INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
PROGRAMA DE PÓS- GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA
MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA
FLÁVIO SILVA DE ALMEIDA
ATIVIDADES INVESTIGATIVAS NO ENSINO DE FÍSICA: EXPERIMENTO DE HERTZ NO ENSINO MÉDIO
Cariacica 2017
FLÁVIO SILVA DE ALMEIDA
ATIVIDADES INVESTIGATIVAS NO ENSINO DE FÍSICA: EXPERIMENTO DE HERTZ NO ENSINO MÉDIO
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. Humberto Belich Júnior
Cariacica 2017
(Biblioteca do Campus Cariacica do Instituto Federal do Espírito Santo)
A444a Almeida, Flávio Silva de
Atividades investigativas no ensino de física: experimentos de Hertz no ensino médio / Flávio Silva de Almeida – 2017.
128 f. : il.; 30 cm
Orientador: Humberto Belich Júnior
Dissertação (mestrado) – Instituto Federal do Espírito Santo, Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, 2017.
1. Ensino de física – Aprendizagem investigativa. 2. Oscilador de Hertz – Efeito Fotoelétrico. 3. Metodologia de Ensino. I. Belich Junior, Humberto. II. Instituto Federal do Espírito Santo – Campus Cariacica. III. Sociedade Brasileira de Física. IV. Título.
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CAMPUS CARIACICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA
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Atividades Investigativas no Ensino de Física:
Experimento de Hertzno Ensino
Médio
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Flávio Silva de Almeida
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 obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Aprovada em 29 de Junho de 2017.
Comissão Examinadora
_____________________________________
Prof. Dr. Humberto Belich Júnior
(Orientador PPGEFis/UFES)
_____________________________________
Prof. Dr. José Luis Passamai Junior
(Membro Externo DFis/UFES)
_____________________________________
Prof. Dr. Carlos Augusto Cardoso Passos
“A minha esposa e minhas filhas que sempre acreditaram e me apoiaram nesta etapa da vida.”
AGRADECIMENTOS
A Deus por me permitir desfrutar de mais essa benção, nesta fase da vida. À minha família que mesmo quando distante se mostrava presente, de alguma forma nas minhas conquistas. Em especial à Sandra que mesmo em meio a tribulações teve compreensão e com determinação me ajudou a acreditar no meu potencial. A Ana Flávia e Maria Alice que com simples sorrisos me renovavam para conseguir continuar.
Ao meu orientador Humberto Belich Junior que sempre se prontificou a me ajudar, tirando dúvidas e dando sugestões para uma pesquisa melhor.
Ao coordenador Marcelo e a todos os professores do PPGEFis do IFES de Cariacica pela inspiração e contribuição com minha formação profissional.
A todos os amigos de turma, pelas brincadeiras, discussões e trocas de experiências. Principalmente pelas forças nas horas de desânimo.
A tia Rose, Ulisses e Monique pela amizade e por abrirem as portas de sua casa quando precisei, além de incentivo e descontração.
Ao Marcilio pela amizade e pelas discussões semanais sempre ajudando a dar continuidade no meu trabalho.
À direção, coordenação e pedagogia da escola “Paes Barreto”- Vitória que permitiu a aplicação da sequência didática nas turmas de 3° ano. Aos estudantes que se demonstraram interessados pelo estudo proposto.
A CAPES pelo apoio financeiro por meio da bolsa concedida. A todos, muito obrigado.
Tocando Em Frente
“Ando devagar Porque já tive pressa E levo esse sorriso Porque já chorei demais ... Hoje me sinto mais forte Mais feliz, quem sabe Só levo a certeza De que muito pouco sei Ou nada sei ... É preciso amor Pra poder pulsar É preciso paz pra poder sorrir É preciso a chuva para florir ... Todo mundo ama um dia Todo mundo chora Um dia a gente chega E no outro vai embora ... Cada um de nós compõe a sua história Cada ser em si Carrega o dom de ser capaz E ser feliz.” (Almir Sater / Renato Teixeira)
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA
RESUMO
Muito tem sido discutido e observado, que metodologias educacionais tradicionais não são mais sucintas para despertar o interesse dos estudantes, ocasionando uma queda no seu rendimento ou até mesmo desgostando do ensino de Física, levando em consideração que a maioria a relaciona com matemática. A partir dessa perspectiva foi elaborado um produto educacional que se caracteriza como um guia didático para dar suporte ao professor ao trabalhar os conteúdos de propagação de ondas eletromagnéticas e efeito fotoelétrico. O experimento de Hertz, além de sua importância histórica fazendo pela primeira vez se entender que a luz é uma onda eletromagnética, coloca um problema observado pelo físico de que a iluminação da esfera aonde chega a onda facilita o salto da faísca. Foi elaborado um experimento que possibilita realizar o experimento de Hertz em sala de aula com baixa voltagem, o que torna possível a manipulação pelos alunos sem que ocorra nenhum acidente. Este experimento é uma contribuição original para a área de Ensino de Física. Deste modo podemos trazer para sala de aula de ensino médio as bases conceituais da Física Moderna então desenvolvida na primeira metade do século passado. Essa sequência contou com cinco momentos onde o professor pode utilizar diferentes abordagens como experimentos demonstrativos com caráter investigativo, simulação computacional e vídeos explicativos. O produto educacional foi aplicado em duas turmas de terceiro ano do Ensino Médio da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Desembargador Carlos Xavier Paes Barreto, situada na cidade de Vitória-ES. Participaram das aulas 64 estudantes. O primeiro momento buscou motivar e levantar os conhecimentos prévios dos conteúdos a serem abordados. No segundo momento foram apresentados dois experimentos demonstrativos com caráter investigativo sobre os conceitos de ondas com uma atividade que a segue. No
terceiro momento foi apresentado mais um experimento demonstrativo sobre propagação de ondas eletromagnéticas com uma atividade que a segue. O quarto momento foi caracterizado por uma simulação computacional para trabalhar o efeito fotoelétrico, juntamente com um vídeo explicativo e uma atividade que a segue. E o quinto momento foi a avaliação institucional. Em cada momento foram usados questionários para serem discutidos em grupo e a avaliação individual no final, como recursos de coleta de dados. Durante as atividades foi proporcionada uma participação ativa através de discussões dos conceitos envolvidos, levantamento de hipóteses e argumentação dos fatos. Para o estudante isto facilita não só o entendimento de diversas tecnologias ao seu redor como o prepara para adquirir entendimento sobre diversos fenômenos da Física atual. Ao analisar os resultados obtidos através dos instrumentos de coleta de dados, conclui-se que a sequência didática proposta mostrou-se aplicável as turmas do Ensino Médio e contribuíram de forma positiva para o aprendizado de novos conceitos de Física, relacionados à propagação de ondas eletromagnéticas e efeito fotoelétrico.
Palavras-chave: Ensino da Física; Aprendizagem investigativa; Sequência Didática; Metodologia de Ensino; Oscilador de Hertz; Efeito Fotoelétrico.
