mas não aplicaram este conhecimento em sua construção, o que sucitou novas perguntas: como por exemplo: Porque não utilizaram rodas ou hastes maiores? As respostas, em sua maioria, apontaram a dificuldade na construção, a disponibilidade de material e até mesmo a aposta em um só desafio como motivo. Mas o que pode ser observado é que esse tipo de atividade desperta nos alunos o interesse pela disciplina, uma maior interação, uma melhor absorção e compreensão do assunto tratado, possibilitando aos mesmos a construção dos seus conhecimentos e assimilação da matéria. Por fim, os debates após a realização dos experimentos são de grande importância, pois através das perguntas e respostas obtidas pelos alunos é possível efetuar os esclarecimentos de algumas dúvidas que ainda existam e corrigir alguns conceitos ou definições sobre o experimento desenvolvido.

Este projeto, pelo alto grau de liberdade que foi estabelecido para os alunos, teve seus pontos positivos e negativos. De pontos positivos podemos destacar a autonomia nas decisões do projeto, interação entre os participantes, responsabilidade com as datas de execução e entrega. Já entre os pontos negativos destacamos os seguintes: com o alto grau de liberdade, alguns grupos executaram o projeto sem nenhuma

preocupação com o resultado final e com as tarefas que foram definidas para serem executadas pelo carrinho, como as competições, e simplesmente cumpriram a data de entrega. Além disso, muitos não montaram os relatórios com todos os itens pedidos, ou montaram de maneira bem resumida. Outro ponto negativo é que, em conversa com os alunos, percebe-se em alguns casos a não participação de todo grupo pois, como o professor não está acompanhando o processo de montagem e redação dos relatórios, isso é possível.

Diante destes pontos negativos, percebe-se que alguns grupos só cumpriram algumas formalidades para garantir uma avaliação no final, uma nota na execução do projeto. Por este motivo, no novo experimento, que será descrito na próxima subseção, foram mudadas as estratégias de montagem, execução, relatos e conclusões, bem como o grau de liberdade, que foi reduzido em um nível segundo a classificação de BORGES (2002).

3.3.3 Experimentos sobre hidrostática

Como citado acima, os experimentos sobre hidrostática foram realizados com um grau de liberdade um pouco menor, nível 1 segundo a classificação proposta por BORGES (2002). Neste nível de abertura, o problema e os procedimentos são definidos pelo professor, normalmente através de um roteiro ou questionário (como no nosso caso), e aos alunos cabe coletar os dados e tirar suas conclusões.

A execução do trabalho foi dividida em três momentos distintos, sendo eles um pré-teste antes da realização dos experimentos (1º momento), a realização dos experimentos seguidos de um pós-teste (2º momento) e a discursão dos resultados e conclusões finais, momento reconciliador (3º momento). Tal divisão foi adotada de modo que o primeiro momento, com a aplicação do pré-teste, nos servisse de

parâmetro, nos permitindo avaliar posteriormente qual a contribuição dos

experimentos no processo de aprendizagem dos alunos. O segundo momento é aquele em que de fato realiza-se as atividades práticas e, como ressalta BORGES (2002), é importante para que os estudantes exponham suas ideias e expectativas, discutindo o significado de suas observações e interpretações. Por fim, o terceiro momento é aquele em que o os alunos refletem sobre o que foi aprendido, tendo o

professor como mediador das discussões. Este é o momento de se discutir as falhas e limitações da atividade prática. A seguir, explicaremos com maiores detalhes cada um dos três momentos.

1º MOMENTO:

Logo após o término das aulas teóricas, a turma foi dividida em grupos de 4 ou 5 alunos, aos quais foram aplicados questionários (pré-teste) em forma de relatório sobre os temas estudados. Neste momento, os grupos realizaram debates internos, sem nenhum tipo de consulta (como livros, internet, professor, entre outros), com o objetivo de chegarem a resposta mais comum possível dentro do grupo, e responderam ao relatório sem a realização das práticas experimentais, contando apenas com os seus conhecimentos prévios e conceitos e ideias que foram formados durante as aulas. Para realização deste momento foi utilizado uma aula de 50 minutos, com os grupos reunidos em sala de aula. Este pré-teste não foi devolvido aos grupos, pois o mesmo seria aplicado novamente durante a execução dos experimentos, possibilitando-os retomar as discussões sobre as situações já vistas sem se apoiarem no que haviam respondido anteriormente, mas com a possibilidade de mudanças diante do que seria presenciado nos experimentos. As figuras 10, 11, 12 e 13, abaixo, mostram os roteiros/questionários aplicados.

