MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA
APRENDIZAGEM BASEADA EM PROJETOS NO ENSINO DE FÍSICA E ASTRONOMIA
Nivaldo Robson Pinto Orientador: Prof. Dr. Marcos Rincon Voelzke
SÃO PAULO 2020
MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA
APRENDIZAGEM BASEADA EM PROJETOS NO ENSINO DE FÍSICA E ASTRONOMIA
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IVALDOR
OBSONP
INTOOrientador: Prof. Dr. Marcos Voelzke
Dissertação apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Ensino de Ciências e Matemática, da Universidade Cruzeiro do Sul, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Ensino de Ciências e Matemática
SÃO PAULO 2020
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL DA UNICSUL
Sistema de Bibliotecas do Grupo Cruzeiro do Sul Educacional
P729m Pinto, Nivaldo Robson.
Aprendizagem Baseada em Projetos no Ensino de Física e Astronomia. Nivaldo Robson Pinto. São Paulo, 2020.
84 p.
Inclui bibliografia
Dissertação (Mestrado) – Universidade Cruzeiro do Sul - Orientador: Prof. Dr. Marcos Rincon Voelzke.
1. Metodologia do ensino. 2. Métodos didático-pedagógicos - Projetos. 3. Ensino de física – Ensino médio. I. Voelzke, Marcos Rincon, orient. II. Título.
CDU 53:371
APRENDIZAGEM BASEADA EM PROJETOS NO ENSINO DE FÍSICA E ASTRONOMIA
Dissertação de Mestrado defendida e aprovada pela Banca Examinadora em 11/12/2020.
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Dr. Marcos Rincon Voelzke Universidade Cruzeiro do Sul
Presidente
Prof. Dr. Carlos Fernando de Araújo Junior Universidade Cruzeiro do Sul
Prof. Dr. Josué Antunes de Macêdo
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Norte de Minas Gerais
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a todos que me apoiaram e acreditaram ser possível chegar ao vitorioso final.
Dedico à minha amada, por estar sempre comigo e me apoiar constantemente, principalmente nas ocasiões mais difíceis, necessárias e importantes.
AGRADECIMENTOS
Às Ciências Naturais, por ter sido minha inspiração na escolha profissional, dando-me sabedoria investigativa para saber o que pesquisar e ter me proporcionado muitas alegrias e determinação nos momentos em que mais precisei;
Aos professores do Programa de Pós-Graduação no Ensino de Ciências e Matemática da Universidade Cruzeiro do Sul, pela seriedade, companheirismo e competência;
Às amizades e coleguismos que angariei no decorrer da minha jornada no Programa de Pós-graduação de Ensino de Ciências e Matemática.
Aos funcionários e colaboradores do Programa de Pós-graduação de Ensino de Ciências e Matemática.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Marcos Rincon Voelzke, por seu otimismo, paciência, colaboração em todos os encontros que tivemos para a realização desta dissertação e pela amizade conquistada;
Aos membros titulares e suplentes da Banca Examinadora, Prof. Dr. Marcos Rincon Voelzke, presidente; Prof. Dr. Carlos Fernando de Araújo Junior, Universidade Cruzeiro do Sul; Prof. Dr. Josué Antunes de Macêdo, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Norte de Minas Gerais; Prof. Dr Mauro Sérgio Teixeira de Araújo, Universidade Cruzeiro do Sul; Prof. Dr. Annibal Hetem Junior, Universidade Federal do ABC;
Para todos que contribuíram de forma direta ou indireta, meus sinceros e profundos agradecimentos
Epígrafe
“Deve-se aprender fazendo a coisa; pelo pensamento você acha que sabe. Você não tem certeza, até que você tente”.
Sófocles, dramaturgo grego (século V a.C.)
PINTO, Nivaldo Robson. APRENDIZAGEM BASEADA EM PROJETOS NO ENSINO DE FÍSICA E ASTRONOMIA. 2020. 86p. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática) – Universidade Cruzeiro do Sul, São Paulo, 2020.
RESUMO
Este trabalho objetiva verificar através das Metodologias Ativas de Aprendizagem, em particular, da Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP), maneiras diferenciadas do uso metodológico de ensino dinâmico, centrado no aluno como protagonista de sua aprendizagem. Trazer para a sala de aula do século XXI uma abordagem lúdica tipo mão na massa, mostrou-se ter um resultado bastante significativo, tanto no desempenho dos alunos, quanto na motivação deles para estudar. O ensino das disciplinas de exatas, durante o Ensino Médio, tem sido motivo de queixas constantes entre docentes e discentes, sendo a Física uma das disciplinas mais temidas. Nesta pesquisa, de caráter bibliográfica do tipo estado do conhecimento, procurou-se verificar o interesse dos pós-graduandos na ABP, através de uma pesquisa bibliográfica de Estado de Conhecimento em dissertações e teses, defendidas nos últimos dez anos, compreendendo os anos de 2010 a 2019, inclusive. Estes dados foram coletados nos repositórios da Biblioteca Digital Brasileira de Teses e Dissertações (BDTD) e Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), disponíveis nos portais eletrônicos destas instituições. Observou- se que poucos trabalhos envolvendo o Ensino de Física destinados ao Ensino Médio e focados na ABP foram realizados. Menos ainda, quando se trata de assunto relacionado a Astronomia. Motivo verificado pela baixa capacitação e formação de professores na área, sendo um dos cernes deste levantamento, e que motivou a elaboração de um manual de apoio didático, embasado na ABP, destinado ao Ensino de Física e Astronomia, para auxiliar professores e alunos do Ensino Médio a desenvolverem um ensino dinâmico, participativo e colaborativo.
Palavras-chaves: Ensino de Física e Astronomia, Aprendizagem Baseada em Projetos, Metodologia de Ensino de Física.
PINTO, Nivaldo Robson. PROJECT-BASED LEARNING IN PHYSICS AND ASTRONOMY TEACHING. 2020. 86p. Thesis (Master's degree in Science and Mathematics Teaching) - Cruzeiro do Sul University, São Paulo, 2020.
ABSTRACT
This work aims to verify, through Active Learning Methodologies, in particular, Project Based Learning (PBL), different ways of the methodological use of dynamic teaching, centered on the student as the protagonist of their learning. Bringing a playful hands- on approach to the 21st century classroom proved to have a very significant result, both in students' performance and in their motivation to study. The teaching of science subjects, during high school, has been the subject of constant complaints among teachers and students, with Physics being one of the most feared subjects. In this qualitative and quantitative research, we sought to verify the interest of graduate students in PBL, through a bibliographic research on the State of Knowledge in dissertations and theses, defended in the last ten years, including the years 2010 to 2019. These data were collected in the repositories of the Brazilian Digital Library of Theses and Dissertations (BDTD) and Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel (CAPES), available on the electronic portals of these institutions.
It was observed that few studies involving Physics Teaching aimed at High School and focused on PBL have been carried out. Even less, when it comes to Astronomy related issues. Reason verified by the low qualification and formation of teachers in the area, being one of the core of this survey, and which motivated the elaboration of a didactic support manual, based on the PBL, destined to the Teaching of Physics and Astronomy, to assist teachers and students of the Teaching Middle to develop a dynamic, participatory and collaborative teaching.