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA
ABSTRACT
Much it has been discussed and observed that traditional educational methodologies are no longer succinct to arouse the interest of students, causing a drop in their income or even annoying the student of Physics taking into account that the majority of them relates to mathematics. From this perspective an educational product was elaborated that is characterized as a didactic guide to support the teacher when working the contents of propagation of electromagnetic waves and photoelectric effect. Hertz's experiment, in addition to its historical importance for the first time to understand that light is an electromagnetic wave, poses a problem observed by the physicist that the illumination of the sphere where the wave arrives facilitates the jump of the spark. An experiment was developed that makes possible to carry out the Hertz experiment in a classroom with low voltage, which makes possible the manipulation by the students without any accident. This experiment is an original contribution to the area of Physics Teaching. In this way we can bring to the high school classroom the conceptual bases of modern physics then developed in the first half of the last century. This sequence had five moments where the teacher can use different approaches such as demonstrative experiments with investigative character, computational simulation and explanatory videos. The educational product was applied in two classes of third year of High School of the State School of Elementary and Secondary Education Carlos Xavier Paes Barreto, located in the city of Vitória-ES. 64 students participated in the class. The first moment sought to instigate and raise the previous knowledge of the contents to be addressed. In the second moment were presented two demonstrative experiments with an investigative character on the concepts of waves with an activity that follows it. In the third moment was presented another demonstrative experiment on the propagation of electromagnetic waves with
an activity that follows it. The fourth moment was characterized by a computational simulation to work the photoelectric effect, along with an explanatory video and na activity that follows it. And the fifth moment was the institutional evaluation. At each moment, questionnaires were used to be discussed in group and individual evaluation at the end, as data collection resources. During the activities an active participation was provided through discussions of the concepts involved, hypothesis gathering and argumentation of the facts. For the student this facilitates not only the understanding of several technologies around him but also prepares him to acquire understanding about several phenomena of the current Physics. When analyzing the results obtained through the data collection instruments, it is concluded that the didactic sequence proposed was applicable to the High School classes and contributed positively to the learning of new concepts of Physics related to the propagation of electromagnetic waves And photoelectric effect.
Keywords: Teaching of Physics; Investigative learning; Following teaching; Teaching Methodology; Hertz oscillator; Photoelectric effect.
Lista de Tabelas
Tabela 1- Atividades desenvolvidas ao longo da atividade investigativa (AI) ... 40
Tabela 2 - Atividades e instrumentos de coletas de dados em cada etapa ... 41
Tabela 3 - Respostas da questão 7 do questionário 4 ... 59
Tabela 4 - Respostas da questão 8 do questionário 4 ... 60
Tabela 5 - Respostas da questão 9 do questionário 4 ... 60
Tabela 6 - Respostas da questão 10 do questionário 4 ... 61
Tabela 7 - Respostas da questão 1 do questionário de opinião ... 71
Tabela 8 - Respostas da questão 2 do questionário de opinião ... 75
Tabela 9 - Respostas da questão 3 do questionário de opinião ... 79
Lista de Figuras
Figura 1 - Propagação de uma onda eletromagnética ... 30
Figura 2 - Representação do espectro eletromagnético ... 31
Figura 3 - Oscilador de Hertz ... 32
Figura 4 - Elétrons sendo arrancados da placa pela radiação ... 34
Figura 5 - Foto da fachada da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio “Desembargador Carlos Xavier Paes Barreto” ... 37
Lista de Gráficos
Gráfico 1 - Respostas da questão 1 ... 63
Gráfico 2 - Respostas da questão 2 ... 63
Gráfico 3 - Respostas da questão 3 ... 64
Gráfico 4 - Respostas da questão 4 ... 64
Gráfico 5 - Respostas da questão 5 ... 66
Gráfico 6 - Respostas da questão 8 ... 66
Gráfico 7 - Respostas da questão 6 ...67
Gráfico 8 - Respostas da questão 7 ... 69
Gráfico 9 - Respostas da questão 9 ... 69
Gráfico 10 - Respostas da questão 10-A ... 70
Gráfico 11 - Respostas da questão 10-B ... 70
Gráfico 12 - Médias acima de 6 ... 70
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 16 2 2.1 2.2 OBJETIVOS... OBJETIVO GERAL... OBJETIVOS ESPECÍFICOS... 19 19 19 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA... 20 3.1 O ENSINO DA FÍSICA NAS ESCOLAS: DE QUE ENSINO ESTAMOSFALANDO?... 20 3.2
3.3 3.4
REVISÃO DE LITERATURA: LIMITES E POSSIBILIDADES... ONDAS ELETROMAGNÉTICAS... EFEITO FOTOELÉTRICO... 26 30 33 4 METODOLOGIA... 37 4.1 CARACTERÍSTICA DO ESTUDO... 37 4.2 CARACTERÍSTICA DA INSTITUIÇÃO E DOS SUJEITOS DA
PESQUISA... 37 4.3 ESTRUTURA DA SEQUÊNCIA DE ENSINO INVESTIGATIVA... 38 4.4
4.5
INSTRUMENTOS UTILIZADOS NA COLETA DE DADOS... METODOLOGIA DE ANÁLISE DE DADOS...
40 41 5 DESCRIÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS... 42 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5 5.1.6
DESCRIÇÃO DA APLICAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS... Primeira Atividade (ATIVIDADE 1) ... Segunda Atividade (ATIVIDADE 2) ... Terceira Atividade (ATIVIDADE 3) ... Quarta Atividade (ATIVIDADE 4) ... Quinta Atividade (AVALIAÇÃO) ... Questionário de Opinião sobre a avaliação das atividades ...
42 42 48 53 58 61 71 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS... 89 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 91 ANEXOS ... 94
1. INTRODUÇÃO
Muito tem sido discutido nas últimas décadas sobre uma mudança nas propostas de ensino para propiciar aos alunos a oportunidade de agir, acompanhar ações e demonstrações integradas à argumentação, aos questionamentos e às discussões com o professor que atuou como mediador do conhecimento, contrapondo-se às atividades tradicionais causando um melhor aproveitamento dos estudantes, mais participativos e motivados, fazendo com que a aprendizagem investigativa por parte deles melhore a qualidade de ensino, pois os métodos tradicionais muita das vezes não são sucintos.
O professor educador, deve sempre alterar sua metodologia e didática a fim de acompanhar as necessidades de seus alunos. Suas habilidades sociais e competência como a comunicação, a interação dentro da sala de aula, a busca incessante por novidades e desafios, além de despertar interesse por assuntos do seu cotidiano.
Para Carvalho e Sasseron, a criação de um ambiente que propicie a interação do aluno entre seus pares, que permita exercer sua liberdade intelectual com verificação das hipóteses elaboradas e que estimule o entusiasmo dos alunos, é importante para que a experiência investigativa seja também significativa (CARVALHO; SASSERON, 2012).
Reunir a teoria e prática da Física com as ações cotidianas dos alunos, que no caso deste projeto tem como objeto de estudo a tecnologia da comunicação, pode apontar para uma prática pedagógica interessante e inovadora, como dito por Sales e Barbosa:
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 os autores ainda, a utilização de materiais de baixo custo e de fácil aquisição que produzam modelos experimentais eficientes, contribuem para o aprendizado dos fenômenos da Física de uma maneira mais lúdica (SALES; BARBOSA, 2004).
Para Ausubel, o processo de aprendizagem perpassa tanto a etapa de como é feita a recepção da informação pelo aluno como na etapa de investigação. E, nenhuma destas etapas é de simples passividade, mas sim de novas conexões e aprendizados (AUSUBEL, 2003)
Como instrumento de aprendizagem este trabalho utilizou práticas investigativas, abordando a teoria de Hertz, sobre a transferência de pulsos eletromagnéticos, sua ligação com o efeito fotoelétrico e o funcionamento das placas e células fotovoltaicas presentes na transmissão de informação via ondas eletromagnéticas.
Para atingir estes objetivos foram utilizados materiais de baixo custo ao construir modelos experimentais que representem a Física no cotidiano. As sequências didáticas propostas contam ainda com simulador computacional e recursos audiovisuais para auxiliar os estudantes nos debates, na criação hipóteses e, na construção do conhecimento acerca da Física.
Esta pesquisa tratou-se de um estudo qualitativo no qual pretendeu olhar para os dados de maneira subjetiva, com discursos dos alunos e a relação e interação entre eles e deles com professor. A pesquisa qualitativa apresenta algumas características importantes como um ambiente e seu contexto, a coleta de dados descritivos e detalhados com impressões e sentidos para cada indivíduo ou grupo (LUDKE; ANDRÉ. 1986).
