67 - Ensino de ondas uma revisão da literatura

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II Jornada de Debates sobre Ensino de Ciências e Educação Matemática I Encontro Nacional de Distúrbios de Aprendizagem na Perspectiva Multidisciplinar

“Recursos Didáticos e Tecnologias de Ensino”

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Ensino de ondas: uma revisão da literatura

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Teaching wave: a literature review. _____________________________________ JOSÉ RAFAEL DOS SANTOS 2 GRAYCE KELLY ALVES SANTOS 3 EDNA MENEZES SANTOS 4 CELSO JOSÉ VIANA-BARBOSA5 TIAGO NERY RIBEIRO6 Resumo

Este trabalho apresenta o resultado da análise de 69 artigos, desde 1986 até 2011 e 2 teses de mestrado sobre o assunto de ondas. O objetivo foi identificar tendências teóricas e metodológicas relacionadas com a física ondulatória. O foco dessa pesquisa é verificar como os trabalhos desenvolvidos apresentam estudos relacionados com alguns aspectos como: transposição didática, concepções alternativas, metodologias de ensino, estratégias de ensino, TIC (tecnologias da informação e comunicação), CTS (ciência, tecnologia e sociedade) e elaboração curricular. Os artigos foram coligados nas categorias citadas acima. Dos 69 artigos encontrados excluímos pelo título e pelo resumo 37 e analisamos apenas 32, os quais mostraram preocupação com o ensino da ondulatória voltado para o nível médio.

Palavras-Chave: Ensino de física, ondas, pesquisa. Abstract

This paper presents the results of analysis of 69 articles from 1986 to 2011 and two master's theses on the subject of waves. The objective was to identify theoretical and methodological trends related to the physical wave. The focus of this research is to see how the work presented studies related aspects such as: didactic transposition, misconceptions, teaching methodologies, teaching strategies, ICT (information and communication technologies), STS (science, technology and society) and curriculum design. The articles were related in the categories listed above. Of the 69 articles found excluded by title and summary by analyzing only 37 and 32, which were concerned with the teaching of the wave toward the middle.

Keywords: Teaching physics, waves, search.

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Apoio: Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência – PIBID/CAPES

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Universidade Federal de Sergipe – rafaelsantos_fisica@hotmail.com

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Universidade Federal de Sergipe – graycekellyalves@gmail.com

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Universidade Federal de Sergipe – ednamenezes19@yahoo.com.br

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Universidade Federal de Sergipe – cjvianna@yahoo.com.br

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II Jornada de Debates de Ensino de Ciências e Educação Matemática.

Introdução

O estudo da ondulatória permite a compreensão de diversos fenômenos como o eletromagnetismo, o som, as ondas do mar, a óptica, as ondas sísmicas, as vibrações em corpos e muitos outros. Há uma grande dificuldade encontrada por parte dos alunos em aprender o conteúdo de ondas, esse problema ocorre principalmente porque a maioria dos professores ainda leciona sem levar em conta os fatores que dificultam a aprendizagem, fatores como concepções alternativas ou metodologias baseadas somente na memorização. Uma das tarefas dos professores consiste em encontrar materiais disponíveis e adequados aos estudantes, esses materiais apresentam vários formatos: textos, vídeos, demonstrações, experimentos, simulações entre outros recursos. De um modo geral os professores creem que as atividades experimentais são fundamentais no processo de ensino-aprendizagem, no entanto apresentam várias justificativas para não realizá-las em sala de aula.

Hodson (1994) acredita que as atividades experimentais não são necessariamente aquelas que ocorrem no âmbito do laboratório convencional, mas sim aquelas que se desenvolvem com a ampla participação dos estudantes através de experiências diretas. Hodson afirma que:

“... qualquer método de aprendizagem que exija dos aprendizes que sejam ativos no lugar de passivos concorda com a ideia de que os estudantes aprendem melhor através da experiência direta, o que poderia ser descrito como “trabalho prático”. Neste sentido, o trabalho prático nem sempre necessita incluir atividades que se desenvolvam na bancada do laboratório” (p. 305, tradução livre).