Keywords: Physics and Astronomy Teaching, Project Based Learning, Physics Teaching Methodology.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURAS
Figura 1: Pirâmide da aprendizagem de William Glasser. ... 19
Figura 2: Aprendizagem Baseada em Projetos. ... 22
Figura 3: Aprendizagem Baseada em Problemas. ... 24
Figura 4: Estudo ou método de caso. ... 27
Figura 5: Aprendizagem entre pares ou times. ... 28
Figura 6: Think-pair-share. ... 31
Figura 7: Física da montanha-russa. ... 35
Figura 8: Princípio de Bernoulli. ... 36
Figura 9: Terceira de Lei de Newton. ... 37
Figura 10: Esquema de um eletroímã. ... 38
Figura 11: Relógio do sol equatorial. ... 40
Figura 12: impacto positivo da abordagem da (ABP). ... 43
Figura 13: Competências fundamentais dos professores. ... 45
Figura 14: Uso da aprendizagem baseada em projetos. ... 46
QUADROS Quadro 1: Tipos de casos e as aprendizagens que promovem. ... 26
Quadro 2: Refinamento dos dados da pesquisa ... 57
Quadro 3: Quantidade de trabalhos produzidos por Instituição de Ensino...57
Quadro 4: Teses e Dissertações de ABP em Física e com viés em Astronomia...59
TABELAS Tabela 1: Teses e Dissertações defendidas em dez anos ... 50
Tabela 2: ABP no Ensino de Astronomia, Produção anual ... 52
Tabela 3: ABP no Ensino de Astronomia ... 54
Tabela 4: ABP no Ensino de Física. Produção anual ... 55
Tabela 5: ABP no Ensino de Física. ...54
Tabela 6: Ensino de Física por projetos. Produção anual. ...55
Tabela 7: Ensino de Física por projetos...55
GRÁFICOS Gráfico 1: Total de Dissertações e Teses de 2010 a 2019 ... 50
Gráfico 2: Histórico dos últimos 10 anos do orçamento global da CAPES, fomento às bolsas de estudos e quantitativo de bolsas por valores em bilhões de reais ... 51
Gráfico 3: ABP no Ensino de Astronomia ... 53
Gráfico 4: ABP no Ensino de Física ... 54
Gráfico 5: Aprendizagem por Projetos no Ensino de Física... 55
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 13
1.1. Justificativa... 14
1.2. Contexto da pesquisa...14
1.3. Abordagem da pesquisa...16
2. REFERENCIAL TEÓRICO...18
2.1. Metodologias Ativas de Aprendizagem...18
2.1.1 Aprendizagem Baseada em Projetos...22
2.1.2 Aprendizagem Baseada em Problemas...23
2.1.3. Estudo ou Método de Caso... 25
2.1.4. Aprendizagem entre Pares ou Times... 28
2.2. Estratégias de aprendizagem... 30
2.2.1. Think-pair-share... 30
2.2.2. Artigo de um minuto ... 31
3. ENSINO DA FÍSICA NO ENSINO MÉDIO ... 33
3.1. Aprender em Física abre oportunidades de carreira...38
4. ENSINO DA ASTRONOMIA NO ENSINO MÉDIO ... 39
5. PONTOS POSITIVOS E NEGATIVOS DO USO DA ABP PARA O ENSINO DE FÍSICA E ASTRONOMIA NO ENSINO MÉDIO ...42
6. ANÁLISE BIBLIOGRÁFICA ... 49
6.1. Objetivos metodológicos ...49
6.2. Coleta de dados...49
6.3. Análise e seleção dos trabalhos...58
6.3.1. Discussão prévia dos trabalhos selecionados no Quadro 2...62
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS...73
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...75
1. INTRODUÇÃO
Poucos são os professores que já experimentaram a Astronomia como um assunto emocionante e instigante em suas aulas no Ensino Médio. A disposição para se obter tais experiências contrasta com o currículo geral que é frequentemente considerado como base teórica. A Base Nacional Comum Curricular (BRASIL, 2018) entende que, no Brasil, o Ensino Médio além de ser a etapa final da Educação Básica é também um direito de todo cidadão. No entanto, o segmento representa um gargalo na garantia do direito à educação, seja pelo desempenho insuficiente dos estudantes no Ensino Fundamental, pelo excesso de componentes curriculares ou pelo distanciamento das escolas entre a cultura juvenil e o mundo do trabalho.
A distribuição dos conteúdos abordados no currículo de Física, pouco contribui para atentar as inovações tecnológicas e os assuntos escolhidos raramente asseguram uma formação mais condizente com a realidade do aluno do século XXI.
Segundo Kawamura e Hosoume (2003),
O conjunto desses conhecimentos estava pré-determinado nos livros didáticos e no coletivo das pessoas, de uma forma tão completa que parecia não haver espaço para outras escolhas: cinemática, dinâmica, estática, eletrostática entre outras. Essa era a Física. (KAWAMURA; HOSOUME, 2003, p.23)
Com estas explanações entende-se que trabalhar com projetos pressupõe atividades bem estruturadas com objetivos a serem alcançados ao longo de um semestre ou ano letivo. Desta forma o uso da Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP), torna-se uma ótima maneira de aumentar o interesse dos alunos às aulas de Física, melhorando suas habilidades durante o Ensino Médio, em redação e resolução de problemas, preparando-os para estudos futuros. (BARBOSA; MOURA, 2013).
Assim sendo, o foco deste trabalho é analisar, através de revisão bibliográfica, as Metodologias Ativas de Aprendizagem (MAA), centrada na ABP no Ensino de Física com viés da Astronomia para o Ensino Médio.
Entretanto, este trabalho não se limita à Física e à Astronomia, porque a ideia é demonstrar que esta metodologia também pode ser aplicada com bons resultados para qualquer disciplina e níveis de ensino, pois a ABP envolve não só a colaboração,
como também o desenvolvimento da capacidade de resolução de problemas abertos e a interdisciplinaridade. Segundo Bender (2014),
[...] a ABP pode ser definida pela utilização de projetos autênticos e realistas, baseados em uma questão, tarefa, ou problema altamente motivador e envolvente, para ensinar conteúdos acadêmicos aos alunos no contexto do trabalho cooperativo para a resolução de problemas. (BENDER, 2014, p.15)
Estas metodologias possibilitam o aprender a aprender, tornando o estudante protagonista do processo de ensino e aprendizagem, pois o cenário prático que conduz à ABP desperta a criticidade, a reflexão e a interação espontânea com seus pares.
1.1 Justificativa
A motivação desta dissertação, consistiu na experiência do autor em sala de aula como professor de Física e de ter aplicado as Metodologias Ativas de Aprendizagem em turmas do Ensino Médio, objetivando tornar a aprendizagem da Física mais atrativa, reduzindo a evasão escolar e promovendo uma educação dinâmica rompendo com os modelos estáticos tradicionais1.
As perguntas que se quiz responder com esta pesquisa consistiu em saber: a) Quantos trabalhos envolvendo ABP no Ensino de Física para o ensino médio foram realizados? b) Quantos destes trabalhos exploraram a Astronomia?
1.2 Contexto da Pesquisa.
Esta pesquisa de mestrado nasceu da continuidade do Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) de pós-graduação em nível de especialização, lato sensu, realizado na Universidade Cruzeiro do Sul no ano de 2017, cujo tema foi Ensino de Física Moderna no Ensino Médio. O contato com diversos pesquisadores da área de Ensino na Universidade despertou o interesse em prosseguir em estudos mais aprofundados na área de Ensino de Física usando a Astronomia como direcionamento pedagógico.
1 Método de ensino no qual o professor é o detentor dos conhecimentos e o aluno, ouvinte, mero receptor estático das informações.
O desinteresse e a falta de estímulos de alunos da Educação Básica às disciplinas de exatas, contribuíram para esta escolha principalmente no que se refere a utilização de novas metodologias de Ensino de Física.
Considerando as diversas modificações que a educação vem passando ao longo dos anos, principalmente com a expansão das Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC), e a nova geração Z2 plugadas à internet, a abordagem desta pesquisa abrangeu o período de dez anos, de 2010 a 2019, inclusive.
Neste trabalho adotou-se a abordagem de natureza exploratória cujo método de pesquisa abraçado foi o bibliográfico, com foco no Estado do Conhecimento.