O projeto foi aplicado em duas turmas do 3º ano do Ensino Médio da rede estadual de ensino da cidade de Vitória, no mês de março de 2017, os estudantes foram divididos em cinco grupos por sala, para uma melhor discussão em cada atividade. Ao final de cada atividade foi respondido um questionário para que, o professor pudesse acompanhar a evolução dos estudantes assim como, tirar as dúvidas necessárias a partir dos conceitos e dos conteúdos que precisem de reforço.
O produto final deste trabalho consiste na produção de um material didático de apoio ao professor contemplando os resultados das atividades desenvolvidas, fundamentado na teoria aprendizagem investigativa. Espera-se que os estudantes interajam entre si e vejam que a Física está no seu dia a dia, contribuindo assim com a formação de estudantes mais motivados e que tenham um melhor desenvolvimento dos conteúdos de Física. Por fim, a proposta de uma sequência didática investigativa acerca deste conteúdo proposto, justifica-se na necessidade de
inovar as práticas pedagógicas aplicadas em sala de aula, contribuindo com um aprendizado e com a melhoria da qualidade do ensino médio.
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GERAL
Desenvolver uma metodologia de ensino-aprendizagem para o conteúdo de transmissão de ondas eletromagnéticas e do efeito fotoelétrico a partir do experimento de Hertz, por meio de uma sequência didática pautado na aprendizagem investigativa, que estimule uma atitude proativa dos estudantes da 3ª série do Ensino Médio.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Compreender a transmissão de informação via ondas eletromagnéticas;
- Entender pelo processo do salto da faísca como a absorção de radiação de uma superfície metálica pode emitir elétrons (efeito fotoelétrico);
- Apoiar o professor em sala de aula através de uma sequência didática que envolve tecnologias e é de baixo custo;
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1. O ENSINO DA FÍSICA NAS ESCOLAS: DE QUE ENSINO ESTAMOS FALANDO?
A ciência é uma ferramenta importante na compreensão do cotidiano assim como na organização do trabalho e do conhecimento da própria cultura pautada em uma construção histórica da humanidade em busca de respostas para fenômenos naturais, sociais e mesmo culturais (ESPIRITO SANTO, 2009). Assim, o estudo investigativo da ciência, se faz importante pela contextualização do processo ensino-aprendizagem dentro da sala de aula como parte também das relações entre os docentes e discente, a comunidade e a identidade dos próprios estudantes.
O desenvolvimento de competências é um dos objetivos da escola, sendo o resultado da capacidade do aluno de agir e tomar decisões frente às situações diversas, articular os conhecimentos adquiridos em sala de aula e fora dela, além das experiências pessoais vividas ao longo da vida (ESPÍRITO SANTO, 2009).
Desta forma, a Física, como uma ciência da natureza, não pretende enquanto conteúdo do ensino médio ministrado pelos professores, ser uma forma de descrever apenas fórmulas matemáticas gerais, mas sim, se trata da ciência que se dedica a descrever os fenômenos da natureza não só através de livros com conteúdos teóricos, mas também experimentais (ESPÍRITO SANTO, 2009).
Nas últimas décadas vários estudos e propostas foram elaboradas com intuito de contribuir com o conteúdo escolar visando uma educação científica com dimensões de aprendizagem disciplinar, formativa e cultural contextualizada em discussões acerca da educação discutidos em seminários e encontros internacionais (CARVALHO, 2004).
Zabala defende uma prática educativa por meio da competência do professor de reflexão partindo de um planejamento do ensino que permita uma intervenção pedagógica significativa (ZABALA, 1998). Há de certo, uma função social no ensino que pressupõe uma noção de valor no processo de ensinar e aprender:
Educar quer dizer formar cidadãos e cidadãs, que não estão parcelados em compartimentos estanques, em capacidades isoladas. Quando se tenta potencializar certo tipo de capacidades cognitivas, ao mesmo tempo se está influindo nas demais capacidades, mesmo que negativamente (ZABALA, 1998. p. 32).
Desta forma, Zabala corrobora com Carvalho ao defender que o processo de aprendizagem requer mais que os conteúdos e metodologias tradicionais de ensino. Mas sim uma integração entre diferentes frentes e propostas de prática educacional e de ensino.
O autor ainda defende que as práticas educativas precisam de sequências didáticas compostas e organizadas por meio de atividades ordenadas, estruturadas, articuladas entre si e que preveem um objetivo que perpassa princípios e finalidades claros (ZABALA, 1998). Isto aponta para a organização do conteúdo como matéria prima para o ensino, porém ele também pontua que o diferencial é como se aplica. O método varia do modelo tradicional para o modelo inovador da prática educativa pedagógica.
Uma sequência didática eficiente e com foco no processo de ensino-aprendizagem tem como componentes importantes algumas questões como permitir identificar o conhecimento anterior que cada aluno tem sobre o assunto. Os conteúdos são significativos para todos os alunos; permite identificar ou avaliar de forma adequada o nível de desenvolvimento de cada aluno; que estimula o aprendizado e a descoberta a partir das discussões e elaboração de hipóteses; estimula e motiva para o aprendizado assim como contribui para autoestima do aluno; permite e contribui de fato com novas habilidades e competências (ZABALA, 1998).
Importante observar que as relações interativas estão presentes a todo o momento, seja entre os estudantes ou destes com professor. A comunicação e a interação são de fato muito importantes para a construção de relações de confiança e consequentemente de interação e criação de habilidades e competência entre estes. Não só o aluno aprende nesta relação, mas também o professor mediado pelas descobertas e perguntas muitas vezes estimulantes e que levam a reflexão e renovação do pensamento e da prática pedagógica. É preciso que o professor, assim como sua proposta de sequência didática, estejam preparados também para mudanças e adaptações à realidade e às necessidades dos alunos.
O ensino de ciências pautado na pesquisa e na prática são elementos para um aprendizado investigativo. O aprendizado da Física na escola voltado para a cultura científica pode contribuir não só com a formação de alunos qualificados, mas também de cidadãos conscientes do lugar do ensino em suas vidas.
Diante disto, Carvalho (2004) defende que o conteúdo de Física nas escolas passa por um redimensionamento que considera além da visão conceitual, as dimensões procedimentais e atitudinais, ou de valores do conteúdo:
1. Dimensão conceitual: “o que se deve fazer?” Esta dimensão sofre também a influência da cultura e da própria história da sociedade, seus avanços nos aspectos tecnológicos e sociais que são compostos pela física do cotidiano e que contribui diretamente com a sociedade;
2. Dimensão processual: “o que se deve saber fazer?” Perpassa o aprendizado do aluno no qual ele contribui na construção do seu conhecimento a partir da participação em sala de aula das discussões do conteúdo, assim como na construção e defesa de argumentos e hipóteses;
3. Dimensão atitudinal: “como se deve ser?” Esta dimensão aborda a tomada de decisão a partir do conteúdo construído e contextualizado. O que fazer com a informação partindo de valores e princípios próprios de cada um.
Essa discussão acerca dos conteúdos reforça a necessidade de revisão no processo de ensino e aprendizagem assim como de conteúdo, visando à integração entre diferentes teorias da educação, além dos conteúdos escolares e diversos contextos sociais. Para tal, não é apenas o conteúdo e o método que precisam de inovações, é preciso também reinventar o professor, identificar os problemas na sua formação assim refletir sobre o novo papel do professor.
O professor tem um papel extremamente relevante na formação no aluno assim como no processo de inovação do ensino, Carvalho afirma que nada será possível sem a participação e mudança efetiva do professor: “A didática e a prática de ensino são duas faces de uma mesma moeda, como o são o ensino e a
aprendizagem” (CARVALHO, 2004, p. 8). Segundo a autora, além de saber sobre o conteúdo, o professor deve saber fazer o trabalho a partir dele.
