EXPERIMENTOS DE BAIXO CUSTO NO ENSINO DE CONCEITOS DE FÍSICA

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Riama Coelho Gouveiaa[riamagp@uol.com.br]

Ricardo Roberto Plaza Teixeirab[rteixeira@if.usp.br]

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Centro Federal de Educação Tecnológica de São Paulo - CEFETSP

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Centro Federal de Educação Tecnológica de São Paulo - CEFETSP RESUMO

Não é recente a preocupação em inserir experimentos nas aulas das disciplinas científicas com a finalidade de facilitar a compreensão dos fenômenos naturais. Apesar disso a grande maioria das escolas brasileira não possui laboratórios, os professores não estão preparados para trabalhar com atividades experimentais e não existem centros ou museus de ciência que possam dar conta dessa deficiência. É nesse contexto que este trabalho se insere: a construção de equipamentos, partindo de materiais de baixo custo, para o estudo da Física em sala de aula, em oficinas e Centros de Ciência, incluindo a preparação de Apostilas/ Roteiros para auxílio dos professores e o estudo da validade destes equipamentos enquanto instrumentos didático-pedagógicos no ensino da Física. A elaboração dos equipamentos, que abordam desde conceitos de mecânica até a Física Moderna, passando por óptica e eletromagnetismo, levou sempre em consideração a possibilidade de reprodução em qualquer ambiente, me

infra-estrutura laboratorial. A bibliografia nesse sentido é razoável, incluindo livros de experimentos e os próprios livros didáticos. A aplicação das atividades em salas de aula na rede pública estadual de São Paulo, em oficina com alunos de Licenciatura em Física e em Feiras de Ciências, permitiram algumas observações bastante interessante: os alunos demonstram grande interesse para o desenvolvimento das atividades experimentais em sala de aula, facilitando a discussão dos conceitos físicos; nas atividades experimentais são privilegiadas a criatividade e a imaginação do aluno, que ajudam a construir conhecimentos sólidos e o sentimento de autoria; os experimentos servem de motivação não somente para os alunos, mas também para os futuros professores, que vislumbram novas possibilidades didáticas.

PALAVRAS CHAVE: EXPERIMENTO, BAIXO CUSTO

INTRODUÇÃO

A Ciência Física compreende teoria e prática, cálculo e observação, lógica e experimentação. O ensino da Física, portanto, também deve incluir esses dois aspectos, para

permitir ao estudante um contato mais próximo com a verdadeira ci a grande

maioria das escolas, principalmente nas da rede pública, muito pouco se trabalha a prática, a na sala de aula, em geral com o argumento de que não há estrutura preparada para essas atividades.

Este trabalho envolve a criação de alternativas à prática experimental nas aulas de Física por meio da elaboração de materiais de fácil reprodução, alguns deles feitos a partir de matéria prima de baixo custo, como incentivo aos professores em sua prática docente e no intuito de auxiliar o processo de ensino-aprendizagem, despertando nos alunos interesse em adquirir conhecimento.

DESCRIÇÃO DO TRABALHO

O desenvolvimento deste projeto pode ser dividido em duas etapas bem distintas. A primeira delas é a construção dos equipamentos, que inclui a elaboração de apostilas e roteiros para estudo e utilização dos mesmos. A segunda etapa está relacionada à preparação e aplicação dos equipamentos na realização de atividades pedagógicas em sala de aula, oficinas e feiras de

Construção

Foram selecionados, a partir de livros didáticos de física e livros de experimentos, seis equipamentos para reprodução, alguns deles com pequenas adaptações. Em seu conjunto o material permite o estudo de diversos setores da física: movimento circular, ondulatória, óptica, eletromagnetismo e física moderna.

Para o estudo de força e de conceitos relacionados ao movimento circular foi escolhido um sistema com duas roldanas, uma grande e outra pequena, construído em papelão, com local para fixação de objetos na roldana menor, baseado no livro Física Mais que Divertida (Valadares, 2000). Várias atividades podem ser desenvolvidas a partir desse sistema, mas o foco deste trabalho será o “Achatamento dos Pólos”. Neste, fixa-se uma fita de papel em forma circular no local apropriado e faz-se girar o sistema. Conforme a fita ganha velocidade sua região equatorial é forçada para fora e como conseqüência o círculo transforma-se numa elipse achatada na região dos pólos, como ocorre com a Terra.

Relacionados ao som, foram elaborados dois materiais: o “Telefone , também baseados em propostas do livro

Divertida. O primeiro é similar à brincadeira das crianças

com dois copos plásticos ligados por um fio. Foram feitos vários telefones, com diferentes materiais no copo e no fio e com diferentes comprimentos do fio, permitindo a avaliação dos fatores que podem influenciar na propagação sonora. O segundo equipamento é composto por duas superfícies parabólicas, montadas em madeira e papelão, posicionadas uma em frente a indo analisar a propagação do som através do ar, assim como discutir a reflexão de ondas nas diferentes superfícies.