A falta de estrutura nas escolas é um dos principais motivos citados pelo professor que se habitua ao ensino convencional, não buscando inovar e facilitar a compreensão dos conceitos trabalhados no ensino de física. Borges (2002) diz que é um equívoco confundir atividades práticas com a necessidade de um ambiente cheio de equipamentos especiais para a realização de trabalhos experimentais.

É relevante que haja por parte do professor o cuidado de mediar o conteúdo de ondas para deixar esse conhecimento mais próximo da realidade do aluno. Algumas observações que podem ser mostradas de forma simples, a formação das ondas na

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superfície da água, as vibrações numa corda, a relação entre as ondas sonoras e o que escutamos, esses são alguns exemplos que podem ser trabalhados de forma simples e mais próximos do cotidiano do aprendiz.

Independente do assunto ensinado em sala, o educador que se prende ao livro didático geralmente acaba proporcionando aos discentes uma aprendizagem mecânica, contudo o professor deveria conscientizar-se para tornar a aula mais interativa e dinâmica possibilitando ao aluno uma aprendizagem significativa.

1. Metodologia

Para proceder à pesquisa dos artigos e dissertações de mestrado a respeito da inserção do conteúdo de ondas em sala de aula, foi realizado um levantamento bibliográfico através do banco de dados da Biblioteca Digital Brasileira de Teses e Dissertações/USP, Biblioteca digital da UNICAMP, Biblioteca digital da UFRJ, SCIELO, cinco periódicos nacionais e trabalhos publicados em anais de congressos. O período analisado, neste trabalho, corresponde à disponibilidade da publicação on-line.

Os periódicos nacionais consultados para essa pesquisa foram: Caderno Brasileiro de Ensino de Física (antigo Caderno Catarinense de Ensino de Física); revista Ciência e Cultura, editada pela Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC); revista Investigação em Ensino de Ciências, do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul que publica frutos de pesquisa em ensino e aprendizagem de ciências; revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências e a revista Brasileira de Ensino de Física, que publica artigos voltados para a melhoria do ensino de física.

2. Análise do material encontrado

A respeito do tema ondas localizamos artigos e dissertações relacionados a metodologias de ensino (3 artigos), concepções alternativas (3 artigos), transposição didática (4 artigos), Ciência, Tecnologia e Sociedade (CTS) (1 artigo), estratégias de ensino (17 artigos), Tecnologias da Informação e das Comunicações (TIC) (4 artigos) e elaboração curricular (1 artigo).

Ao iniciarmos a análise do material, a partir da metodologia citada, observamos que havia a necessidade de reorientar a pesquisa em função da dificuldade de encontrar

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trabalhos relacionados com o tema geral “Ondas”, desse modo, nas nossas buscas evidenciamos que há muito mais artigos que tratam das ondas sonoras.

2.1. Trabalhos sobre metodologia de ensino

Rinaldi e Guerra (2011) apresentam em seu artigo um projeto pedagógico tendo em vista responder a seguinte questão: O conhecimento e a manipulação, pelos alunos, de aparatos experimentais históricos pode ser um caminho para discutir o processo de construção da ciência e, assim, diminuir o distanciamento entre o ensino de Física e a tecnologia? No projeto os estudantes desenvolveram várias atividades experimentais e discutiram textos narrativos.

Explorar, introduzir e aplicar foi o método usado por Santos e Fiedler-Ferrara (2006), na inserção do conteúdo de ondas eletromagnéticas no ensino médio. A proposta de ensino está estruturada em ciclos de aprendizagem, na fase de exploração os alunos podem aprender com suas próprias ações, levantar perguntas, além de adquirir novos conhecimentos sobre o assunto. A segunda fase pode ser introduzida, pelo professor ou com o auxilio de um livro, um vídeo, uma simulação entre outros recursos. E a última fase é expor o que foi aprendido.

Houve por parte de Silva e Aguiar (2011) a preocupação de propor uma sequência de ensino-aprendizagem sobre a propagação do som, abordando diretamente as dificuldades das crianças em perceber que o som se propaga. Inicialmente eles elaboraram um questionário de múltipla escolha sobre propagação sonora, em seguida são realizados experimentos para determinar qual está em melhor acordo com o comportamento real do som e a etapa final envolve a discussão desses resultados.