Em outra obra da autora, ela contribui com a temática apontando estratégias de organização do ensino em sala com a utilização da metodologia investigativa, que pode ser feita por meio de algumas etapas pré-estabelecidas:
1. Utilização de pequenos grupos de aprendizado: Com a utilização da discussão de problemas em pequenos grupos, o professor pode verificar o entendimento e interpretação destes alunos quanto ao problema e a participação destes nas discussões;
2. A discussão professor/classe: a discussão tem como objetivo verificar como resolveram o problema e identificar o porquê à solução proposta deu certo, construindo assim o conhecimento científico;
3. Realização de perguntas: as perguntas simples realizadas pelo professor têm como objetivo identificar o conhecimento, entre elas os alunos devem explicitar aonde pode ser encontrado tal problema e tal solução por exemplo; 4. Uma avaliação individual: os alunos devem expressar de forma escrita o que
aprenderam em sala de aula com essa discussão e do conteúdo apresentado (CARVALHO, 2012).
Uma contribuição importante para esta discussão é o estudo da teoria de aprendizagem de David Ausubel intitulada Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS).
Uma das suposições de Ausubel é que para ocorrer a aprendizagem significativa o aprendiz, por intervenção de atividades lúdicas e prazerosas, deve revelar interesse e relacionar de maneira sucinta o material significativo à sua estrutura cognitiva.
Ausubel defende que o processo de aprendizagem significativa inicia-se na recepção das informações e, não na investigação, reforçando a importância das duas etapas no processo ensino-aprendizagem do aluno (AUSUBEL, 2003). Esta teoria de Ausubel afirma que o processo de recepção não é passivo e sim, um processo ativo que exige reflexão e ação do aluno mediado por uma sequência
didática organizada pelo docente que contribui com o processo de recepção e descoberta significativo.
Para a visão de Ausubel (2003), o ensino individualizado se torna mais adequado para a promoção da aprendizagem significativa, desde que seja determinada a estrutura cognitiva do estudante para então colocá-lo sob uma sequência individual de acordo com sua própria estrutura.
A aprendizagem significativa e receptiva para Ausubel requer alguns elementos básicos:
1. Análise cognitiva para identificar quais aspectos da estrutura cognitiva do aluno estão presentes e desta forma definir o material potencialmente significativo;
2. Qual grau de reconciliação com as ideias pré-existentes na estrutura cognitiva ou pode-se dizer, qual a relação do conhecimento prévio com as novas informações, quais semelhanças e diferenças, quais novos conceitos e proposições são de fato novos e quais estão enraizados;
3. Reformular o material de ensino aprendizagem para o encontro dos antecedentes intelectuais individuais e particulares, com o vocabulário contextualizado do aluno (AUSUBEL, 2003).
Ausubel também destaca que:
[...] é que só desta forma é que o aprendiz pode usufruir das vantagens dos subsunçores, que lhes dão uma previsão geral do material de instrução mais detalhado, antes do verdadeiro confronto com este, quer elementos de organização que incluem e explicam, de forma mais eficaz, as ideias relevantes da estrutura cognitiva do mesmo (AUSUBEL, 2003, p.152).
Quando o estudante armazena de uma forma estruturada uma sequência de informações, aumentando seus conhecimentos prévios é onde a aprendizagem significativa foi alcançada.
A clareza, a estabilidade cognitiva, abrangência, a diferenciação de um subsunçor variam ao longo do tempo, ou melhor, das aprendizagens
significativas do sujeito. Trata-se de um conhecimento dinâmico, não estático, que pode evoluir e, inclusive, involuir (MOREIRA, 2011, p18). Gowin corrobora com a teoria de participação ativa dos alunos ao longo dos estudos, ao defender que:
“o estudante tem uma grande responsabilidade em selecionar, julgar, revisar, testar, e organizar os muitos significados confusos e conflitantes que emergem em um episódio de ensino” (GOWIN, 1981)
A aprendizagem mecânica utilizada em sala de aula e incentivada nas escolas contrapõe a TAS, pois nesta modalidade de aprendizagem, a mecânica, a nova informação adquirida não provoca um novo significado, ou seja, não amplia os conceitos relevantes existente na estrutura cognitiva dos alunos.
Verifica-se na afirmação de Moreira que (2011, p.32):
A passagem da aprendizagem mecânica para a aprendizagem significativa não é natural, ou automática; é uma ilusão pensar que o aluno pode inicialmente aprender de forma mecânica, pois, ao final do processo, aprendizagem acabará sendo significativa;
O autor corrobora ainda com Ausubel quando afirma que este processo é diretamente relacionado à existência de subsunçores adequados ou até mesmo da predisposição de aprendizado do aluno, assim como da mediação do professor (MOREIRA, 2011).
Magalhães enfatiza ainda que para o ensino da física, como o exemplo dos eletromagnéticos, para que os alunos percebam esses fenômenos é preciso perceber que estes:
[...] não estão presentes não somente no dia-a-dia deles, mas são essenciais em muitas pesquisas atualmente em curso nos mais modernos laboratórios, realizadas de acordo com os padrões científicos de pesquisa, internacionalmente adotados (MAGALHÃES; SANTOS; DIAS, 2002, p.4). É o ensino da física sendo contextualizado pelo cotidiano dos alunos e, a demonstração que os mesmos princípios e fenômenos podem ser aplicado em novas pesquisas e tecnologias.
3.2. REVISÃO DE LITERATURA: LIMITES E POSSIBILIDADES
O ensino da física nas escolas perpassa a construção da própria física e suas teorias. O processo de ensino aprendizado segue uma lógica das descobertas, do conhecimento dos cientistas responsáveis e suas teorias e, das reflexões cotidianas de como funciona um raios-X? Como funciona um telefone? Ou ainda, como é possível a propagação da luz?
Viu-se na seção anterior as teorias que pautam este estudo, tanto para o estudo da física, quanto para o próprio ensino em sala de aula e como estes se relacionam para proporcionar ao aluno um aprendizado significativo. Posteriormente, buscou-se identificar autores que corroboram com a hipótese deste estudo de que metodologias de ensino aprendizagem contextualizados, contribuem com a apreensão do conteúdo pelo discente.
Azevedo em consonância com as teorias de Sales, Moreira e outros autores, aponta em seu estudo sobre o uso de organizadores prévios na aprendizagem significativa do eletromagnetismo que afirmam: utilizar oficinas como parte de uma metodologia para formação do aprendizado é extremamente importante (AZEVEDO, 2013). Para a concepção de organizadores prévios o autor utilizou textos de leitura de apoio e a realizada uma oficina com foco na força magnética para contextualização do conteúdo.
Ele desenvolveu o estudo por meio de quatro etapas metodológicas: 1) aplicação de um questionário para levantar o conhecimento prévio do aluno; 2) leitura de texto de apoio sobre a temática e discussão em sala de aula; 3) realização da oficina de construção de um motor elétrico; 4) Reapresentação do questionário para verificar tanto o aprendizado como a presença de novas ideias incorporadas após as aulas e a oficina (AZEVEDO, 2013).
Como resultado Azevedo aponta que a atividade estimulou os alunos a refletirem a partir do raciocínio lógico e apresentam elementos de uma pesquisa investigativa em suas falas demonstrado por meio de buscas realizadas em casa com auxílio da internet ou dos questionamentos em sala de aula. Algumas questões sobre o estudo apresentados por Azevedo sugerem algumas ponderações quanto à metodologia para o docente, isto porque, essa metodologia participativa pode
demandar maior conhecimento sobre diferentes formas ensino, como a aprendizagem significativa, e reelaborar seu plano de aula contemplando as oficinas, pois dificilmente estão previstas no modelo tradicional de ensino (AZEVEDO, 2013).