Figura 10: Roteiro/questionário sobre o primeiro experimento de hidrostática

- HIDROSTÁTICA –

Parte da Física que estuda fluidos em equilíbrio. Onde estudamos massa específica (densidade), pressão de sólidos, pressão hidrostática e atmosférica, teorema de Stevin, princípio de Pascal e o Teorema de Arquimedes.

Dentro destes conteúdos conseguimos entender alguns acontecimentos em nosso cotidiano, como por exemplo: o ato de se usar um canudo para tomar um suco, o porquê da caixa d’água ser num ponto mais alto da casa, o fato dos navios não afundarem, entre outros. Então, baseado em algumas dúvidas recorrentes do cotidiano, vamos desenvolver alguns experimentos ligados ao conteúdo citado que possam tentar esclarecê-las.

1º EXPERIMENTO: GARRAFA PET COM FUROS.

SERÁ UTILIZADA UMA GARRAFA PET DE 2 LITROS E, ESTA SERÁ FURADA EM TRÊS ALTURAS DIFERENTES ALINHADAS NA MESMA VERTICAL.

QUESTIONÁRIO:

1) Com os furos vedados com os dedos enche-se totalmente a garrafa com água e logo após libera-se os furos. Em qual furo (superior, meio ou inferior) a água irá jorrar mais longe? E mais perto? JUSTIFIQUE.1

2) Com os furos vedados com os dedos enche-se totalmente a garrafa com água, feche-a com sua tampa e logo após libera-se os furos. O que irá acontecer? JUSTIFIQUE.

3) Com os furos vedados com os dedos enche-se totalmente a garrafa com água, feche-a com sua tampa e logo após libera-se os dois furos inferiores, mantendo vedado o furo superior. O que irá acontecer? JUSTIFIQUE.

4) Com os furos vedados com os dedos enche-se totalmente a garrafa com água, feche-a com sua tampa e logo após libera-se o furo inferior, mantendo vedado os dois furos superiores. O que irá acontecer? JUSTIFIQUE.

Fonte: Autoria própria

1 _{É importante esclarecer que os jatos de água cairiam no interior de uma pia de grande profundidade,} conforme figura 14, e que os alunos estavam cientes deste fato. Esta observação é fundamental pois, embora o jato do furo inferior possua maior velocidade, o tempo de queda dos furos superiores é maior e, por isso, o jato do furo inferior só atingirá a maior distância horizontal a partir de uma certa altura abaixo do plano de apoio da garrafa. De fato, para jatos que caem no plano de apoio da garrafa, é possível verificar que o maior alcance é obtido quando o furo se encontra próximo à metade da coluna de água.

Figura 11: Roteiro/questionário sobre o segundo experimento de hidrostática

2º EXPERIMENTO: CADEIRA DE PREGOS.

É UMA CADEIRA MONTADA COM VÁRIOS PREGOS VOLTADOS COM A PONTA PARA CIMA NO LOCAL DO ASSENTO. ESTES PREGOS SÃO DISTRIBUIDOS DE MANEIRA UNIFORME POR TODO ASSENTO.

QUESTIONÁRIO:

1) O que irá acontecer com uma pessoa que se sentar nesta cadeira de pregos? JUSTIFIQUE. 2) O que irá acontecer se pressionarmos sobre a cadeira de pregos um balão de festas cheio de ar? JUSTIFIQUE.

3) O que irá acontecer com uma pessoa que ficar de pé, sem calçados, nesta cadeira de pregos? JUSTIFIQUE.

4) Agora, imagine uma cadeira com um único prego com a ponta voltada para cima. O que irá acontecer nas duas situações anteriores? JUSTIFIQUE.

Fonte: Autoria própria

Figura 12: Roteiro/questionário sobre o terceiro experimento de hidrostática

3º EXPERIMENTO: SERINGAS (PRINCÍPIO DE PASCAL)

ESTE EXPERIMENTO É COMPOSTO POR DUAS SERINGAS DE ESPESSURAS DIFERENTES LIGADAS POR UMA MANGUEIRA, QUE SERVIRÁ DE VASO COMUNICANTE ENTRE ELAS, CHEIA DE ÁGUA.

QUESTIONÁRIO:

1) Estando as seringas e a mangueira cheias de água, deixando um certo espaço vazio em ambas as seringas, sem a utilização dos êmbolos, determine o que acontece com o nível da água quando deslocamos uma das seringas para cima ou para baixo. JUSTIFIQUE.