Cervo, Bervian e Silva (2007), relatam que
“[...] a pesquisa bibliográfica constitui o procedimento básico para os estudos monográficos, pelos quais se busca o domínio do estado da arte sobre determinado tema”. (CERVO; BERVIAN; SILVA 2007, p. 61)
Segundo Romanowski e Ens (2006), o Estado do Conhecimento é o estudo realizado a partir da identificação, registro e categorização de dados que abrangem uma área do conhecimento em apenas uma temática específica. Este caráter é o que o distingue dos estudos denominados Estado da Arte, que abrangem toda uma área de conhecimento, nos diferentes aspectos que geraram as produções científicas.
Os objetivos do Estado do Conhecimento
[...] favorecem compreender como se dá a produção do conhecimento em uma determinada área de conhecimento em teses de doutorado, dissertações de mestrado, artigos de periódicos e publicações [...]. (ROMANOWSKI; ENS, 2006, p. 39).
Estes estudos são definidos por seu caráter bibliográfico, e trazem em comum o desafio de “mapear” e discutir uma certa produção acadêmica em diferentes campos do conhecimento. Ainda, são reconhecidos pela realização de uma metodologia de caráter inventariante e descritiva da produção acadêmica e científica do tema investigado.
Pesquisa é uma atividade humana intelectual com finalidade específica sobre uma área de estudo ou um tema específico que se queira conhecer, após a formulação
2A Geração Z é a definição sociológica para a geração de pessoas nascidas, em média, entre a segunda metade dos anos 1990 até o início do ano 2010. Portanto, é a geração que corresponde à idealização e nascimento da World Wide Web, criada em 1990 por Tim Berners-Lee, e no "boom" da criação de aparelhos tecnológicos modernos. Fonte: https://pt.wikipe dia.org/wiki/Gera%C3%A7%C3%A3o_Z.
de um ou vários questionamentos. Tal conhecimento impulsiona novas descobertas colaborando com o progresso científico e social. Segundo Gil (2002), pesquisa pode ser definida como o
[...] procedimento racional e sistemático que tem como objetivo proporcionar respostas aos problemas que são propostos. A pesquisa desenvolve-se por um processo constituído de várias fases, desde a formulação do problema até a apresentação e discussão dos resultados. (GIL, 2002, p.17)
Neste sentido, este trabalho objetiva levantar dados referentes às pesquisas desenvolvidas em âmbito da Educação Básica no Ensino de Física usando como viés a Astronomia abordando as Metodologias Ativas de Aprendizagem em particular, a Aprendizagem Baseada em Projetos.
1.3 Abordagem da pesquisa
Esta é uma pesquisa bibliográfica de tipo Estado do Conhecimento, onde os dados quantitativos tabelados, objetiva tão somente mensurar os levantamentos que foram feitos agrupando-os em categorias e, a seguir, qualificando-os, pois se manifestam no cotidiano influenciando pessoas, que são os agentes transformadores das manifestações culturais com a temática da pesquisa.
De acordo com Paschoarelli; Medola; Bonfim, (2018):
A utilização dos modelos em conjunto procura adotar vários métodos para análise do objeto de estudo, através da comparação dos dados obtidos por meio das abordagens quantitativas e qualitativas. Essa combinação pode apresentar-se de forma alternada ou simultânea a fim de responder à questão de pesquisa. Dessa forma, as abordagens quantitativas e qualitativas utilizadas em uma mesma pesquisa são adequadas para que a subjetividade seja minimizada e, ao mesmo tempo, aproximam o pesquisador do objeto estudado, proporcionando maior credibilidade aos dados (PASCHOARELLI;
MEDOLA; BONFIM 2018, p. 70)
É uma pesquisa bibliográfica, de acordo com Gerhardt e Silveira (2009):
A pesquisa bibliográfica é feita a partir do levantamento de referências teóricas já analisadas e publicadas por meios escritos e eletrônicos, como livros, artigos científicos, páginas de web sites. Qualquer trabalho científico inicia-se com uma pesquisa bibliográfica, que permite ao pesquisador conhecer o que já se estudou sobre o assunto. (GERHARDT; SILVEIRA, 2009, p. 37):
Com um recorte específico nas Ciências, objetivando o Ensino de Física com viés na Astronomia, este trabalho baseia-se em um estudo, de natureza bibliográfica do tipo Estado do Conhecimento, explorando produções acadêmicas de Mestrado e Dourado, nos repositórios da CAPES e BDTD com foco na pesquisa das metodologias ativas centrada nas ABP.
Segundo Ferreira (2002):
Os catálogos passam a ser produzidos atendendo ao anseio manifestado pelas universidades de informar sua produção à comunidade científica e à sociedade, socializando e, mais do que isso, expondo-se à avaliação. É um sentimento de que trabalhos produzidos ao longo dos anos não devem ficar restritos às prateleiras das bibliotecas das universidades. (FERREIRA, 2002, p. 260)
Com isso, na realização deste trabalho, seguiu-se processos metodológicos como descritos no capítulo seguinte, a fim de responder as perguntas citadas anteriormente.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Este capítulo, descreve sobre as Metodologias Ativas de Aprendizagem e os principais métodos adotados em salas de aulas por pesquisadores da área educacional, em escolas da Educação Básica ao Nível Superior.
2.1 Metodologias Ativas de Aprendizagem
O aprendizado ativo requer um planejamento mais profundo do que simplesmente conduzir os alunos através de um comportamento em sala de aula.
Segundo Carboni (2016), todo aprendizado é ativo no sentido de mudar a memória de longo prazo. Focar no comportamento sem cognição ignora tanto as estruturas que constituem a arquitetura cognitiva humana quanto as evidências de estudos empíricos ao longo do último meio século. A aprendizagem ativa é, em suma, qualquer atividade de aprendizagem envolvida pelo aluno em uma sala de aula que não seja ouvir passivamente a palestra de um instrutor. Isso implica que a atividade desejada é observável, devido às experiências de aprendizagens vivenciadas em palestras, seminários e aulas. Embora a aparência externa possa parecer passiva, frequentemente é o aluno que decide seu nível de atividade de aprendizagem, por meio de considerações cuidadosas ou anotações (CIPOLLA, 2016).
As atividades em sala de aula têm um objetivo claramente definido e conduzem efetivamente o aluno em direção a esse objetivo, que é a aprendizagem. A aprendizagem será tanto mais eficaz quanto mais se utilizar de métodos de instrução que envolvam atividade cognitiva em vez de atividade comportamental (FARIAS, 2017). A chave para a aprendizagem ativa é a atividade de aprendizagem que ocorre dentro do cérebro do aluno, e não o comportamento observado que é um meio para esse trabalho cognitivo.
Segundo Fonseca e Mattar (2017), é a forma de desenvolver o aprendizado formando profissionais de diversas áreas, fazendo com que este profissional tenha autonomia em suas escolhas e decisões. Uma das metodologias ativas mais utilizadas é a problematização, isto é, fazer com que o estudante lide com problemas, de modo que examine e reflita de forma crítica.
As metodologias ativas deixam o aluno curioso, pois a cada aula é uma teoria nova, através disso motiva sua autonomia, fortalecendo sua percepção por meio de sua própria ação, coloca-se em prática a sua superação de desafios, resolução de problemas, construção de conhecimento novo através de experiências (GALVÃO, 2017).
Segundo Germano (2018), no conceito das metodologias ativas cabe ao professor a orientação de seus alunos para que sejam realizadas pesquisas, reflexões e tomadas de decisões, assim chegando a um objetivo, por meios que permitam o desenvolvimento da capacidade de análise. Corroborando com esta ideia, destaca-se na Figura 1 a pirâmide de aprendizagem do psiquiatra norte-americano William Glasser, no qual sua ideia visava otimizar o processo de aprendizagem ativa, segundo a qual, aprendemos 95,0% quando ensinamos a outros; 80,0% quando fazemos;
70,0% quando discutimos com alguém; 50,0% quando vemos e ouvimos; 30,0%
quando observamos; 20,0% quando ouvimos e somente 10,0% quando lemos (GLASSER, 2001).
Figura 1: Pirâmide da aprendizagem de William Glasser.