Para tratar da óptica foi escolhida a “Câmara Escura”, presente no livro Experiências de Física na Escola (Diez, 1996), cuja elaboração exige apenas uma lata ou caixa com um pequeno furo e uma folha de papel vegetal. Com esse material, realmente simples, é possível investigar a propagação da luz, e ainda relacionar o fenômeno observado com o que ocorre com o olho humano.

Sobre eletromagnetismo selecionou-se a reprodução de um pequeno motor elétrico, feito com pilhas, imã e pedaços de fio fino e grosso. Tal atividade é proposta em muitos livros didáticos de física, e também está presente em Física Mais que Divertida. A construção do material não apresenta complicações e o equipamento serve como base pa

interessantes sobre eletroimãs, campo elétrico/ magnético, motores e geradores.

Em física moderna o experimento elaborado visa verificar a ordem

Achatamento dos Pólos

Telefone com fio

Telefone sem fio

Câmara Escura

Motor Elétrico

Constante de Planck

de grandeza da constante de Planck. Sua montagem, adaptada do livro Física Moderna

Experimental (Cavalcante & Tavolaro, 2003) consiste num circuito elétrico composto por dois

LEDs, um verde e um vermelho, ligados em paralelo; duas chaves liga/desliga, ligadas a cada um dos LEDs; e um potenciômetro, que faz variar a tensão nos LEDs. Foram adicionados um LED e uma chave liga/desliga principal, que servem para acionar o conjunto e mostrar que está em funcionamento.

Como se pode observar pela descrição alguns dos equipamentos são construídos a partir de matéria prima de baixo custo, como copos plásticos, latas, barbante, etc. Outros exigem materiais específicos e alguns conhecimentos adicionais, como noções de eletrônica ou marcenaria. Em nenhum caso o custo do produto final é elevado..

Aplicações

Depois de elaborados os equipamentos foi possível utilizá-los em atividades pedagógicas, tanto em sala de aula quanto em oficinas e feiras de ciências, no sentido de investigar o seu valor enquanto recurso didático, a capacidade de auxiliar na compreensão dos fenômenos físicos discutidos e a receptividade de alunos e professores em relação ao uso de experimentos no ensino O “Motor Elétrico” e o “Telefone com Fio” foram trabalhados em sala de aula, com alunos do terceiro ano do ensino médio, na cidade de São Paulo, em escola da rede pública estadual, na disciplina de Física. Para uma melhor avaliação do papel pedagógico do experimento a atividade foi realizada de maneiras distintas em diferentes turmas .

Numa situação foi apresentada, em primeiro lugar, a teoria sobre os assuntos: eletromagnetismo, geradores e motores e discussão teórica sobre o som e suas propriedades, respectivamente. Em seguida, para o eletromagnetismo, foi proposta a construção, por parte dos alunos, de um motor elétrico, segundo modelo apresentado pelo professor, sendo que para tanto os alunos receberam fios, pilhas, imã e tinham a disposição alicates e lixa. Para o som, um conjunto de sete telefones foi levado para a sala de aula, para que os alunos, separados em grupos de quatro ou cinco, testassem cada um dos aparelhos e anotasse num relatório suas características de constituição e a qualidade do som observado.

Para as outras turmas a proposta partiu da construção dos materiais por parte dos alunos. No caso do motor elétrico foi apresentado o modelo, fornecido o material, e os alunos deveriam reproduzi-lo, explicando cada etapa do que estavam fazendo. Para o estudo do som foram fornecidos copinhos de várias texturas, barbantes grossos e finos, com comprimento a ser definido pelo grupo. Além de construir os telefones, sendo o objetivo a comunicação mais clara, alta e de de melhor qualidade, os alunos deviam explicar cada uma de suas escolhas, e no final comparar seus telefones com os demais produzidos na sala, avaliando os fatores que influenciaram na qualidade de propagação do som.

A atividade sobre a “Constante de Planck” foi desenvolvida numa oficina com alunos do 5º semestre do curso de licenciatura em física do CEFETSP. Em primeiro lugar foi exibida uma apresentação com noções sobre o funcionamento dos LEDs, em especial sobre as bandas de energia – de valência, proibida e de condução-, e com explicações sobre os cálculos necessários para a obtenção da constante de Planck a partir da tensão mínima necessária para que os LEDs acendam. Em seguida, foi mostrado o equipamento que seria utilizado para as medições e explicado o procedimento experimental a ser adotado. Tratando-se de uma turma pequena, as medições e cálculos foram desenvolvidos individualmente e anotados num breve relatório, que serviu de base para as discussões sobre os conceitos envolvidos.

O equipamento sobre “Achatamento dos Pólos” foi levado a uma Feira de Ciências numa escola estadual de São Paulo, na cidade de Diadema. O público da Feira foi bastante diversificado, incluindo desde alunos do primeiro ciclo do ensino fundamental até alunos do ensino médio. A primeira parte desta atividade era a demonstração do fenômeno por meio do equipamento. Após despertar a curiosidade é que as explicações teóricas eram então fornecidas. Além disso, para

auxiliar a compreensão dos mais interessados um cartaz com algumas informações importantes acompanhavam a exposição.