2) Em seguida, coloque um pouco mais de água no sistema e coloque os êmbolos nas seringas, sem deixar espaço vazio, sem água. Ao se movimentar os êmbolos na vertical, em qual dos êmbolos se aplica uma maior força para realizar tal movimento? Em qual dos êmbolos se obtém o maior deslocamento do êmbolo? JUSTIFIQUE.

Figura 13: Roteiro/Questionário sobre o quarto experimento de hidrostática

4º EXPERIMENTO: PRÁTICA SOBRE O PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES

ESTE EXPERIMENTO É COMPOSTO POR UM BECKER, ÁGUA, UM DINAMÔMETRO E UM PAR OBJETO-RECIPIENTE DE MESMO VOLUME.

Sabemos que um corpo, quando imerso em um fluido qualquer, aparenta ficar mais leve. Isso acontece devido ao empuxo, uma força exercida pelo fluido sobre o corpo devido à diferença de pressão no fluido entre as regiões da base e do topo do corpo.

Ao estudar tal fenômeno, ainda no século III a.C., o matemático e físico grego Arquimedes (~287 – 212 a.C.) chegou à seguinte conclusão, hoje conhecida como o Princípio de Arquimedes:

“Um corpo, total ou parcialmente submerso em um fluido em equilíbrio, sofre a ação de uma força, denominada empuxo, cuja direção é vertical, o sentido é oposto ao da gravidade e a intensidade é igual à do peso do fluido deslocado”.

Nas presentes práticas temos por objetivo verificar a veracidade de tal princípio e, para isso, compararemos os resultados obtidos quando medimos diretamente o empuxo e quando medimos o peso do fluido deslocado.

QUESTIONÁRIO:

1) Ao imergir totalmente o objeto, no Becker com água, sem tocar o fundo, houve mudança no nível da água? Caso tenha havido, esta mudança foi menor, maior ou igual ao volume do objeto?

2) Agora utilizando o dinamômetro e repetindo o procedimento anterior, é possível determinar o empuxo sobre o objeto? Em caso afirmativo, explique tal procedimento, com os possíveis cálculos utilizados.

3) Utilizando o recipiente de mesmo volume que o objeto, podemos medir seu peso, com o dinamômetro, quando este está vazio e quando está completamente cheio de água. A diferença obtida com essas duas medidas é menor, maior ou igual ao peso do líquido deslocado na questão 1? E ao empuxo da questão 2?

Fonte: Autoria própria

2º MOMENTO:

Reunidos no laboratório de física, agora diante dos experimentos, os grupos tiveram a oportunidade de realizar as práticas propostas no roteiro e novamente responder aos questionários (pós-teste) com os devidos ajustes que julgassem necessários, consertando os conceitos e ideias antes formados de acordo com o que observavam. Durante este momento, os grupos promoveram novos debates internos, até chegarem às novas respostas para questões levantadas. Para este momento foram utilizadas duas aulas de 50 minutos, realizadas em horário alternativo, com apenas dois grupos de cada vez e na presença do professor, que pôde realizar algumas explicações necessárias sobre os experimentos e pequenas intervenções durante a realização dos mesmos. Neste momento o professor assume a tarefa de escutar os alunos e

orientá-los em suas tentativas, estimulando o trabalho em equipe e o conhecimento científico (WILSEK, TOSIN 2012). É papel do professor ouvir com paciência, sustentar o raciocínio dos alunos por meio de perguntas, introduzir, discretamente, em suas perguntas a palavra que falta ao aluno, criando um ambiente propício ao desenvolvimento cognitivo e afetivo em sala de aula. A experiência do professor nesta etapa é fundamental, para que possa propor situações que estimulem o grupo a pensar, discutir e analisar suas conclusões.

Outro ponto importante a se destacar deste momento é a limitação do número de grupos ao mesmo tempo dentro do laboratório, como citado anteriormente: apenas dois grupos por vez, pois desta forma se tem um melhor aproveitamento das atividades a serem desenvolvidas, sem muitos contratempos, além de maior interação entre o professor e os alunos participantes.