Fonte: Germano (2018)
Ensinar é uma arte que todo professor domina seja diretamente ou indiretamente, para isso deve-se ter um bom conhecimento e muitos recursos didáticos, passando também suas experiências e culturas. Segundo Lima (2018), nem sempre esses professores estão dispostos a mudar sua maneira de ensinar, pois muitos já são antigos nesta área, e mudar agora não seria a melhor opção.
Leonês (2019), relata que está na hora das escolas mudarem seu estilo de ensinar, com a metodologia ativa deve-se implantar a descoberta, fazendo com que este aluno pesquise mais, que participe mais em trabalhos de grupo, fazendo com que busque informações. O ensino e aprendizagem devem ser direcionados em três modos sendo humano, técnico e político social.
Maciel (2016), relata que as possibilidades são várias, sendo uma grande carta na manga o estudo de caso, que faz com que o aluno busque informações, levantando plano e objetivo sobre o caso mencionado em seu estudo. A conversa reflexiva durante um trabalho em grupo colabora para que aprenda a ter tomada de decisões, compreensão, e a troca de conhecimentos e informações.
Existe também um processo que se chama processo de incidente, como o próprio nome já indica, o professor relata para a classe um incidente de um caso resumidamente, fazendo com que os estudantes pensem sobre como foi este tal incidente nos mínimos detalhes. Em busca de soluções que apresentem de forma sucinta, hipóteses explicativas sobre o processo narrado. Cada grupo então, expõem sua solução para os colegas. É nesse momento que se analisa até onde vai a imaginação de cada grupo (MARTINS, 2019).
Segundo Moura (2020), o professor na sala de aula deve possuir o conhecimento, mas acima dele, o domínio da estratégia, sendo assim criativo para chegar ao objetivo que é a aprendizagem.
Educar é, inegavelmente, um ato político, e para os professores se configura como um ato político pedagógico. O respeito à autonomia e à dignidade de cada um é um imperativo ético e não um favor que podemos ou não conceder uns aos outros.
Para ele o docente que desrespeita a curiosidade do aluno, a sua inquietude e sua linguagem, transgrediu os princípios fundamentalmente éticos de nossa existência (PASQUALETTO; VEIT; ARAUJO, 2017).
Segundo Paula (2017), as estratégias que um professor deve ter frente a esse aluno estão divididas em oito categorias, sendo:
• Categoria 1: primeiro encontro, é quando conhecemos o aluno, o primeiro olhar, a primeira palavra, a primeira conversa;
• Categoria 2: situações simuladas, fazer com que passem por situações que tenham que focar em suas atitudes;
• Categoria 3: conforto com situações reais, fazer com que aprendam com suas escolhas;
• Categoria 4: pequenos grupos, fazer trabalhos em que coloquem em prática suas escolhas e pensamentos.
• Categoria 5: preparação prévia, preparar esse aluno para o futuro;
• Categoria 6: ação centralizada no professor, tentar fazer com que o aluno se prenda às aulas de forma que aprenda mais facilmente;
• Categoria 7: pesquisa e projetos, fazer com que coloquem em prática seus pensamentos;
• Categoria 8: base em leitura e escrita, pois é a partir dela que o mundo vai mudar.
A autonomia é ter liberdade, governar por si mesmo. Seus comportamentos são motivados, traçando metas pessoais, com seus acertos e dificuldades, visando seus objetivos e avaliando seus progressos, porém, na escola os estudantes competem por causa de notas, o que é identificado como a motivação de cada matéria (PEREIRA, 2016).
Ricardo (2019), mostra que os professores utilizam técnicas de controle, interagindo com os alunos de diversas formas como: ouvindo os alunos com mais frequência, aprendendo a lidar de modo pessoal com materiais e ideias, importam-se com as necessidades deles, respondendo aos questionamentos, assumindo pontos de vista de seus alunos com empatia, propondo soluções, auxiliando-os e encorajando-os em suas iniciativas.
Quando os alunos se sentem autônomos em suas situações de vida dão resultados positivos em relação à interação escolar assim apresentando: Motivação:
colocando em foco sua competência e suas curiosidades; Engajamento: colocando em práticas suas emoções, com isso ficam mais presentes nas aulas;
Desenvolvimento: como o nome já diz desenvolvem a autoestima, autovalor e a criatividade; Aprendizagem: usam estratégias, antes não pensadas e nem colocadas
em práticas; Desempenho: melhoram notas e alcançam alguns objetivos e estado psicológico; indica bem-estar, satisfação com resultados e com a vida e assim vitalidade (SILVA, 2015).
2.1.1 Aprendizagem Baseada em Projetos
Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP) é um método de ensino no qual os alunos adquirem conhecimentos e habilidades trabalhando por um longo período para investigarem e responderem a uma questão, problema ou desafio autêntico, envolvente e complexo, como mostra a Figura 2 (SILVA, 2016).
Figura 2: Aprendizagem Baseada em Projetos
Fonte: Silva (2016)
Os alunos trabalham em um projeto por um longo período de tempo - de uma semana, um semestre ou um ano - que os envolve na solução de um problema do mundo real ou na resposta a uma pergunta complexa, demonstram seus conhecimentos e habilidades criando um produto público ou uma apresentação para um público real (TEIXEIRA, 2018).
Como resultado, os alunos desenvolvem um conhecimento profundo do conteúdo, bem como pensamento crítico, colaboração, criatividade e habilidades de comunicação. A ABP libera uma energia contagiante e criativa entre alunos e professores (ABRANTES et al., 2018).
A ABP está se tornando amplamente utilizada em escolas e outros ambientes educacionais, de forma bastante diversificada. No entanto, existem características-chave que diferenciam fazer um projeto de se envolver em uma ABP rigorosa. Segundo Barcellos (2019), na ABP, o projeto é o veículo para ensinar os conhecimentos e habilidades importantes que os alunos precisam aprender. O projeto contém a estrutura, o currículo e a instrução.
Em contraste com os projetos singulares comemorativos, que ocorrem para celebrar um evento, a ABP requer pensamento crítico, solução de problemas, colaboração e várias formas de comunicação. Para responder a uma pergunta motivadora e criar um trabalho de alta qualidade, os alunos precisam fazer muito mais do que lembrar informações, precisam usar habilidades de pensamento de alto nível e aprender a trabalhar em equipe (CARBONI, 2016).
2.1.2 Aprendizagem Baseada em Problemas
A Aprendizagem Baseada em Problemas (PBL, em inglês) é um método de ensino em que problemas complexos do mundo real são usados como veículo para promover a aprendizagem de conceitos e princípios pelos alunos, em oposição à apresentação direta de fatos e conceitos. Segundo Cipolla (2016), além do conteúdo do curso, a PBL pode promover o desenvolvimento de habilidades de pensamento crítico, habilidades de resolução de problemas e habilidades de comunicação. Também pode fornecer oportunidades para trabalhar em grupos, encontrar e avaliar materiais de pesquisa e aprendizagem ao longo da vida.
A PBL pode ser incorporada em qualquer situação de aprendizagem. Na definição mais estrita, a abordagem dessa aprendizagem é usada durante todo o semestre como método principal de ensino. No entanto, as definições e os usos mais amplos vão desde a inclusão da aprendizagem em aulas de laboratório e design até o seu uso simplesmente para iniciar uma única discussão, como também pode ser usado para criar itens de avaliação (FARIAS, 2017).
Qualquer área temática pode ser adaptada a PBL com um pouco de criatividade. Segundo Fonseca e Mattar (2017), embora os problemas principais variem entre as disciplinas, existem algumas características de bons problemas de PBL que transcendem campos: o problema deve motivar os alunos a buscarem uma compreensão mais aprofundada dos conceitos; deve exigir que os alunos tomem decisões fundamentadas e as defendam; deve incorporar os objetivos do conteúdo de forma a conectá-los aos cursos e conhecimentos anteriores. Se usado para um projeto em grupo, o problema precisa de um certo nível de complexidade para garantir que os alunos trabalhem juntos para resolvê-lo.