Nem todos os equipamentos puderam ser testados até o presente momento enquanto os, mas novas atividades já estão agendadas, entre elas a utilização, em sala de aula do ensino médio, na rede estadual de São Paulo, da “Câmara Escura” para discussão sobre fenômenos ópticos e do experimento sobre a “Constante de Planck”, no segundo semestre de 2004. Também pretendemos realizar uma oficina para alunos do curso de Licenciatura em Física do CEFETSP com a utilização do “Telefone com Fio” e participar de uma Feira de Ciência com a exposição do “Telefone sem Fio”, ambos no mês de setembro de 2004.

RESULTADOS

As atividades desenvolvidas em sala de aula, no caso do “Telefone com Fio” e do “Motor Elétrico”, mostraram o quanto essas situações podem contribuir para a prática pedagógica e para a construção do conhecimento por parte dos alunos. Os alunos mostraram grande interesse na

estudantes das turmas.

Em todas as situações onde o motor elétrico foi aplicado, cada grupo queria fazer o motor girar mais rápido e funcionar de maneira mais adequada que o outro. Nas turmas que já haviam recebido a teoria sobre eletromagnetismo a construção do material foi bastatne rápida, e a percepção dos fatores que influenciavam o giro foi geral. Alguns alunos reproduziram o material em casa, em outros tamanhos, com fios mais grossos, maior corrente, e alteração de outras variáveis, trouzendo nas semanas seguintes para mostrar e solucionar algumas dúvidas. Para as turmas que não haviam recebido ainda a teoria sobre o assunto muitas hipóteses foram desenvolvidas: a respeito do diâmetro da bobina, da distância em relação ao imã, sobre a grossura e o “peso” do fio utilizado, ... Os grupos que conseguiam fazer funcionar o equipamento primeiro visitavam outros grupos fornecendo informações e auxiliando o trabalho dos colegas.

No estudo do som com a brincadeira dos telefones, também é possível uma diferenciação entre as duas abordagens. Quando a teoria já era conhecida e os aparelhos já estavam montados o grande quantidade de perguntas durante a atividade e a análise dos relatórios elaborados pelos grupos, que mostra que em todos os casos foram percebidas relações entre a tensão do fio e a propagação do som e entre o densidade linear do fio e as características do som transmitido. Para as turmas que começaram pela construção do material foi poss

dos conhecimentos anteriores, neste caso adquiridos nas brincadeiras infantis, que direcionaram várias escolhas na matéria-prima e auxiliaram a explicação destas escolhas. O que mais se destacou, porém, foi a criatividade na construção dos materiais e na diversidade de testes realizados para a constatação das propriedades e da qualidade dos aparelhos.

No trabalho desenvolvido com os alunos de Licenciatura em Física sobre a constante de Planck, o fato que mais merece destaque foi a reação dos futuros professores ao perceber a possibilidade de trabalhar a Física Moderna, experimentalmente, em aulas do ensino médio. O desenrolar da atividade não trouxe surpresas ou complicações e os valores encontrados para a constante de planck estavam dentro da ordem de grandeza esperada. Os alunos interessaram-se pela montagem do equipamento, copiaram o esquema elétrico do circuito, discutiram adaptações s à aplicação no ensino médio e afirmaram acreditar na utilização dessa atividade na futura prática docente.

Sobre a Feira de Ciências, muitos alunos, de diversas faixas etárias, pararam para conhecer o experimento. Quase sem exceções, a maior surpresa era perceber como um equipamento tão simples poderia explicar o fenômeno de achatamento dos pólos terrestres, ou de outros planetas, fato estudado nos primeiros anos escolares sem a discussão dos . Para os alunos do ensino fundamental, a análise do fenômeno restrigiu-se praticamente à observação, acrescidas de algumas noções sobre o conceito de força. Para os alunos do ensino médio, que já haviam estudado força, vetores e, em alguns casos, até o movimento circular, as discussões puderam ser mais aprofundadas, com o aparecimento de questões muito interessantes.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

As atividades desenvolvidas neste trabalho são uma pequena amostra do que pode ser feito no sentido de concretizar a inclusão de experimentos nas aulas de Física do ensino fundamental e

-estrutura apropriada e com a utilização de poucos recursos.

Os resultados atingidos - a participação e interesse dos alunos, o estabelecimento de relações a partir da observação e da experiência, os questionamentos, a pesquisa, a reprodução de equipamentos fora da sala de aula, etc. - não deixam margem à dúvida. O experimento faz parte da Física e do ensino da Física, e deve-se fazer presente no cotidiano do aluno e do professor.

REFERÊNCIAS

DIEZ, Arribas Santos. Experiências de Física na Escola. Passo Fundo: EDIUPF, 1996.

TAVOLARO, Cristiane R. C. e CAVALCANTE, Marisa A. Física Moderna Experimental . Barueri, SP: Manole, 2003.

VALADARES, Eduardo de Campos. Física mais que divertida: inventos eletrizantes baseados