Outro estudo que demonstrou a importância da análise compreensiva fundamentando-se na Teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel foi “A Contribuição dos Objetos de Aprendizagem no Ensino de Conceitos Físicos” (NUNES, PICONEZ, COIMBRA, 2011). Eles apontaram que a investigação com auxílio de objetos de aprendizagem, neste caso utilizando o estudo de ondas no cotidiano, foi importante para auxiliar no ensino dos conceitos de física sobre ondas para 156 estudantes da 2º série do ensino médio que geraram, segundo os autores, motivação para o aprendizado (NUNES, PICONEZ, COIMBRA, 2011).
Este estudo utilizou ainda, os mapas conceituais de Novak para identificar o registro lógico de pensamento do estudante a partir das informações que ele dispõe. Foi possível ainda identificar naqueles resultados a presença de novos subsunçores para os estudantes que poderá auxiliar no aprendizado de Física diretamente ou indiretamente relacionado às ondas, assim como o traço para pesquisa investigativa nas próximas aulas e atividades (NUNES, PICONEZ, COIMBRA, 2011).
Já Heckler em seu estudo sobre o Uso de simuladores e imagens como ferramentas no ensino/aprendizagem de ótica, utilizou-se das novas tecnologias de ensino: a informática como ferramenta auxiliar (2004). O autor utilizou computadores para trabalhar com simuladores Java Apllets, animações e imagens para criar um material de hipermídia sobre o conteúdo de ótica geométrica e ótica física disponibilizado posteriormente para os alunos em CD-ROM (HECKLER, et al. 2004). Neste caso, o material foi desenvolvido pelo professor como uma proposta de atividade aplicada posteriormente aos alunos, desta forma o estudo teve duas etapas importantes: 1) o desenvolvimento do material didático; 2) a aplicação e disponibilização do mesmo para os alunos.
Outro estudo que tem como proposta o ensino da física moderna partindo do efeito fotoelétrico, é da dissertação de mestrado de Silva Júnior (2015). O estudo, de natureza qualitativa, teve como justificativa a análise do processo de construção dos
conceitos de científicos em aulas de física, embasado na teoria do ensino por investigação. O estudo perpassa a importância de se compreender os significados produzidos pelos alunos a partir do conhecimento adquirido e compartilhado em sala de aula e, como isso pode potencializar e contribuir com a aprendizagem (SILVA JÚNIOR, 2015). Este foi desenvolvido a partir da ementa tradicional do curso, utilizando uma proposta de Sequência de Ensino Investigativa, inserindo atividades de investigação a partir do estudo prévio de ondulatória, para posteriormente foi feita análise dessa metodologia na elaboração do conhecimento do aluno (SILVA JÚNIOR, 2015). Este estudo tem como particularidade também, em sua sequência didática, o uso do laboratório de informática, para posteriormente trabalhar outros conceitos dentro de sala de aula.
Pode-se inferir que o estudo contribui para a prática docente e o uso de tecnologias da informação, uma contribuição importante para o ensino da física nas escolas. Porém, também é fato a dificuldade de laboratórios de informática nas escolas ou uso de computadores em casa por muitos alunos. Diante do exposto deve-se questionar qual o tipo de material seria possível ser mais amplamente divulgado e utilizado nas salas de aula no contexto em que se pretende desenvolver esta pesquisa.
Quanto aos tipos de experimentos utilizados em sala de aula, materiais ou metodologias, alguns se aproximam da ideia de utilizar equipamentos de baixo custo, se aproximando da realidade da maioria das escolas públicas brasileiras e permitem alternativas mais baratas para os professores. Entre estes estudos está a dissertação de mestrado em Física Laboratorial de Carlos Cunha (2008). Este trabalho tem como contexto Portugal e, reforça a importância tanto do trabalho experimental quanto do ensino da física baseado em evidências, ou ainda, do ensino investigativo como uma metodologia diferencial para o interesse e aprendizado do estudante.
Cunha (2008) defende em seu estudo que a física como uma disciplina nuclear na formação de do aluno é muito importante também para sua base técnica para um ensino superior posteriormente. Podemos somar a isto, a importância para a compreensão da física no cotidiano. O envolvimento do aluno na construção dos projetos, ou equipamento, que serão utilizados nas experiências têm um papel
importante no processo de ensino aprendizado do aluno e, se estes materiais são de baixo custo, aumenta o acesso e a possibilidade de utilização por mais docentes e, consequentemente, mais alunos.
Desta forma, Cunha ao defender o ensino da ciência utilizando experimentos como, por exemplo, garrafa de PET com variação do volume de água para demonstrar a relação entre massa e peso ou, um experimento que demonstre a relação entre a rotação e a força centrípeta, ou ainda como funciona um submarino, ele corrobora com a hipótese de que é de fato, possível utilizar materiais do cotidiano para o ensino da física e, além disto, materiais recicláveis ou mesmo de baixo custo (CUNHA, 2008).
Outros materiais citados pelo autor são produtos de baixo custo comprados em “lojas chinesas”, como por exemplo, árvore de natal de fibra ótica, lanterna de indução por agito, lanternas laser, entre outros que por si só já demonstram a utilização dos conceitos da física ou quando desmontados e agregados a outros equipamentos simples, podem modificar seu uso e demonstrar o funcionamento e utilização para outros objetivos (CUNHA, 2008). A partir destes objetos é possível discutir com os estudantes os principais conceitos da física, assim como, discutir os cálculos, teorias e práticas a partir deles.
Outra teoria importante para compreender o processo de ensino aprendizagem da física para o ensino médio e sequência didática utilizada nestes estudos. Mantovani em sua dissertação de mestrado demonstrou que a sequência didática na perspectiva de uma aprendizagem significativa e contextualizada com o objeto de aprendizagem do efeito fotoelétrico baseado na problematização da implantação de usinas fotovoltaicas na cidade de Dracena, em São Paulo, auxiliou no aprendizado de 37 alunos do terceiro ano do ensino médio (MANTOVANI, 2015).
MANTOVANI utilizou uma sequência didática envolvendo etapas: 1) Pré-sequência didática: levantamento do conhecimento dos alunos a partir do tema efeito fotoelétrico; 2) Consolidação do conhecimento com textos de apoio, multimídia e vídeos; 3) uso de simulação computacional; 4) verificação do uso da energia solar na prática; 5) verificação de aprendizagem (MANTOVANI, 2015).
Apesar do uso de computadores, nem sempre acessíveis, o autor fez uso na sequência didática de calculadoras, carrinhos e outros objetos que ligam e desligam lâmpadas e funções na presença da luz solar e, desta forma apresenta e inclui alternativas mais baratas e possíveis dentro de um contexto menos favorecido da sala de aula.
Estes estudos apontam e embasam a teoria proposta e defendida nesta pesquisa, de que é possível introduzir a Sequência Didática Investigativa nos estudos sobre a Física e elaborá-la utilizando-se de materiais adaptados, de baixo custo ou até mesmo o uso das tecnologias da informação para o aprendizado e auxiliam o docente.
3.3. ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
As ondas eletromagnéticas são aquelas que não necessitam de um meio para se propagar. Elas são compostas de campos elétricos e magnéticos que oscilam perpendicularmente entre si de modo que se auto sustentam, produzindo uma propagação na direção transversal aos campos (ondas transversais). O cientista James Clerk Maxwell foi o responsável por mostrar que um raio luminoso é uma onda eletromagnética e que nesse sentindo os estudos da óptica e do eletromagnetismo se misturam (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2009).
Figura 1 - Propagação de uma onda eletromagnética.