Os problemas podem vir de uma variedade de fontes: jornais, revistas, periódicos, livros, livros didáticos e programas televisivos. Alguns se apresentam em formatos que podem ser usados com pouca edição, outros, precisam ser editados para serem úteis. Segundo Germano (2018), as seguintes diretrizes da PBL são escritas para criarem problemas para uma classe centrada em torno do método, no entanto, as ideias gerais podem ser aplicadas em usos mais simples de PBL, como mostra a Figura 3, relacionando a figura do professor com a do aluno e as tecnologias.
Figura 3: Aprendizagem Baseada em Problemas
Fonte: Germano (2018)
Deve-se pensar em um contexto do mundo real para o conceito em consideração, normalmente sugerido em aula, desenvolvendo um aspecto de narrativa para um problema teórico proposto ou uma pesquisa de um caso real que possa ser adaptado, adicionando alguma motivação para os alunos resolverem o problema.
Yamamoto (2016) mostra que problemas mais complexos desafiarão os alunos a irem além do simples plug-and-chug3 para resolvê-los. A pesquisa em revistas, jornais e artigos são boas fontes de ideias sobre o enredo. Alguns praticantes da PBL conversam com profissionais de uma área do mercado, em busca de ideias de aplicações realistas do conceito que está sendo ensinado.
O problema deve ser apresentado em etapas para que os alunos sejam capazes de identificar questões de aprendizagem que os levem a pesquisar os conceitos almejados. Leonês (2019) mostra a seguir algumas perguntas que podem ajudar a orientar neste processo: Qual será a aparência da primeira página (ou palco)? Que perguntas abertas podem ser feitas? Que problemas de aprendizagem serão identificados? Como o problema será estruturado? De quais recursos os alunos precisarão? Qual produto os alunos produzirão ao concluir o problema?
A etapa final é identificar os principais recursos para os alunos. Eles precisam aprender a identificar e utilizar os recursos de aprendizagem por conta própria, mas pode ser útil se o professor indicar algumas boas fontes para começar. Muitos alunos limitam suas pesquisas à internet, portanto, será importante orientá-los também para a biblioteca (LIMA, 2018).
O método para distribuir um problema se enquadra em três técnicas de ensino intimamente relacionadas: estudos de caso, dramatizações e simulações. Os estudos de caso são apresentados aos alunos por escrito. As dramatizações fazem os alunos improvisarem cenas com base nas descrições dos personagens fornecidas. Maciel (2016) mostra que as simulações geralmente envolvem programas baseados em computador. Independentemente da técnica usada, o cerne do método permanece o mesmo: o problema do mundo real.
2.1.3 Estudo ou Método de Caso
O ensino do Método de Caso (MdC) é uma forma ativa de instrução que se concentra em um caso e envolve o aprendizado dos alunos fazendo, ou seja, pondo a mão na massa. Casos são histórias reais ou inventadas que incluem uma mensagem
3(Matemática, coloquial, USA) Consiste em uma técnica em que os valores são inseridos para obter uma resposta numérica sem que qualquer habilidades seja necessária para resolver o problema.
Disponível em: https://en.wiktionary.org/wiki/plug_and_chug. Acesso em: 30. ago. 2020.
educacional ou recontam eventos, problemas, dilemas, questões teóricas ou conceituais que requerem análise e/ou tomada de decisão (MARTINS, 2019).
O ensino baseado em MdC simula situações do mundo real e pede aos alunos que lidem ativamente com problemas complexos. Moura (2020), mostra que este método de ensino é usado em várias disciplinas para promoverem o aprendizado e é comum em direito, negócios, medicina, entre outros campos. O Quadro 1 ilustra alguns tipos de casos e o aprendizado que eles promovem.
Quadro 1: Tipos de casos e as aprendizagens que promovem
Tipo de Caso Descrição Aprendizagem
Promovida Caso
direcionado
Apresenta um cenário que é seguido por discussão usando um conjunto de perguntas direcionadas / fechadas que
podem ser respondidas a partir do material do curso.
Compreensão de conceitos, princípios e
fatos fundamentais
Dilema ou caso de decisão
Apresenta um indivíduo, instituição ou comunidade que enfrenta um problema
que deve ser resolvido. Os alunos podem ser apresentados aos resultados
históricos reais depois de trabalharem no caso.
Capacidade de resolução de problemas
e tomada de decisão
Caso interrompido
Apresenta um problema para os alunos resolverem em um formato de divulgação progressiva. Os alunos recebem o caso nas partes em que
trabalham e sobre as quais tomam decisões antes de passar para a
próxima parte.
Habilidades para resolver problemas
Análise ou caso de problema
Concentra-se em responder a perguntas e analisar a situação apresentada. Isso
pode incluir casos retrospectivos que contam uma história e seus resultados e
fazem os alunos analisarem o que aconteceu e por que soluções alternativas não foram adotadas.
Habilidades de análise
Fonte: Moura (2020)
O ensino do MdC melhora o estudo e aumenta a percepção dos alunos sobre os ganhos do conhecimento e atende aos objetivos da aprendizagem. Pasqualetto;
Veti; Araujo (2017), mostram que o corpo docente notou os benefícios instrucionais dos casos, incluindo maior envolvimento do aluno em seu aprendizado, compreensão mais profunda dos conceitos pelos alunos, habilidades de pensamento crítico mais
fortes e uma capacidade de fazer conexões entre áreas de conteúdo e ver um problema de múltiplas perspectivas.
Por meio da aprendizagem baseada em MdC, os alunos são aqueles que fazem perguntas sobre o caso, resolvendo o problema, interagindo e aprendendo com seus colegas, “desempacotando” o caso, analisando o caso e resumindo o caso. Eles aprendem a trabalhar com informações limitadas e ambiguidade, pensam de maneira profissional ou disciplinar e se perguntam - o que eu faria se estivesse nesta situação específica? Como mostra a Figura 4 a seguir (PAULA, 2017).
Figura 4: Estudo ou método de caso
Fonte: Paula (2017)
Pereira (2016) mostra que embora MdC tenha raízes históricas, sendo uma abordagem focada no professor que usa o diálogo socrático, é possível adotar uma abordagem mais centrada no aluno, que assumem papéis e tarefas tradicionalmente tidas como sendo do professor.
Os casos são frequentemente usados como veículos para discussão em sala de aula. Os alunos devem ser incentivados a assumir a responsabilidade pelo que
aprenderam com o caso. As abordagens baseadas em discussão envolvem os alunos a pensarem e se comunicarem sobre um caso. Os professores podem montar uma atividade de caso em que são os alunos que fazem o trabalho de questionamento, resumir conteúdos, gerar hipóteses, propor teorias ou oferecer análises críticas (RICARDO, 2019).
A função do professor é compartilhar um caso ou pedir aos alunos que compartilhem ou criem um caso para usarem em sala de aula, definir expectativas, fornecer instruções e atribuir papéis aos alunos na discussão.
2.1.4 Aprendizagem entre Pares ou Times
A Instrução entre Pares (PI) (Peer Instruction, em inglês) é uma estratégia de ensino na qual dois ou três alunos discutem e explicam seus pensamentos sobre um conceito. Uma discussão eficaz não ocorre simplesmente, mas é cuidadosamente planejada e orquestrada pelo professor, como mostra a Figura 5 (SILVA, 2015).
Figura 5: Aprendizagem entre pares ou times
Fonte: Silva (2015)
O primeiro passo é ministrar uma breve palestra sobre o conceito que os alunos estão aprendendo. Esta breve palestra pode ser ministrada em sala de aula ou por meio de materiais pré-aula. Depois que os alunos forem apresentados ao conceito, o segundo passo é quando o professor apresenta um ConcepTest (TEIXEIRA, 2018).
Um ConcepTest é uma indagação, geralmente no formato de uma pergunta de múltipla escolha, que testa o conceito apresentado na aula. Os alunos consideram a questão individualmente (sem discussão) e, em seguida, enviam suas respostas (eletronicamente ou por outros meios).