2.2. Concepções alternativas

Borges e Rodrigues (2005) descrevem sobre a aplicação de testes de conhecimento, um antes e o outro após a realização das aulas do trabalho de pesquisa sugerida, onde queriam analisar se ocorreu uma aprendizagem significativa dos conceitos de ondas sonoras, eles optaram por usar um texto paradidático e interdisciplinar nas atividades de ensino de física. Os alunos estudaram o texto do curso em seu próprio ritmo e ao longo do estudo os estudantes resolviam exercícios de fixação e respondiam a questões

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II Jornada de Debates de Ensino de Ciências e Educação Matemática. abertas.

Já Souza, Lara e Moreira (2004) optaram por registros obtidos através de entrevistas semi estruturadas e resolução de um problema sobre conteúdos de ondas, dentro do referencial da teoria dos campos conceituais de Vergnaud e da teoria dos modelos mentais de Johnson-Laird. Inicialmente os alunos foram submetidos a uma avaliação parcial da disciplina de física 2 sobre os conteúdos de ondas e a partir do resultado desta foram selecionados como sujeitos da pesquisa seis alunos de acordo com o seguinte critério: dois de baixo desempenho, dois de médio e dois de alto, em termos da pontuação obtida nessa avaliação. Estes alunos concordaram em serem submetidos, individualmente, a uma entrevista semi-estruturadas que consistiu de um conjunto de questões a serem respondidas versando sobre o conteúdo de Ondas e a resolução de um problema específico relativo a ondas estacionárias. Na tentativa de construir um modelo sobre ondas estacionárias os autores tentam verificar se os alunos conseguem solucionar as situações problemas e os alunos falavam o que entenderam, gerando tanto um material de áudio, resultado da gravação da entrevista, como material escrito devido à possibilidade de os alunos demonstrarem de forma escrita suas respostas.

Os autores afirmam que na tentativa de construir um modelo para ondas estacionárias não houve sucesso, porque os seus invariantes operatórios seriam poucos e frágeis de tal forma que não dariam sustentação à construção de um modelo de trabalho. Os resultados preliminares desse estudo reforçam a ideia de que a resolução de uma situação problemática é facilitada quando o aluno é capaz de construir modelos mentais adequados e eficientes para dar conta dela.

O que os alunos pensam sobre ondas? De que forma o conhecimento do senso comum pode interferir na aprendizagem de ondas sonoras? Essas foram as perguntas introdutórias para a pesquisa de Gobara et all ( 2007). Esse estudo faz parte de uma das etapas de um projeto de pesquisa desenvolvido por um grupo de professores em que o objetivo do trabalho é identificar as concepções alternativas dos alunos sobre conceitos de onda, sua produção e propagação. Além de realizar também uma transposição didática que coopere para que o ensino de física, especialmente ondas sonoras e que faça sentido significativo para o aluno.

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2.3. Transposição didática

Jardim, Errobidart e Gobara (2008) fizeram um estudo bibliográfico, cujo objeto de estudo estava relacionado com a transposição didática das ondas sonoras, essa investigação levou em consideração os trabalhos relacionados com o ensino de ciências. A seleção dos trabalhos que compõem o corpus da investigação de Jardim, Errobidart e Gobara (2008) foi realizada em dois bancos de referência de teses e dissertações da USP (Banco de Referências ENFIS, FISBIT, Catálogo Analítico de Dissertações e Teses), cinco periódicos nacionais e cinco periódicos internacionais. Após terem feito a análise dos artigos eles evidenciaram que há um baixo número de publicações significativas na área das ondas sonoras.

Kiouranis, Sousa e Filho (2010) tiveram como referencial a teoria da transposição didática, proposta por Yves Chevallard, que possibilita a reflexão sobre o saber científico reelaborado para ser utilizado em situações de ensino. Esse estudo voltou-se para a dinâmica da transição do saber a ensinar e do saber ensinado, mais especificamente de tornar os conteúdos mais compreensíveis.

Júnior e Medeiros (1998) fizeram uma investigação sobre as qualidades fisiológicas do som através de textos didáticos do ensino fundamental e médio.