Fonte:https://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_eletromagn%C3%A9tica#/media/File:On de_electromagnetique.svg (acesso 12/06/17).
A figura 1 mostra uma onda eletromagnética, sendo o campo elétrico ( ), o campo magnético ( ) e a velocidade ( ) perpendiculares entre si.
Mas não é só a luz visível ou os raios luminosos que são ondas eletromagnéticas. Hoje em dia, conhecemos muitas ondas eletromagnéticas e todas elas compõem o que é chamado de espectro eletromagnético. Nele podemos encontrar várias ondas eletromagnéticas como as ondas de rádio, descobertas pelo cientista Heinrich Hertz, as micro-ondas, o infravermelho e o ultravioleta, entre outras (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2009). O espectro eletromagnético está organizado de acordo com os comprimentos de onda e com as frequências dessas ondas, como mostra a figura 2 abaixo.
Figura 2 - Representação do espectro eletromagnético.
Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-que-sao-ondas-eletromagneticas.htm (acesso 12/06/17).
Percebemos através da figura acima que a região do espectro onde se encontra a luz visível é muito pequena. Isso quer dizer que não podemos enxergar a maioria dos comprimentos de ondas presentes no espectro. Mas a parte que enxergamos o espectro da luz visível, é de suma importância para nós (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2009).
Maxwell também provou que a luz é uma onda eletromagnética e que todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com a velocidade da luz (c = 3.108 m/s).
O comprimento de uma onda eletromagnética é que determina seu comportamento. Ondas de alta frequência são curtas, e as de baixa frequência são longas. Se a onda interage com uma única partícula ou molécula, seu comportamento depende da quantidade de fótons que ela carrega. Escrito pela equação 3.3.1:
(equação 3.3.1)
Onde velocidade da luz ( ) é igual ao comprimento de onda ( ) multiplicada pela frequência ( ).
O modelo mais simples de uma fonte de radiação eletromagnética, tratado por Hertz em 1888, baseou-se nos resultados experimentais que ele próprio obteve em 1887, comprovando a existência das ondas eletromagnéticas preditas pela teoria de Maxwell através de sua geração e detecção (NUSSENZVEIG, 1997).
A aparelhagem que empregou para este fim está esquematizada na figura 3. Duas esferas metálicas, separadas por um pequeno interstício, estavam ligadas ao secundário de um transformador, que produzia campos alternados de alta voltagem a partir de oscilações no circuito L-C primário. A voltagem elevada ionizava o ar e produzia uma descarga oscilante do capacitor formado pelas duas esferas acopladas ao secundário do transformador, fazendo saltar faíscas entre elas (NUSSENZVEIG, 1997).
Figura 3 – Oscilador de Hertz.
Para detectar as ondas eletromagnéticas geradas pela descarga oscilatória, Hertz usou um fio metálico em forma de aro (também terminando em um par de esferas metálicas), deixando um pequeno interstício entre as pontas, e de dimensões ajustadas para aproximar um circuito L-C resonante com a frequência das oscilações eletromagnéticas geradas (NUSSENZVEIG, 1997).
Hertz observou que cada faísca de sua “antena emissora” era acompanhada de uma faísca da “antena receptora”, mesmo quando a separação entre elas era de vários metros. Medindo o comprimento de onda λ e a frequência v da radiação, ele pôde calcular a sua velocidade de propagação, verificando que coincidia com c. Ele havia gerado assim pela primeira vez “ondas hertzianas” – ondas de rádio, com λ >> que as dimensões dos circuitos usados (NUSSENZVEIG, 1997).
3.4. EFEITO FOTOELÉTRICO
Enquanto fazia suas pesquisas sobre ondas eletromagnéticas Hertz também descobriu experimentalmente o efeito fotoelétrico. Onde foi capaz de perceber que a incidência de radiação (conseguiu inclusive, determinar que fosse a radiação ultravioleta a responsável pelo efeito) facilitava a produção de uma centelha elétrica entre dois condutores. Entretanto, Hertz não levou seus estudos adiante e descobertas maiores só foram feitas posteriormente, por Wilhelm Hallwachs (1859-1922). Ele realizou experimentos com eletroscópios, determinando serem os elétrons arrancados do material (posteriormente chamados de fotoelétrons) os responsáveis pela ocorrência do fenômeno (Barreto Filho; Silva, 2013). Como vemos na figura.
Figura 4 - Elétrons sendo arrancados da placa pela radiação.
Fonte: http://efeitofotoeletricoecompton.webnode.com.br/efeito-fotoeletrico2/ (acesso 12/06/17).
Primeiramente era sabido que o número de elétrons emitidos por unidade de tempo (a chamada corrente fotoelétrica) era proporcional à intensidade da radiação incidente. Alem disso, sabia-se que a energia máxima dos elétrons emitidos era proporcional à frequência da radiação incidente e não à sua intensidade (Barreto Filho; Silva, 2013).
Vale destacar que a explicação clássica – eletromagnética- para o fenômeno não era adequada. A energia de uma onda pode ser inferida por meio da amplitude de oscilação dos campos elétricos e magnéticos. Quando se considerava essa energia, “diluída” na frente de onda que atingia a superfície metálica, a energia por unidade de área não era suficiente para arrancar o elétron da ligação com a rede cristalina do metal (Barreto Filho; Silva, 2013).
A explicação compatível com os fatos experimentais foi dada por Einstein em 1902 e publicada em 1905. No ano seguinte, foi confirmada por experimentos realizados pelo físico estadunidense Robert Millikan (1868-1953) (Bonjorno; et al., 2013).
Com base na ideia do quantum de Planck, Einstein estabeleceu que a energia de radiação incidente concentrava-se em “partículas”, que passaram a ser denominadas fótons. Ele sugeriu que cada fóton transporta um quantum de energia dado por E=h.f. Ou seja, em lugar de se espalhar nas frentes de ondas, como estabelecia a teoria eletromagnética, a energia é transportada em pacotes discretos (Bonjorno; et al., 2013).
O elétron absorve toda energia transportada pelo fóton de uma só vez e, desde que a direção do movimento do elétron no interior do metal seja adequada, ele consegue vencer a barreira da superfície. A energia cinética máxima de saída do elétron é igual à energia do fóton menos a energia necessária para os elétrons que estão na superfície do metal se desprenderem (Bonjorno; et al., 2013).
Com esse raciocínio, Einstein montou a equação 3.4.1 do efeito fotoelétrico (uma função linear) assim expressa (Bonjorno; et al., 2013):
(equação 3.4.1)
Em que:
- é a energia máxima de saída do elétron.
- é a energia do fóton incidente.
- é a energia necessária para o elétron, dentro do metal, ser ejetado. Essa energia é conhecida como função trabalho e seu valor depende do metal.
Einstein justifica então a dependência da frequência. A energia transportada pelo fóton é diretamente proporcional à sua frequência. Quanto à intensidade, ele afirmou que o crescimento desta provoca um aumento na quantidade de fótons incidentes, o que implica maior número de elétrons “arrancados” (Bonjorno; et al., 2013).
A explicação de Einstein sobre o efeito fotoelétrico retomou a antiga polemica do século XVIII sobre a natureza corpuscular ou ondulatória da luz. Os corpúsculos propostos por Einstein denominam-se fótons desde 1926, não tem massa de repouso, mas transportam energia E = h.f (Bonjorno; et al., 2013).
O efeito fotoelétrico tem emprego pratico em muitos dispositivos utilizados frequentemente, tais como células fotoelétricas que controlam a abertura e o fechamento de portas de elevadores, o funcionamento de maquinas, o visor noturno,
as células solares utilizadas em satélites artificiais para transformar energia luminosa em eletricidade etc. (Bonjorno; et al., 2013).