Segundo Abrantes et al. (2018), se as respostas forem coletadas eletronicamente, os resultados podem ser exibidos graficamente em tempo real para que os alunos e o professor as vejam juntos. Se as respostas forem coletadas por meios analógicos (como cartões de votação coloridos que os alunos seguram em sala de aula), então todos podem olhar ao redor da sala para ver os resultados como a prevalência de cada cartão de votação colorido.
A terceira etapa é para o professor analisar rapidamente os resultados e escolher o que fazer a seguir. Se menos de 30,0% dos alunos responderem à questão corretamente, o professor deve revisitar o conceito, talvez com uma extensão breve da aula e então apresentar um novo ConcepTest sobre o mesmo conceito e reiniciar na etapa 2 (BARBOSA; MOURA, 2013).
Se mais de 70,0% dos alunos responderem à pergunta corretamente, o professor pode se sentir confiante para pular o restante dessas etapas de PI, fornecer uma breve explicação da resposta (ou chamar um aluno para explicá-la) e prosseguir para o próximo tópico. Segundo Barcellos (2019), no processo, o tempo da aula será economizado para um tópico que os alunos considerarem mais desafiador. Se mais de 30,0%, mas menos de 70,0% dos alunos, responderem corretamente, a classe passará para as discussões entre pares.
O objetivo da parte de discussão entre pares da PI é uma compreensão mais profunda do conceito que está sendo discutido; portanto, é provável que os alunos se lembrem e usem o conceito posteriormente no curso. O ato de explicar e defender o próprio entendimento contra as explicações alternativas de outros ajuda os alunos a se envolverem profundamente com o conceito, refinando seu modelo mental (CARBONI, 2016).
A Instrução por pares promove uma aprendizagem mais profunda porque os alunos se tornam mais interessados, eles se envolvem no ensino genuíno e trazem uma perspectiva “novata” para suas conversas de aprendizagem.
2.2 Estratégias de Aprendizagem
As estratégias de aprendizagem, visam auxiliar o professor na condução dos ensinamentos de terminados conteúdos aos alunos. Muitas estratégias estão pautadas em metodologias de ensino que visam tornar os alunos mais independentes e questionadores. A seguir, são destacadas duas estratégias de aprendizagem aplicadas em salas de aula na educação básica.
2.2.1. Think-pair-share
Think-pair-share (TPS) é uma estratégia de aprendizagem colaborativa na qual os alunos trabalham juntos para resolverem um problema ou responderem a uma pergunta sobre uma leitura atribuída. Essa técnica exige que os alunos (1) pensem individualmente sobre um tópico ou respondam a uma pergunta; e (2) compartilhem ideias com os colegas. Discutir uma resposta com um parceiro serve para maximizar a participação, focar a atenção e envolver os alunos na compreensão do material de leitura (GALVÃO, 2017).
A estratégia TPS é uma técnica versátil e simples para melhorar a compreensão de leitura dos alunos. Isso dá aos alunos tempo para pensarem sobre uma resposta e ativa o conhecimento prévio. Segundo Germano (2018), o TPS aprimora as habilidades de comunicação oral dos alunos enquanto eles discutem suas ideias uns com os outros. O professor decide sobre o texto a ser lido e desenvolve o conjunto de perguntas que visam os conceitos-chave do conteúdo. O professor então descreve o propósito da estratégia e fornece diretrizes para as discussões. Como acontece com toda instrução de estratégia, o professor deve modelar o procedimento para garantir que os alunos entendam como usar a estratégia. O professor deve monitorar e apoiar os alunos enquanto trabalham (YAMAMOTO, 2016).
Essa estratégia ajuda os alunos a se tornarem participantes ativos na aprendizagem e pode incluir a escrita como uma forma de organizar os pensamentos gerados nas discussões. Segundo Leonês (2019), na referência a T: (Pense) os professores começam fazendo uma pergunta específica sobre o texto. Os alunos
"pensam" sobre o que sabem ou aprenderam sobre o assunto; P: (Par) cada aluno deve ser pareado com outro aluno ou um pequeno grupo e S: (Compartilhar) os alunos compartilham seus pensamentos com seus parceiros. O professor expande o
"compartilhamento" em uma discussão para toda a classe, como mostra a Figura 6.
Figura 6: Think-pair-share
Fonte: Leonês (2019)
O professor faz uma pergunta aberta e os alunos pensam em silêncio por um ou dois minutos. Em seguida, cada aluno forma pares com um parceiro e eles discutem a questão por dois a cinco minutos. Finalmente, toda a classe se envolve em uma discussão em que os alunos levantam as mãos e compartilham todos os pensamentos e ideias que reuniram (LIMA, 2018).
Alguns alunos se sentem mais seguros e relaxados quando falam em pequenos grupos, em vez de terem que falar na frente de toda a classe. A atividade TPS dá a eles a oportunidade de se sentirem mais à vontade para compartilharem seus pensamentos. Segundo Martins (2019), além de promover habilidades sociais, essa estratégia também melhora as habilidades de fala e escuta dos alunos. Quando os pares fazem um brainstorming4, cada aluno aprende com seu parceiro. Isso pode ajudar os alunos a expandirem seu vocabulário à medida que aprendem novas palavras com seus colegas e desenvolvem seus conhecimentos anteriores.
2.2.2. Artigo de um minuto
O artigo de um minuto (AdM) é uma estratégia de aprendizagem ativa introdutória popular que requer preparação mínima por parte do professor. Durante um exercício de papel de um minuto, os alunos têm um minuto para escrever uma resposta a uma pergunta feita pelo professor. Segundo Teixeira (2018), os AdM
4 Brainstorming (em português "tempestade cerebral") ou tempestade de ideias, mais que uma técnica de dinâmica de grupo, é uma atividade desenvolvida para explorar a potencialidade criativa de um indivíduo ou de um grupo - criatividade em equipe - colocando-a a serviço de objetivos pré- determinados. Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Brainstorming. Acesso em:7.set.2020
podem seguir em uma discussão ou simplesmente ser coletados para revisão pelo professor. Os AdM fornecem feedback5 imediato e permitem uma resposta rápida aos alunos.
Esta técnica provavelmente é mais bem usada em palestras ou discussões, no entanto, pode ser facilmente adaptada a outros ambientes, como laboratórios, clínicas ou tarefas de casa. Embora esta técnica seja flexível, não é universalmente aplicável. Nem todas as experiências de aprendizagem podem ser avaliadas por uma técnica que pede aos alunos que anotem pontos significativos ou perguntas abertas. (ABRANTES et al., 2018).
5Feedback: Retorno da informação ou do processo; obtenção de uma resposta: Fonte:
http://michaelis.uol.com.br/busca?r=0&f=0&t=0&palavra=feedback. Acesso em:7.set.2020
3. ENSINO DA FÍSICA NO ENSINO MÉDIO
Ensinar Física no Ensino Médio pode ser muito gratificante, com muita emoção e resolução criativa de problemas. O Ensino de Física envolve mais do que escrever fórmulas no quadro-negro. Barbosa e Moura (2013), mostram que envolve ajudar os alunos a ver o mundo de uma nova maneira. Envolve a criação de um ambiente de aprendizagem nos quais os alunos são capazes de explorar e compreender como funciona o mundo físico e de conectar conceitos científicos complexos às suas vidas diárias. Envolve desenvolver a confiança do aluno em sua capacidade de resolver problemas desafiadores e capacitá-lo a construir um futuro melhor para si e para os outros.
Ensinar Física requer criatividade, pensamento e compreensão não só da Física, mas também da Psicologia, cognição e comunicação. O Ensino de Física não é uma opção alternativa para aqueles que não podem ser físicos ou engenheiros. É um caminho para quem tem as mentes mais criativas, para quem tem intelecto expansivo que aprecia desafios multifacetados, para quem quer realmente fazer a diferença e de uma forma imediatamente tangível (BARCELLOS, 2019).