Outro autor que faz uma analise dos livros didáticos é Krapas (2011), ela analisa os livros do ensino médio e do ensino superior sobre as ondas eletromagnéticas.

2.4. CTS

Oliveira, Vianna e Gerbassi (2005) apresentaram em sua pesquisa análise de dados feitos com professores que os incentivaram na construção de uma proposta metodológica em CTS (Ciência, Tecnologia e Sociedade) amparada num tópico de ondas eletromagnéticas.

2.5. Estratégia de ensino

Souza (2011) em sua dissertação de mestrado realizou um estudo sobre as ondas mecânicas, onde foram desenvolvidos quatro experimentos relacionados com as ondas sonoras e sua relação com a audição.

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Vicenzi (2007) em sua dissertação de mestrado realizou um estudo sobre difração e interferência, no qual notamos a preocupação na elaboração do material didático. Ondas eletromagnéticas também não ficaram de fora da nossa pesquisa. O trabalho de Laburú et al (2000) tem como título “Visualizando Ondas Eletromagnéticas Estacionárias (Um Experimento na Cozinha de Casa)” propôs um experimento para a visualização de ondas eletromagnéticas estacionárias formadas no interior de um forno microondas.

Os autores Saad, Cássaro e Brinatti (2005) propõem em seu artigo um experimento simples designado a professores do ensino médio, para medir a velocidade do som no ar com o auxilio de um tubo de ensaio adaptado, pó de cortiça e um apito.

Barbeta e Marzzulli (2000) e Silva, et al (2003) também apresentam a construção de um experimento didático para a determinação da velocidade do som no ar com o auxilio de um computador. Tais experiências consistem em um emissor e receptor de ondas sonoras.

O trabalho de Filho (2004) relata um experimento utilizando lâminas transparentes e retro projetor para representar interferência de ondas na experiência de Young.

Martins, Souza e Verdeaux (2009) utilizaram diagramas conceituais no ensino da física, incorporados a aulas expositivas e demonstrativas, visando promover a aprendizagem significativa de conteúdos de ondulatória, acústica e óptica em nível de ensino médio. Souza (2009) mostra uma abordagem experimental relativamente simples e eficaz para o estudo das ondas sonoras no Ensino Médio, na qual foram usados alguns softwares gratuitos para geração e gravação dos sons.

Bemfeito e Vianna (2009) apresentam duas atividades voltadas para colaborar com o processo de ensino de ondas de rádio no nível médio. A primeira atividade teve como meta possibilitar aos alunos colocar uma estação de rádio no ar. Já a segunda atividade foi trabalhar com a turma o conceito de ondas através da pergunta: O que é uma onda de rádio?

Aguiar e Souza (2010) discutem a importância de se distinguir claramente as características sonoras, pois identificaram dificuldades no aprendizado da física das ondas sonoras. Pensando nessa dificuldade eles elaboraram uma experiência simples

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II Jornada de Debates de Ensino de Ciências e Educação Matemática. que permiti mapear a intensidade sonora no interior de um tubo ressonante.

Já no ano de (2011) Aguiar e Souza descrevem novamente uma experiência simples que permiti mapear a intensidade sonora no interior de um tubo ressonante.

Fiedler-Ferrara e Santos (2006) apresentam uma proposta de se ensinar o conteúdo do eletromagnetismo no nível médio, estruturadas em ciclos de aprendizagem, com o objetivo de aumentar o conhecimento cotidiano dos alunos.

Axt (1993) Propõe utilizar uma barra maciça de alumínio para poder demonstrar o surgimento de ondas estacionárias longitudinais, uma maneira simples de se trabalhar com o tema em sala de aula.

Piubelli, Errobidart, e Gobara (2010) apresentam em seu artigo a descrição de um aparato experimental construído, com materiais de baixo custo, para simular e evidenciar as características inerciais e elásticas do meio, na velocidade de propagação de uma onda mecânica longitudinal.

Speziali e Veas (1986) utilizam uma barra metálica lançada verticalmente ao solo e que devido ao choque pula pra cima, com isso os autores propõe nessa experiência calcular a velocidade do som nas barras metálicas.

