1. Introdução
A Física utiliza-se de uma linguagem bastante específica, a qual deveria ser entendida pelos estudantes em todas as suas nuances. As leis e os parâmetros que regem os fenômenos estudados são usualmente traduzidos por funções matemáticas, sendo que o aluno necessita compreendê-las, integrando a compreensão dos conceitos aos significados de tais leis. Assim, a área de Física, que possui esse caráter quantitativo transformando as leis numa linguagem simbólica, necessita de uma interação maior que a simples apresentação de fórmulas pelo professor.
Os valores numéricos encontrados na Física incorporam sempre um significado prático, ligados a uma base mais sólida que as operações matemáticas, representando sempre alguma grandeza, como por exemplo: um comprimento, um volume, uma temperatura ou velocidade, cujos conceitos exigem uma exploração mais abrangente eintegrada com as unidades utilizadas, para que se possa proporcionar ao aprendiz uma representação simbólica mais adequada, para que ele possa construir a sua representação.Desta forma, percebeu-seque, além das explicações formais de teorias nas aulas, deveria haver uma melhor abordagem sequencial nas atividades práticas.
Este trabalho foi desenvolvidoem duas turmas de primeira série do ensino técnico integrado de nível médio na UTFPR, em Ponta Grossa, no estado do Paraná.Um dos motivosda escolha deste nível de ensino foi a falta de interesse de muitos alunos ao se trabalhar com uma disciplina que utiliza a matemática como ferramenta, na qual, nem sempre o aluno está em sintonia para aprender efetivamente. Tais alunos, muitas vezes, tendem a uma aprendizagem mecânicapela resolução de exercícios, apesar dos esforços que são feitos no sentido de fundamentar as equações que traduzem as leis físicas. Conforme citam Neves e Savi (2000, p.17):
a falência do ensino tradicional,insiste em métodos manualísticos, livrescos, memorizativos e matematizáveis para o ensino de Física. A história, a experimentação e a observação estão excluídasnesse tipo de ensino. Quando são abordados, os métodos são sempre de simplificação de procedimentos e caricaturas históricas.
Desta maneira, conforme cita o documento do MEC/OCEM (Brasil, 2008, p. 53) “pode-se apontar como uma das causas dessa situação a artificialidade dos problemas tratados pela Física escolar. Assim, propõe-se que o ensino de Física seja pensado a partir do processo: situação - problema - modelo, entendendo-se “situação” nesse caso, como a referência de uma ideia física”. Há, portanto, necessidade de algo mais envolvente e integrador, que proporcione a esses alunos uma maior compreensão das partes e também do todo.
Pesquisas em ensino de Física começaram a surgir após a segunda metade do século XX, tendo como base trabalhos que seguiam as teorias de Jean Piaget, David Ausubel e Levy Vygotsky, que utilizavam a construção do conhecimento como referência. As teorias dão maior ênfase ao sistema cognitivo do aluno, e propõem, por um lado, valorizar o que o aluno sabe e, por outro, fornecer subsídios, a fim de que ele possa ampliar sua visão anterior, tornando sua aprendizagem significativa, como afirma Moreira (2000, p.3):
em última análise, só podemos aprender a partir daquilo que já conhecemos. David Ausubel já nos chamava atenção para isso em 1963. Hoje,todos conhecemos que nossa mente é conservadora, e que aprendemos a partir do que temos em nossa estrutura cognitiva. Como dizia ele, já nessa época, “se queremos promover aprendizagem significativa, é preciso averiguar este conhecimento e ensinar de acordo”.
Como processo contínuo, ações adequadas aplicadas aos métodos tradicionais e também novos métodos de ensino devem ser testados e aplicados, com pesquisas e discussões acerca do tema, ampliando o conhecimento e implantando efetivamentemecanismos capazes de promover uma maior integração dos tópicos abordados, para se chegar à melhoria pretendida, pois, conforme destaca Morin (2006, p.24):
Nossa civilização e, por conseguinte, nosso ensino, privilegia a separação em detrimento da síntese. Ligação e síntese continuam subdesenvolvidas. E isso, porque a separação e a acumulação sem ligar os conhecimentos são privilegiadas em detrimento da organização que liga os conhecimentos. Como nosso modo de conhecimento desune os objetos entre si, precisamos conceber o que os une. Como ele isola os objetos de seu contexto natural e do conjunto do qual fazem parte, é uma necessidade cognitiva inserir um conhecimento particular em seu contexto e situá-lo em seu conjunto.