A Física é a ciência da matéria e seu movimento - a ciência que lida com conceitos como força, energia, massa e carga. Como ciência experimental, seu objetivo é compreender o mundo natural. Carboni (2016), mostra que de uma forma ou de outra, a Física é uma das disciplinas acadêmicas mais antigas; por meio de seu subcampo moderno da Astronomia, pode ser considerada a mais antiga de todas.
Às vezes sinônimo de Filosofia, Química e até mesmo certos ramos da Matemática e Biologia durante os últimos dois milênios, a Física emergiu como uma ciência moderna no século XVII e essas disciplinas são agora geralmente distintas, embora os limites permaneçam difíceis de se definir (CIPOLLA, 2016).
Os avanços da Física muitas vezes se traduzem no setor tecnológico e às vezes influenciam as outras ciências, bem como a Matemática e a Filosofia. Segundo Farias (2017), por exemplo, avanços na compreensão do eletromagnetismo levaram ao uso generalizado de dispositivos elétricos (televisores, computadores, eletrodomésticos, entre outras); os avanços na termodinâmica levaram ao desenvolvimento do transporte motorizado; e os avanços na mecânica levaram ao desenvolvimento do cálculo, da química quântica e ao uso de instrumentos como o microscópio eletrônico na microbiologia.
A maioria dos físicos também se especializou em pesquisa teórica ou experimental, a primeira lidando com o desenvolvimento de novas teorias e a segunda lidando com o teste experimental de teorias e a descoberta de novos fenômenos.
Apesar de importantes descobertas durante os últimos quatro séculos, há uma série de questões em aberto na Física e muitas áreas de pesquisa ativa (FONSECA;
MATTAR, 2017).
Embora a Física englobe uma ampla variedade de fenômenos, todos os físicos competentes estão familiarizados com as teorias básicas da mecânica clássica, eletromagnetismo, relatividade, termodinâmica e mecânica quântica. Cada uma dessas teorias foi testada em vários experimentos e provou ser um modelo preciso da natureza dentro de seu domínio de validade (GERMANO, 2018).
Por exemplo, a mecânica clássica descreve corretamente o movimento dos objetos na experiência cotidiana, mas ela não se adequa na escala atômica, no qual é substituído pela mecânica quântica, e em velocidades próximas à velocidade da luz, em que os efeitos relativísticos se tornam importantes (LIMA, 2018).
Embora essas teorias tenham sido bem compreendidas há muito tempo, elas continuam a ser áreas de pesquisa ativa - por exemplo, um aspecto notável da mecânica clássica conhecido como teoria do caos foi desenvolvido no século XX, três séculos após a formulação original da mecânica por Isaac Newton (1642–1727) (YAMAMOTO, 2016).
A Física ajuda a entender por que as coisas no mundo natural acontecem da maneira que acontecem. Ela nos permite explicar, por exemplo, como os edifícios se movem em um terremoto, por que um carro leva tanto tempo para parar quando os freios são acionados, por que o céu é azul e por que os apoios de uma ponte devem ter certas dimensões (LEONÊS, 2019).
Físicos - e estudantes de Física - são capazes de usar seus conhecimentos para preverem como um objeto se comportará sob condições particulares, melhorar o funcionamento dos objetos do dia a dia e imaginar desenvolvimentos totalmente novos.
A Física é útil e emocionante, o conhecimento e os processos usados pela Física produziram tecnologias novas e estimulantes que estão no uso diário. Martins (2019), mostra que quase qualquer exemplo de tecnologia moderna tem suas origens na mecânica, óptica, eletrônica, termodinâmica, física nuclear ou algum outro ramo da Física. Os físicos são desafiados a descobrirem como a natureza funciona; ao longo
do caminho, eles conhecem a emoção de explicar, ver ou fazer algo que ninguém entendeu ou fez antes.
Um método de usar a Física no Ensino Médio e fazer com que os alunos explorem a ABP é o das montanhas-russas, no qual inclui a energia potencial, a energia cinética, a fricção, entre outras. Primeiro, eles aprendem que todas as verdadeiras montanhas-russas são totalmente impulsionadas pela força da gravidade e que a conversão entre a energia potencial e cinética é essencial para todas as montanhas-russas, como mostra a Figura 7 (FONSECA; MATTAR, 2017).
Figura 7: Física da montanha-russa
Fonte: Fonseca e Mattar (2017)
Em segundo lugar, eles consideram o papel do atrito na desaceleração dos carros nas montanhas-russas. Finalmente, eles examinam a aceleração dos carros da montanha-russa conforme eles viajam pela pista. Durante a atividade associada, os alunos projetam, constroem e analisam modelos de montanhas-russas que eles fazem usando tubos de espuma e mármores (como os carros) (GALVÃO, 2017).
Os alunos exploram os princípios físicos mais básicos das montanhas-russas, que são cruciais para o processo de design inicial para engenheiros que criam montanhas-russas. Germano (2018), mostra que aprendem sobre as possibilidades e limitações das montanhas-russas no contexto da conservação de energia, perdas por atrito e outros princípios físicos. Após a aula, os alunos devem ser capazes de analisar o movimento de qualquer montanha-russa acionada pela gravidade existente e projetar os fundamentos de seus próprios modelos de montanhas-russas.
Outro exemplo é o princípio de Bernoulli o qual relaciona a pressão de um fluido com sua elevação e velocidade. A equação de Bernoulli pode ser usada para
aproximar esses parâmetros em água, ar ou qualquer fluido que tenha viscosidade muito baixa. Os alunos usam a atividade associada para aprenderem sobre as relações entre os componentes da equação de Bernoulli por meio de exemplos de engenharia da vida real e problemas práticos (YAMAMOTO, 2016).
O princípio de Bernoulli tem uma ampla gama de aplicações em dinâmica de fluidos de engenharia, desde o projeto de asas aeroespaciais até o projeto de tubos para usinas hidrelétricas, como mostra a Figura 8 (LIMA, 2018).
Figura 8: Princípio de Bernoulli
Fonte: Lima (2018)
Por exemplo, no caso de uma usina hidrelétrica que utiliza o fluxo de água do reservatório da montanha, conhecer a mudança de elevação do reservatório nas montanhas para a usina na cidade ajuda os engenheiros a determinar a rapidez com que a água estará fluindo através das turbinas geradoras de energia (MACIEL, 2016).
Um exemplo e muito utilizado é o da terceira lei do movimento de Newton: para cada ação, há uma reação igual e oposta. Exemplo no qual praticam a identificação de pares de força de ação-reação para uma variedade de exemplos do mundo real e desenham e explicam vetores simplificados de diagramas de corpo livre (setas) de força, velocidade e aceleração, como mostra a Figura 9 (MARTINS, 2019).
Figura 9: Terceira Lei de Newton
Fonte: Martins (2019)
Também aprendem que os engenheiros aplicam a terceira lei de Newton e uma compreensão das forças de reação ao projetar uma ampla gama de criações, de foguetes e aeronaves às maçanetas, rifles e sistemas de entrega de medicamentos. Moura (2020), mostra que esta lei é a terceira de uma série de três leis newtonianas que devem ser ministradas antes de se aplicar uma atividade associada à dinâmica.
Exemplos da terceira lei do movimento de Newton são onipresentes na vida cotidiana. Por exemplo, no ato de pular, as pernas aplicam uma força ao solo, e o solo responde com uma força de reação igual e oposta que impulsiona o corpo para cima. Com este conceito físico, os engenheiros projetam foguetes e outros dispositivos de projéteis. Ricardo (2019), mostra que durante o lançamento, o combustível em combustão exerce uma força descendente e a força de reação empurra o foguete para cima. No espaço, o foguete aplica seus propulsores traseiros para avançar, o que fornece outro exemplo de como os engenheiros aproveitam as forças de reação em seus projetos.