4. METODOLOGIA
4.1 CARACTERÍSTICA DO ESTUDO
Este estudo trata-se de uma pesquisa qualitativa, caracterizada pelo estudo de fenômenos e seus contextos, levando em conta as relações e os significados subjetivos presentes no objeto de estudo (LUDKE; ANDRE, 1986). Importante ressaltar que a pesquisa qualitativa não se contrapõe à pesquisa quantitativa, mas sim podem se sobrepor para caracterizar melhor o objeto de estudo.
A abordagem do objeto de estudo contemplou a construção de uma sequência didática investigativa para o conteúdo da física elaborado por Hertz pautado na teoria do ensino por investigação.
4.2 CARACTERÍSTICA DA INSTITUIÇÃO E DOS SUJEITOS DA PESQUISA
Figura 5 - Foto da fachada da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio “Desembargador Carlos Xavier Paes Barreto”.
Fonte: PPP da escola.
Este estudo foi realizado na Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio “Desembargador Carlos Xavier Paes Barreto”, situada na Av. Leitão da Silva, s/nº-
Praia do Suá- Vitória- ES. A escola funciona nos turnos matutino, vespertino e noturno e atende um número aproximado de um mil e oitenta e nove alunos, sendo 1 turma do 9 º ano do Ensino Fundamental e o restante turmas do 1º ano ao 3º ano do Ensino Médio, além de funcionar o NAAH/S e CAP.
Esta escola foi Inaugurada no dia 1º de maio de 1976, na gestão do Governador Élcio Álvares, sendo Secretário de Estado da Educação e Cultura o Dr. Alberto Stange Júnior. Foi construída por convênio assinado com o Programa de Expansão e Melhoria do Ensino Médio – PREMEN. Hoje atende principalmente alunos das comunidades em torno e o NAAH/S e CAP recebem alunos de toda a grande Vitória e interior do estado.
A amostra do estudo contou com duas turmas do 3º ano do ensino médio do turno matutino, que são compostas de 32 estudantes cada, onde todos participaram da pesquisa. O material didático utilizado nesta unidade de ensino é “Física: eletromagnetismo, Física Moderna” de vários autores dentre eles Bonjorno, Clinton, Eduardo Prado, Casemiro da editora FTD, onde o mesmo foi utilizado como apoio teórico.
4.3 ESTRUTURA DA SEQUÊNCIA DE ENSINO INVESTIGATIVA
A sequência didática proposta por este estudo pautado na transmissão de ondas eletromagnéticas e efeito fotoelétrico baseadas em atividades investigativas, programadas para ocorrer durante 6 horas/aula e foi realizada em duas turmas no período de março de 2017.
A aplicação da sequência foi planejada para o terceiro ano do ensino médio, pois já possuem conhecimentos básicos sobre ondas, tipos e propagação de ondas, dando sequência ao aprendizado preconizado pelas diretrizes curriculares.
Os materiais a serem utilizados nos experimentos são de baixo custo e como estratégia utilizou-se de materiais já adquiridos e adaptados com os experimentos, além de materiais disponíveis na web assim como os vídeos, que podem servir de suporte em caso dos experimentos não apresentem um resultado satisfatório ou algum outro imprevisto. Foi necessário para o estudo uma sala de aula com mesas e
cadeiras, um aparelho para reprodução dos vídeos, um quadro branco e em um momento a sala de informática.
Em cada sala os estudantes foram divididos em cinco grupos para aguçar o trabalho em grupo e desenvolver a ajuda mútua.
No primeiro momento de 1h/aula após apresentar a proposta e dividi-los em grupos de seis ou sete estudantes, foi aplicado um questionário (ANEXO 1) que tinha como objetivo a discussão em grupo e o levantamento de hipóteses para respondê-lo e aguça-los ao estudo de ondas eletromagnéticas e efeito fotoelétrico, bem como identificar e onde os fenômenos estão presentes no nosso cotidiano. No final deste momento foi pedido para eles trazerem o celular com o fone de ouvido para utilizar na aula.
No segundo momento de 1h/aula os estudantes foram colocados novamente grupos. Este momento foi dividido em duas partes, uma de vinte minutos, onde os grupos receberam os telefones de copos descartáveis, juntamente com um questionário (ANEXO 2) .Com o telefone em mãos os alunos discutiram em grupo e formularam a melhor resposta para as perguntas 1 e 2 da atividade 2 (ANEXO 2).
Posteriormente, foi apresentado para todos o receptor de rádio e pedido para sintonizarem a frequência pré-definida no transmissor de 106,5 MHz. A partir da sintonia do rádio, os alunos tinham que formular diferentes hipóteses para possíveis respostas das questões 3 e 4 (ANEXO 2).
Além das quatro perguntas novas, voltou-se a uma pergunta “recordando” do primeiro questionário para ver se as respostas já teriam um sentido diferente.
No terceiro momento de 1h/aula, os estudantes foram colocados em grupos e foi apresentado a eles o oscilador de Hertz juntamente com um novo questionário (ANEXO 3) a serem levantadas hipóteses, discutido e respondido. E novamente foi trazida a tona outra pergunta “recordando” do primeiro questionário.
No quarto momento de 1h/aula os estudantes foram levados à sala de informática e foi apresentado um simulador virtual sobre efeito fotoelétrico que se encontra no site PhET Interactive Simulations disponível através do seguinte endereço: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/photoelectric.
Primeiramente eles receberam instruções de como este simulador funcionava, e alguns exercícios de 1 ao 6 (ANEXO 4) para habitua-los com o simulador.
Com base no que foram propostos nas instruções e se habituarem ao simulador eles tinham que responder quatro perguntas de 7 a 10 (ANEXO 4). No final da aula foi passado um vídeo explicativo.
No quinto momento de 1h/aula foi feito um debate com discussão e levantamento de dúvidas para as mesmas serem tiradas no decorrer da aula.
No sexto momento de 2h/aula foi feita a avaliação institucional (ANEXO 5) que constitui em perguntas objetivas sobre o conteúdo e um questionário de opinião (ANEXO 6).
As etapas das atividades também são demonstradas na tabela 1, abaixo: Tabela 1 - Atividades desenvolvidas ao longo da atividade investigativa (AI).
Etapa da AI Quantidade de aulas Ferramenta didática Utilizada I- Instigar e analisar situações problemas
1 aula Situações problemas
II- Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas
1 aula Experimento Investigativo
III- Propagação de ondas eletromagnéticas
1 aula Experimento Investigativo
IV- Efeito Fotoelétrico 1 aula Simulação computacional Vídeo explicativo
V- Revisão 1 aula Debate com dúvidas
VI- Avaliação 2 aula Avaliação institucional Questionário de opinião Fonte: Elaborada pelo autor
4.4 INSTRUMENTOS UTILIZADOS NA COLETA DE DADOS
A coleta de dados foi feita através do questionário para identificar os conceitos prévios dos alunos, de atividades discursivas sobre os experimentos
investigativos e simulação computacional, avaliação institucional sobre todo o conteúdo abordado e por fim um questionário de opinião para saber a aceitação da sequencia didática proposta. As atividades desenvolvidas e as etapas nas quais foram desenvolvidas, também foram descritas na Tabela 2 abaixo.
Tabela 2 - Atividades e instrumentos de coletas de dados em cada etapa.
ETAPA Atividade desenvolvida
pelo estudante
Instrumentos de coleta de dados
I- Instigar Discussão e resolução de situações problemas do
cotidiano.
Entrega do questionário em grupos.
II- Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas Experimentos Investigativos
Entrega das atividades discursivas em grupos.
III- Propagação de ondas
eletromagnéticas
Experimento Investigativo Entrega das atividades discursivas em grupos.
IV- Efeito Fotoelétrico
Simulação computacional Entrega das atividades discursivas em grupos.