Após alguns anos de estudo e, após passar pelo ensino médio ou técnico, o aluno se defrontará com a necessidade de resolver, ou ajudar a resolver problemas novos, seja em sua nova área de estudo no ensino superior, ou no seu trabalho, o que exigirá maior integração entre seus conhecimentos e maior habilidade de raciocínio. Quando o aluno for egresso de um curso técnico ou de nível médio, uma das consequências em seu trabalho, resultante das disciplinas da área das ciências exatas adequadamente entendidas por ele neste nível de ensino, é a contribuição para melhorar seu potencial de resolução de problemas reais. Ainda, na continuidade dos estudos, quando este aluno estiver cursando o ensino superior, outra consequência é de proporcionar-lhe uma maiorcapacidade de abstração, porque neste nível de ensino há necessidade de um tratamento teórico mais aprofundado em qualquer área do conhecimento, especialmente quando se utiliza a matemática como ferramenta, devido à necessidade atual e crescente de se fazer estudos com previsões cada vez mais confiáveis.
2. Fundamentação teórica
Com este trabalho, procurou-se promover um aprendizado efetivo de conceitos fundamentais com a utilização de um material de apoio para sustentar e vincular os conceitos, procurando-se fazer com que os alunos conseguissem uma generalização mais eficiente e melhor embasada do que somente utilizando-se de quadro e giz, não se desprezando sua utilização em determinados momentos. Assim, sobre a relação aluno-material nos diz Moreira (2000, p.4) “Ele deve fazer o uso de significados dos materiais educativos”. Assim, o aluno tende a deixar de utilizar a aprendizagem mecânica, onde ele tenta simplesmente memorizar alguns aspectos de uma situação, sem fazer vínculos importantes que ainda, segundo Moreira (2000, p.4), este tipo de aprendizagem “tem pouca retenção e não dá conta de situações novas”. Portanto, a utilização do protótipo em questão, procurou reduzir ao máximo a aprendizagem mecânica, promovendo a aprendizagem significativa. Neste tipo de aprendizagem, segundo Ausubel, Novak e Hanesian (apud Moreira, 2000, p. 4), há uma ordem de acontecimentos cognitivos quando a aprendizagem significativa se processa, que são: A diferenciação progressiva, a reconciliação integradora, a organização sequenciale a consolidação.
- A diferenciação progressiva: As ideias mais gerais devem ser apresentadas desde o início da instrução e, progressivamente, diferenciadas em termos de detalhes e especificidade.;
- A reconciliação integradora: Explora as relações entre conceitos e proposições, e chama a atenção para as diferenças e semelhanças, reconciliando inconsistências reais e aparentes.
- A organização sequencial: Consiste em sequenciartópicos ou unidades de estudo, de maneira tão coerente quanto possível, observados os dois princípios anteriores.
- A consolidação: Leva a insistir no domínio do que está sendo estudado antes de se introduzir novos conhecimentos. É decorrência natural da premissa de que o conhecimento prévio é a variável que mais influencia na aprendizagem significativa.
Desta maneira, a diferenciação progressiva foi processada ao ser apresentado para os alunos, logo no início da primeira série, o protótipo em questão. Ao ser trabalhado gradativamente com os tópicos da disciplina, ampliou os conhecimentos do aluno sobre o tema, proporcionando-lhe concomitantemente a reconciliação integradora dos seus conceitos. Os outros dois tópicos, os quais são a organização sequenciale a consolidação, são consequências da natureza da presente proposta de trabalho. Moreira (2000, p.5), faz referência ainda aos organizadores prévios, de Novak e Gowin, que “são materiais introdutórios apresentados antes do material de aprendizagem, servindo de ponte entre o que o aprendiz já sabe e o que deveria saber”, tornando este material potencialmente significativo. Desta forma o protótipo se mostra como um potencial organizador prévio, podendo ser um elo entre os dois níveis de conhecimento do aluno, ou seja, o que ele já sabe e o que se deseja que ele aprenda.