Um último exemplo citado são as propriedades dos eletroímãs. Os alunos aprendem como os engenheiros usam eletroímãs em aplicações cotidianas, pois projetam eletroímãs, que são uma parte básica dos motores elétricos. Os motores elétricos estão em grande parte da vida cotidiana, assim como nas indústrias em geral. Silva (2015), mostra que se pode nem perceber que interagimos com eletroímãs diariamente, pois usamos uma grande variedade de motores para tornar nossas vidas mais fáceis, como mostra a Figura10 a seguir.
Figura 10: Esquema de um eletroímã
Fonte: Silva, (2015)
Dispositivos comuns que usam motores eletromagnéticos são: geladeiras, secadoras e máquinas de lavar roupas, lava-louças, aspiradores de pó, máquinas de costura, trituradores de lixo, campainhas, computadores, impressoras de computador, relógios, ventiladores, acionadores de partida de carro, motores de limpador de para- brisa, escovas de dente elétricas, barbeadores elétricos , abridores de latas, alto- falantes, entre outras. (TEIXEIRA, 2018).
3.1 Aprender Física abre oportunidades de carreira
Pessoas com formação em Física são encontradas em todas essas áreas e muito mais: telecomunicações, espaço, medicina, finanças, direito, música, televisão, meio ambiente, arquitetura, engenharia civil, esportes, energia e educação.
Qualquer tecnologia que use eletricidade, magnetismo, mecânica, calor, luz, som, óptica entre outras. vem da Física. Pasqualetto; Veit; Araujo (2017), mostram que embora o conhecimento necessário para descobrir fertilizantes, drogas, plásticos e produtos químicos venha da Química e, em alguns casos, da Biologia, a fabricação desses itens é dominada pela tecnologia baseada na Física.
Como a tecnologia, é difícil encontrar um ramo da ciência que não contenha aspectos relacionados à Física. A Química, em particular, torna-se indistinguível da Física quando se investiga o modelo atômico. A Física é a ciência mais básica e, em muitos casos, é necessária para a compreensão de conceitos em outras ciências (PEREIRA, 2016).
A Física é uma das poucas disciplinas de nível médio que exercita habilidades matemáticas e verbais. Abrantes et al. (2018), apontam que todos os problemas de
Física são problemas de palavras que exigem que os alunos pensem logicamente, usem analogias e lidem com nuances sutis de significado.
A Física é a ciência que lida com o som. É impossível entender como funcionam os instrumentos musicais ou construir uma teoria da música sem usar a Física. Einstein, por exemplo, era um violinista talentoso. Cipolla (2016), mostra que a Física também é a ciência da luz. O que é mais básico para a compreensão da arte? Leonardo da Vinci não foi apenas um grande artista, mas também um físico notável, um dos primeiros a desenvolver uma teoria ondulatória da luz (RICHTER, 1880).
4. ENSINO DA ASTRONOMIA NO ENSINO MÉDIO
O Ensino de Astronomia nas escolas brasileiras é ditada pelo Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 1998). Segundo Abrantes et al. (2018), a inclusão da Astronomia no currículo depende do fato de as autoridades educacionais acreditarem em sua utilidade e relevância para a Educação Básica. Mesmo estando no currículo escolar, professores encontram dificuldades em ensiná-la, devido à pouca ou nenhuma formação em Astronomia, ou Ensino de Astronomia, impactando no aprendizado nos níveis em que é prevista (BARBOSA; MOURA, 2013).
Sanzovo e Balestra (2019), afirmam que uma das preocupações acerca da abordagem da Astronomia na Educação Básica é o desaparecimento dela nos cursos de formação de professores, pois, deixando de ser disciplina específica, a Astronomia muitas vezes não é abordada pelas instituições superiores, é abordada em seus conteúdos básicos ou aparece nos cursos de graduação de forma optativa.
Estudos mostram que muitos professores apresentam certo receio no momento de ensinar os conteúdos de Astronomia por causa de sua formação docente, o que faz com que esses conteúdos não sejam tratados ou que os professores encontrem grande dificuldade ao ensinar até mesmo os conteúdos básicos (LANGHI; NARDI, 2012).
Os tópicos mais desafiadores e para os quais solicitam mais apoio, são:
Astronomia, óptica e mudanças climáticas. Segundo Farias (2017), as atividades práticas continuam a ser um desafio, embora haja um número crescente de atividades on-line, dados, imagens e telescópios remotos. Mas este tipo de tecnologia é eficaz apenas quando conectada ao currículo e apoiado por um professor com conhecimento na área.
Atividades práticas que ilustram aspectos astronômicos vinculando outras disciplinas, como História, por exemplo, podem auxiliar o professor na exploração destes conteúdos na Educação Básica.
Uma das primeiras ferramentas da Astronomia para medir o fluxo do tempo, foi um relógio de Sol. Um relógio de Sol é simplesmente uma vara que projeta uma sombra em uma face marcada com unidades de tempo, como visto na Figura 11.
Conforme a Terra gira, a sombra se espalha pela face. Segundo Leonês (2019), há muitos tipos de relógios de Sol; um relógio de Sol equatorial é fácil de fazer e ensina conceitos astronômicos fundamentais. A face do relógio de Sol representa o plano do equador da Terra, e a vara representa o eixo de rotação da Terra.
Figura 11: Relógio de Sol Equatorial
Fonte: Arquivo da Internet6
Existem diversas formas pelas quais pode-se ensinar Astronomia, no Ensino Médio. Uma delas é ensinar sobre a Via Láctea, que estendendo-se pelo céu escuro da noite, mesmo quando a Lua está brilhando no céu, se apresenta como uma tênue faixa de luz brilhante irregular que pode ser visualizada a olho nu. Segundo Galvão (2017), por milhares de anos, pessoas de várias culturas tentaram explicar o que viam, às vezes usando histórias. Eis alguns exemplos:
• Chinês: A sétima princesa do céu se apaixonou por um pobre pastor e fugiu para se casar com ele. Quando sua mãe enviou soldados para trazê-la para casa, o pastor
6 Disponível em: https://i.pinimg.com/originals/47/8e/d8/478ed87b13f60285327a93eb03b97846.jpg.
Acesso em: 07.set.2020.
os expulsou. Vendo o marido da filha correndo, a mãe deixou cair um alfinete de prata para fazer um riacho de prata para separar os amantes para sempre. Eventualmente, seu pai permitiu que tivesse uma reunião anual com seu marido - pássaros pretos escoltaram-na através do riacho. A Via Láctea é aquela corrente prateada. Os jovens amantes são as estrelas Vega e Altair em ambos os lados;
• Egípcio: A deusa Ísis espalhou grandes quantidades de trigo pelo céu. Vemos essa generosidade como a Via Láctea;
• Polinésio: A Via Láctea é um tubarão longo, azul, comedor de nuvens;
• Grego: A Via Láctea está ao longo do caminho circular onde o Sol se movia no céu. Parece diferente do resto do céu porque o Sol o queimou (GERMANO, 2018).
Galileu, a primeira pessoa a olhar para o céu com um telescópio, descobriu que a Via Láctea é, na verdade, composta de inúmeras estrelas. Outros astrônomos descobriram que ela também tinha muitos aglomerados de estrelas e nebulosas (nuvens de gás e poeira).
Segundo Yamamoto (2016), no século XX, os astrônomos reuniram pistas de muitos tipos de observações para deduzir que vivemos na borda de um braço espiral na galáxia da Via Láctea. Por estarmos no braço, olhamos para o resto da galáxia da ponta e não vemos sua estrutura facilmente. Se pudéssemos tirar uma foto da Via Láctea de uma grande distância, nós a veríamos como um majestoso cata-vento cósmico. O Sol é apenas uma das centenas de bilhões de estrelas na galáxia da Via Láctea. As estrelas nos braços são jovens e muitas delas são quentes e azuis. As estrelas no núcleo e entre os braços espirais são em sua maioria mais velhas e vermelhas.