3º MOMENTO:

Após a realização dos momentos 1 e 2, para o fechamento dos conteúdos desenvolvidos, foi promovido um debate com os alunos sobre as definições, conceitos e ideias construídas por eles, com a intervenção constante do professor para que finalmente as últimas dúvidas e possíveis erros fossem esclarecidos. Neste momento, de posse dos relatórios/questionários respondido pelos alunos, o professor refez as perguntas uma a uma, deixando que os grupos expusessem suas ideias definidas após os experimentos e, após um momento de debates entre eles (grupos), como mediador dos acontecimentos, o professor voltou a intervir no debate, promovendo o fechamento dos conceitos e ideias, esclarecendo as possíveis dúvidas ainda existentes e corrigindo possíveis erros, principalmente com relação aos conceitos ou leis da física envolvidos, em uma ação que MOREIRA (2015) nomeia como ação reconciliadora integradora. Ao final do debate foi distribuído aos alunos, individualmente, um questionário de opinião sobre as práticas realizadas, que será analisado mais à frente, para que pudessem responder sem a necessidade de identificação sobre o que acharam das práticas. Este momento, debate e questionário, foi realizado em sala de aula e para ele foram utilizadas mais duas aulas de 50 minutos.

Durante os debates outras perguntas foram surgindo. Não somente sobre as práticas realizadas, mas também sobre assuntos que possam ser associados as práticas realizadas, por exemplo: um aluno perguntou se o experimento da garrafa pet tinha algo haver com o uso dos galões de água mineral que usava na casa dele para beber água; outro associou o experimento das seringas às máquinas que são usadas para encher um caminhão de areia; outro aluno disse ter ficado mais claro agora pra ele o fato de segurar pessoas dentro de uma piscina e ter que fazer uma força menor que fora da água. Enfim, podemos observar que este é um momento importante para o trabalho, pois se percebe a cada comentário que surge uma melhor aprendizagem, com traços característicos de uma aprendizagem significativa.

Analisando o quantitativo de aulas, temos a seguinte divisão: para o primeiro momento foi utilizada apenas uma aula de cinquenta minutos. Nela os grupos responderam as questões contidas nos questionários mostrados nas figuras 10, 11, 12 e 13 sem a realização das práticas ou consulta a qualquer tipo de material. Para o segundo momento foram utilizadas duas aulas em horário extraclasse, onde os alunos realizaram os experimentos propostos e responderam novamente as mesmas questões. No terceiro momento foram utilizadas mais duas aulas para, em um debate com toda a turma, o professor auxiliar na fundamentação dos conceitos e leis físicas aprendidas. O quadro 2 abaixo resume o quantitativo de aulas empregado neste projeto:

Quadro 2 – Quantitativo de aulas/tempo gasto com o projeto sobre hidrostática

Item Descrição Nº de aulas/tempo gasto

1º) Pré-teste 1 aula

2º) Práticas e pós-teste 2 aulas 3º) Debate com as turmas 2 aulas

Total 5 aulas/quatro semanas

Fonte: Dados obtidos com a aplicação do projeto

No intuito de analisar e relacionar as respostas obtidas no pré-teste e no pós-teste, foi definido um critério para apontar as respostas satisfatórias ou insatisfatórias com relação aos conceitos físicos envolvidos e com o que foi observado durante a aplicação dos experimentos. As respostas satisfatórias foram divididas em dois grupos: RESPOSTA CORRETA (RC) e RESPOSTA PARCIALMENTE CORRETA (RPC); e as respostas insatisfatórias, também foram divididas em dois grupos: RESPOSTA INCORRETA (RI) e SEM RESPOSTA (SR), conforme descrição abaixo:

RESPOSTA CORRETA (RC): serão consideradas respostas corretas as respostas

que descreverem os conceitos físicos envolvidos e/ou o que foi observado nos testes, apresentando um raciocínio lógico coeso. Que tenha fundamentos convincentes e mostre traços de aprendizagem significativa.

RESPOSTA PARCIALMENTE CORRETA (RPC): serão consideradas respostas

parcialmente corretas as que descreverem os conceitos físicos e/ou o que foi observado nos testes de maneira incompleta, seguindo uma linha correta de raciocínio, mas com ausência de dados, de explicações e/ou de conceitos importantes, mas onde também são observados traços de aprendizagem significativa.

RESPOSTA INCORRETA (RI): serão consideradas respostas incorretas as que não

demonstram nenhum conceito físico coerente, nenhuma lógica com o que será observado, nenhum indício de aprendizagem significativa.

SEM RESPOSTA (SR): são consideradas sem respostas as questões que os alunos

optarem por não responder, ou por falta de conhecimento físico ou por falta de dados que considerarem importante.