Para o ensino de conceitos físicos utilizando a teoria da aprendizagem significativa é necessário, principalmente, considerar o fato dos novos conhecimentos se apoiarem em ideias gerais e importantes já presentes no aluno. Segundo Moreira (2000, p. 153):
A aprendizagem significativa é um processo por meio do qual uma nova informação relaciona-se com um aspecto especificamente relevante da estrutura de conhecimento do indivíduo, ou seja, este processo envolve a interação da nova informação com uma estrutura de conhecimento específica, a qual Ausubel define como conceito subsunçor ou simplesmente subsunçor.
Outra teoria utilizada para embasar esta proposta foi a teoria dos campos conceituais de Gerard Vergnaud. Segundo Moreira (2004, p. 10):
a definição de conceito para Vergnaud se dá através de três conjuntos (S,I,R), onde S é um conjunto de situações que dão sentido ao conceito, I é um conjunto de invariantes operatórios (objetos, propriedades, relações), sobre os quais repousa a operacionalidade do conceito, e R é um conjunto de representações simbólicas (linguagem natural, gráficos e diagramas, sentenças formais, etc.), e são, respectivamente, referente, significado e significante.
Vergnaud também faz uso do conceito de campo conceitual como um conjunto de situações e problemas em que, para seu tratamento, há necessidade de conceitos, procedimentos e representações que estão interligados. A introdução do campo conceitual por Vergnaud foi, segundo Moreira (2004, p. 10) devido a três fatores:
1) um conceito não se forma de um só tipo de situação; 2) uma situação não se analisa com um só conceito; 3) a construção e apropriação de todas as propriedades de um conceito ou todos os aspectos de uma situação é um processo de muito fôlego que se estende ao longo de anos, às vezes uma dezena de anos, com analogias e mal-entendidos entre situações, entre concepções, entre procedimentos, entre significantes.
Assim como a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, há também a valorização do sistema cognitivo por Vergnaud em sua teoria dos campos conceituais, preocupando-se com a formação dos conceitos interferindo no processo de aquisição do conhecimento, e para isso, enfatiza Moreira (2004, p. 8):
Vergnaud parte da premissa que o conhecimento está organizado em campos conceituais cujo domínio, por parte do sujeito, ocorre ao longo de um período de tempo, através da experiência, maturidade e aprendizagem. Campo conceitual é um conjunto informal e heterogêneo de problemas, situações, conceitos, relações, estruturas, conteúdos e operações de pensamento, conectados uns aos outros e, provavelmente, entrelaçados durante o processo de aquisição. O domínio de um campo conceitual não ocorre em alguns meses, nem mesmo em alguns anos. Ao contrário, novos problemas e novas propriedades devem ser estudados ao longo de vários anos se quisermos que os alunos progressivamente os dominem. De nada serve tentar contornar as dificuldades conceituais; elas são superadas na medida em que são encontradas e enfrentadas, mas isso não ocorre num só golpe.
Outra concepção que aparece no trabalho, que foi utilizada por Vergnaud, introduzida por Piaget, é o conceito de esquema que, segundo Moreira (2004, p. 12) é “a organização invariante do comportamento para uma determinada classe de situações”. Os esquemas contêm conhecimentos, que são segundo Moreira (2004. p. 15), definidos pelas expressões “conceitos em ação” e “teoremas em ação”, e podem ser designados pela expressão “invariantes operatórios”, que são os conhecimentos contidos nos esquemas.
É preciso dizer também que, para as turmas de 1ª série, pelo fato dos alunos terem trabalhado e visto o protótipo ao longo do ano, fizeram dele um modelo mental, ao qual foram incrementando outras situações para este modelo. Para Johnson-Laird (apud Moreira, 2004, p. 85)
As pessoas raciocinam utilizando modelos mentais, de natureza interna à mente, com a característica de serem análogos estruturais do mundo, construídos a partir de percepções e experiências pessoais. A fonte primária para a construção de modelos mentais é a percepção, porém, particularmente em situações formais de aprendizagem, muitas vezes o sujeito tem que construir tais modelos a partir do discurso linguístico, como no caso dos enunciados dos problemas nas aulas de Física. Modelos mentais são difíceis de serem explicitados e é por essa razão que as respostas dos alunos aos problemas que lhe são propostos parecem sugerir apenas a ponta do “iceberg” das suas representações internas.