V- Avaliação Final
Avaliação somativa final Entrega das avaliações institucionais
Questionário de opinião Entrega dos questionários Fonte: Elaborada pelo autor.
4.5 METODOLOGIA DE ANÁLISE DE DADOS
Os relatórios foram analisados de forma qualitativa, levando em consideração a relação da atividade proposta com o cotidiano e como este se relaciona com a Física abordada na sequência. Todas as respostas formuladas pelos estudantes foram consideradas, inclusive as que não apresentaram relação direta com o conteúdo proposto, para não desconsiderar os conhecimentos prévios dos mesmos.
5. DESCRIÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
5.1 DESCRIÇÃO DA APLICAÇÃO E AVALIAÇÃO
5.1.1 Primeira Atividade (ATIVIDADE 1)
Após uma orientação e divisão da turma em grupos, foi entregue um questionário com o objetivo de levantar seus conhecimentos e motiva-los ao estudo de Física. Esta atividade contou com cinco questionamentos para a elaboração de hipóteses referenciando acontecimentos do cotidiano com os fenômenos físicos. A primeira abordou a diferença das ondas mecânicas para ondas eletromagnéticas, a segunda foi para aguçar os alunos com as tecnologias do celular, a terceira sobre a propagação de ondas eletromagnéticas e a quarta e quinta sobre efeito fotoelétrico. Como descrito abaixo:
1- Nas últimas décadas houve uma revolução tecnológica muito grande e uma delas foi à mudança na telefonia, que antigamente era só fixa e hoje é fixa e móvel. Diante dos conceitos físicos, argumente qual a principal diferença entre o telefone fixo e o celular:
Os grupos G1, G4, G5, G6, G7, G8, G9 e G10 sabem que há uma diferença entre as duas tecnologias, mas ainda não sabem identificar que uma é por ondas mecânicas e o outro por ondas eletromagnéticas:
G1- “O celular propicia uma maior dinâmica, praticidade e agilidade em relação ao telefone fixo”.
G4- “Na telefonia fixa, as ondas eram passadas via cabo, já na móvel via satélite”. G5- “Telefonia fixa é mais utilizada em residências e empresas, pois há necessidade de serem usados cabos no aparelho. Já o celular classificado como telefonia móvel é mais pratico por poder ser usado em qualquer lugar utilizando-se de transmissão via antenas e satélites”.
G6- “Um tem mais tecnologia que o outro. O celular você pode levar para qualquer lugar, e o telefone fixo não”.
G7- “O telefone fixo necessita de estar em um lugar para que seu funcionamento, requer uma conexão a cabo o celular não pode leva-lo para qualquer lugar”.
G8- “A diferença entre o telefone fixo e celular é que o celular é mais acessível ao dia a dia e carrega varias informações em um único aparelho pequeno. Já o telefone fixo é só para fazer ligações em casa. Podemos recarregar a bateria do celular e ele se sustenta um determinado tempo já o telefone fixo tem que ficar diretamente no carregador”.
G9- “O telefone fixo é via cabeamento, enquanto o celular via satélite. Alem disso o telefone celular hoje em dia é multifuncional enquanto o telefone fixo não é tão utilizado mais”.
G10- “O telefone fixo só faz ligações e algumas operadoras de telefone só usam a ligação de Wi-fi se tiver o telefone fixo e o celular é multifuncional, ou seja, tem acesso a internet, multimídias, aplicativos, entre outros e é um veiculo de comunicação mais usado no mundo por ter uma flexibilidade de uso, e qualquer pessoa pode usar”.
Somente os grupos G2 e G3 já mencionam a existência de ondas eletromagnéticas:
G2- “É de comunicação por ondas eletromagnéticas que permite a transmissão tridirecional de voz e dados utilizados em uma área geográfica que se encontra dividida em células (de onde provem a nomenclatura celular)”.
G3- “O telefone fixo recebe dados através de cabos, enquanto o telefone móvel recebe dados através de ondas eletromagnéticas”.
2- Quais funções os celulares têm?
Esta questão foi proposta para motiva-los a reconhecer que o celular não tem somente função de realizar ligações, mas existem outras tecnologias que funcionam com o principio de propagação de ondas eletromagnéticas. Tais como GPS, Bluetooth, rádio, Wi-fi, entre outras. Assim descritos abaixo:
G1- “Comunicação com o mundo todo, obter informações de vários tipos (hora, internet), objeto de entretenimento”.
G2- “Armazenar informações de contatos, fazer listas e tarefas a realizar, agendar compromissos, trocar mensagens, tirar fotos, fazer ligações, etc.”.
G3- “Receber e mandar mensagens, ligações, tirar foto, chamada de vídeo, acesso a redes sociais, da pra usar a internet”.
G4- “O aparelho celular tem como função, enviar SMS, fazer ligações, navegar na internet, acessar GPS, tirar foto, etc.”.
G5- “Os celulares por serem usados sistemas de satélite e antenas, fornecem um grande “arsenal” de ferramentas como comunicação em tempo real, aplicativos e funções que facilitam o dia a dia”.
G6- “acesso móvel, locomoção a distancia, acesso a pesquisa, ligação, SMS, GPS”. G7- “Acesso a internet, comunicações”.
G8- “carregar dados pessoas, mundiais etc., fazer e receber ligações, tem câmera, acesso a internet”.
G9- “radio, ligações, MP3, câmera, mensagem e varias outras coisas”.
G10- “ter acesso fácil e rápido á noticias, aplicativos de relacionamentos, multimídias, entre outros, também ligações, SMS, tirar fotos, etc.”.
Nesta questão percebemos que cada grupo levantou algumas destas tecnologias, porém alguns grupos colocaram tecnologias que não tem nada a ver com o estudo proposto. Tais como: tirar fotos, câmeras, multimídias, dentre outras.
3- Você já imaginou o mundo sem o controle remoto? Que dificuldades teriam? Todos os grupos tem consciência de que com o controle remoto eles podem acionar os aparelhos a certas distancias, porém após a discussão só levantaram a questão de comodidade e não conseguiram ver o fenômeno físico atuando no exercício proposto:
G1- “Sim, seria necessário muito mais de trabalhos manuais, que levariam mais tempo para serem realizados”.
G2- “Não, teria dificuldade de ligar e desligar a televisão deitado, trocar canais, etc.”. G3- “Sim, teria que fazer tudo manualmente”.
G4- “Não. Caso não houvesse, teríamos que se locomover para executar funções na TV, rádios, DVDs, etc.”.
G5- “Não. Objetos controlados à distancia teriam que ser controlados manualmente diminuindo a praticidade do uso”.
G6- “Sim. Falta de comunicação, falta de informações, e teríamos muita dificuldade”. G7- “Não, nenhuma só dependeria que teríamos que ir ate o aparelho desejado”. G8- “Não. Dificultaria a vida das pessoas que estão acomodadas em ter o controle, pois teriam que levantar e ir até a TV e apertar o botão e o controle facilita isso”. G9- “Não, como pausar filmes, desligar a TV sem precisar levantar, trocar de canal rápido”.
G10- “As pessoas não teriam conforto, pois como o controle da TV se você quisesse mudar de canal teria que levantar toda hora para ter o canal desejado, e o vídeo game seria inviável ter a diversão do vídeo game, então seria complicado não poder controlar as coisas sem um objeto que deixe a vida mais fácil”.
Mesmo alguns grupos já terem discutido na primeira questão sobre as ondas eletromagnéticas, eles não identificaram a ligação com o acionamento a distancia dos controles remotos.
4- Você já deve ter percebido que em alguns locais, tipo Shopping Center ou supermercados, existe uma porta automática que permanece fechada, mas que, quando nos aproximamos, ela se abre automaticamente e após passarmos ela se fecha, também de modo automático. Você já parou para pensar por que ou como isso ocorre?