Após classificarmos cada resposta, estas foram colocadas em quadros, organizadas da seguinte forma: Começando com o primeiro experimento, criamos um quadro para cada pergunta. Nelas, colocamos lado a lado as respostas dadas no pré-teste e no pós-teste por cada grupo, facilitando assim a comparação entre elas. Em seguida, procedemos da mesma forma com o segundo experimento, e assim por diante, até o quarto e último. A seguir vemos os quadros 3 - 15 com as respostas dadas pelos grupos, bem como a análise comparativa entre elas:

EXPERIMENTO 1: GARRAFA PET COM FUROS.

QUESTÃO 1: Com os furos vedados com os dedos enche-se totalmente a garrafa

com água e logo após libera-se os furos. Em qual furo (superior, meio ou inferior) a água irá jorrar mais longe? E mais perto? JUSTIFIQUE.

Quadro 3: Respostas dadas pelos grupos à primeira questão do experimento 1

Grupos Respostas dadas no pré-teste Respostas dadas no pós-teste

G1 Jorrará água mais longe no furo inferior e mais perto no superior. Isso ocorre devido a diferença de altura que influência na pressão, quanto mais fundo, maior pressão. (RC)

O furo inferior irá jorrar mais longe, pois a coluna de água exercendo pressão sobre ele é maior. O furo superior irá jorrar mais perto, pois tem uma menor coluna de água. (RC)

G2 Inferior: mais longe, pois terá mais força sendo exercida Superior: mais perto (RPC)

Inferior: mais longe, devido à pressão da coluna de água Superior: mais perto (RC)

G3 Inferior: a pressão no fundo da garrafa é maior que na parte superior. Mais perto, furo superior. (RPC)

Mais longe, inferior; mais perto superior. Acontece, pois, o furo inferior está sobre uma maior coluna de água, ou seja, maior pressão. (RC)

G4 Furo inferior jorrará mais longe e superior mais perto. Devido a pressão ser diferente nos furos. (RPC)

A água jorra mais longe no furo inferior e mais perto no superior. (RPC)

G5 A água irá jorrar mais longe no furo inferior e mais perto no superior. Pois quanto maior a altura maior a pressão. (RPC)

A água irá jorrar mais longe no furo inferior e mais perto no superior. Pois a pressão é maior no furo inferior. (RPC)

G6 No furo inferior a água irá jorrar mais longe e no superior mais perto, isso devido a pressão que é maior na parte inferior. (RPC)

Furo inferior: mais longe; furo superior: mais perto. Isso é devido a coluna de água ser maior no furo inferior, com isso gerando maior pressão. (RC)

G7 Como a coluna de água é maior ela exerce maior pressão no furo inferior, jorrando água mais longe. A água vai jorrar mais perto no furo superior, pressão menor. (RC)

O furo inferior jorrará água mais longe devido a pressão ser maior por causa da coluna de água sobre ele. O furo superior jorrará água mais perto devido a menor pressão. (RC)

G8 A água irá jorrar mais longe no furo inferior, pois a pressão é maior e, vai jorrar mais perto no furo superior, pois a pressão é menor. (RPC)

O furo inferior jorra mais água, o do meio metade e o primeiro bem pouco. (RPC)

EXPERIMENTO 1: GARRAFA PET COM FUROS.

ANÁLISE DAS RESPOSTAS OBTIDAS NA QUESTÃO 1:

No gráfico 1 abaixo vemos o número de respostas, tanto do pré quanto do pós-teste, classificadas em cada conceito previamente explicado. Ao lado do gráfico vemos a figura 14, que ilustra a primeira questão do experimento 1. Nela é possível observar a garrafa pet destampada e cheia, com jatos de água jorrando de seus três furos com intensidades diferentes.

Como podemos observar, as respostas do pré-teste já eram todas consideradas satisfatórias (6 – RPC e 2 – RC). Mesmo assim, percebemos uma evolução nas respostas do pós-teste, que continuam satisfatórias, mas agora com (3 – RPC e 5 – RC). O que se percebe é que alguns grupos, diante do experimento, conseguiram melhorar seus conceitos sobre o tema, em particular apontando que a presença de uma maior coluna de água geraria uma maior pressão no furo inferior. Ainda assim, percebe-se que alguns grupos poderiam ter evoluído em suas respostas, mas não o fizeram.

Figura 14 – Garrafa pet destampada

com três furos não obstruídos

Fonte: Arquivo pessoal Gráfico 1 – Classificação das respostas

à questão 1 do primeiro experimento

5 3 2 6 0 2 4 6 8 RC RPC RI SR

Experimento 1

Questão 1

Fonte: dados obtidos com a aplicação dos questionários