Diogo e Gobara (2008) apresentam em seu artigo a análise de dados coletados de uma pesquisa de campo, na qual a tecnologia da informação e a comunicação foram usadas como recurso educacional sobre a aprendizagem do som.

2.6. TIC

O artigo de Diogo e Gobara (2007) foi um dos títulos que mais nos chamou a atenção: Pernilongo? Elimine esse zumbido da sua vida: aprendizagem de ondas sonoras por meio das novas tecnologias. Esse trabalho é sobre o uso das novas tecnologias no aprendizado de ondas sonoras e o referencial teórico baseava-se na aprendizagem significativa de David Ausubel. Em relação ao material didático utilizado na pesquisa, foram elaboradas animações em flash, vídeos, simulações em Java, imagens e hipertexto, esse material educacional foi composto por uma atividade introdutória; quatro atividades modeladas como um desafio proposto aos alunos; uma atividade de construção de um mapa conceitual pelo aluno sobre os principais conceitos presentes no

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próprio material; uma atividade na qual o aluno fizesse um cartaz divulgando os pontos positivos ou negativos do curso; um fórum virtual; um canal particular de comunicação aluno-professor; uma biblioteca de páginas web com conteúdos de Física; e um opinário a ser respondido pelo aluno. Houve por parte dos autores uma grande preocupação em elaborar um material que fosse potencialmente significativo para os alunos.

O artigo de Silva et al (2004) disponibiliza um software desenvolvido especialmente para o estudo de interferência de ondas, cujo fenômeno é chamado batimento. Esse software permite o estudo de batimento de ondas sonoras de forma ampla.

Neumann e Barroso (2005) apresentam simulações e animação produzidas para o tópico de oscilações em linguagem Macro media Flash, utilizadas em conjunto com textos, experimentos e vídeos em cursos básicos de nível superior e em cursos de formação continuada de professores.

Bleicher et al (2002) apresenta o uso do software de computação simbólica Mathematica, sendo possível verificar as relações de freqüências numa escala musical e o efeito do batimento.

2.7. Elaboração curricular

Tavares et al ( 1989), faz a criação e desenvolvimento de um laboratório de acústica para o curso de física. Ele apresenta também as principais dificuldades dos alunos sobre esse conteúdo.

3. Considerações Finais

Dentro das limitações do estudo, observamos que são raros os trabalhos que têm como item de pesquisa o conceito de ondas e o estudo de sua transposição didática. Notamos nos trabalhos examinados uma grande ênfase em trabalhos relacionados a estratégias de ensino que se concentram basicamente na experimentação e investigação por parte do aluno. Nos artigos, teses e dissertações encontradas houve por parte dos autores a preocupação em elaborar um material didático que fosse significativo para o aluno, cada um da sua forma, com recursos diferentes. Foi notado também que como o tema de ondas é amplo, a maioria dos pesquisadores se restringem a uma parte do conteúdo da ondulatória, especialmente o de ondas sonoras.

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Souza, Lara e Moreira (2004), deixam claro que não foram capazes, de fato, de inferir na construção e na identificação dos invariantes operatórios (regras, implícitas, que o sujeito crê serem verdadeiras sobre situações, e propriedades que lhe parecem que se aplicam). Já Gobara (2007) nos mostra em seu artigo que a maior parte dos alunos relaciona ondas com ondas do mar ou ondas na margem de rio.

Por meio das análises, percebemos a importância de aproximar cada vez mais o tema a ser trabalhado com o cotidiano do aluno, para que este possa ter uma aprendizagem muito mais significativa. Em relação ao estudo de transposição didática do conceito de ondas sonoras, ficou ratificado que este é um objeto pouco explorado. O conceito de ondas e em particular o de ondas sonoras está intrinsecamente ligado a situações da vida cotidiana.

Através dessa revisão bibliográfica que fizemos sobre Ondas, estamos instruídos para a próxima etapa de investigação: elaborar um conjunto didático em forma de oficina, que será apresentada aos alunos de escolas públicas ministradas pelos alunos bolsistas do PIBID-FÍSICA da UFS. Os artigos selecionados servirão como inspiração para futuros trabalhos.

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