Foi, portanto, com o suporte contido nestas teorias que se procurou promover uma melhor aprendizagem em Física. Assim, ao fazer com que o aluno se colocasse em determinadas situações, e nestas, as novas informações pudessem gradativamente ser incluídas, possibilitouao aluno encontrar um caminho para o seu aprendizado a partir de seus conhecimentos prévios.
3. Desenvolvimento
A proposta aqui apresentada foi desenvolvida e aplicada em sala de aula no ano de 2009. O principal objetivo foi o de facilitar para os alunos a compreensão efetiva dos conceitos físicos pela sua integração, procurando-se minimizar a aprendizagem mecânicae, ao mesmo tempo, promovendo a aprendizagem significativa. A aprendizagem mecânica é, para muitos alunos, uma tendência quase que natural na disciplina de Física, cujo interesse é guardar somente a forma de utilizarem equações aplicadas na resolução dos problemas, não dando muita importância aos conceitos envolvidos, mesmo que tais equações não sejam cobradas de forma que se necessite que sejamassimiladas.
Assim, para a realização das atividades foi construído um protótipo de submarino, dois tanques de vidro e um dinamômetro, com os quais alguns conceitos físicos foram abordados utilizando-se este material, porém, com enfoques diferentes em algumas situações apresentadas no decorrer do ano, abordando-se conceitos interdependentes. Os materiais desenvolvidos são mais especificamente descritos a seguir:
- Um protótipo de submarino com as seguintes dimensões: 28 cm de comprimento x 7 cm de largura x 10 cm de altura, confeccionado com chapas de zinco, latão e cobre, cujo acabamento foi feito com esmalte sintético automotivo. Possui aproximadamente 600 gramas de massa (para flutuar na superfície) e propulsão feita por um motor elétrico, cuja fonte é uma bateria de 9V. A Figura 1 mostraa fotografia do aspecto geral do protótipo.
Figura 1 – Protótipo
- Um tanque pequeno: 28 cm de comprimento x 11 cm de largura x 13 cm de altura (medidas internas) confeccionado com vidro de 2 mm de espessura, que foi utilizado para medir o volume do protótipo e para as atividades de estática.
- Um tanque grande: 120 cm de comprimento x 15 cm de largura x 15 cm de altura (medidas internas), confeccionado com vidro de 3 mm de espessura, possuindo duas roldanas instaladas numa das bordas para a passagem do fio que puxa o protótipo, que foi utilizado em algumas das atividades de cinemática e dinâmica.
- Um dinamômetro com capacidade para 11,5 N, confeccionado com tubos de alumínio, utilizado para sustentar e medir o peso do protótipo.
Durante o ano letivo, a aplicação do método utilizando o protótipo, tornou-se um tema recorrente, com uma ordem gradativa de informações e dificuldades. O que se esperou foi que, com base nas teorias que deram suporte a este trabalho, cada aluno, ao estudar inicialmente os aspectos mais simples do protótipo como o volume e o equilíbrio tendesse a formar mais adequadamente os conceitos básicos da atuação de uma ou mais forças, como a intensidade, a direção e o sentido, possibilitando-lhe, posteriormente, aprender efetivamente conceitos mais avançados de diferentes tipos de movimento em função destas forças.
Assim, se cada aluno partisse inicialmente de seus conhecimentos prévios e, na sequência do trabalho, dos conhecimentos adquiridos ou remodelados a partir de uma atividade anterior, que interagisse com os novos conhecimentos em atividades subsequentes, melhorariaefetivamente seus conceitos.
Desta forma, no começo do ano letivo foi aplicado o primeiro questionário de verificação, com 14 questões, para as três séries, num total de 215 alunos, o qual é apresentado a seguir:
Primeiro questionário de verificação:
- Defina submarino.
- Justifique como um submarino pode flutuar na superfície da água.
- Elabore um desenho demonstrando que forças agem num submarino quando parado, flutuando na superfície da água.
- Explique como um submarino pode ficar parado (sem movimento vertical), totalmente submerso na água, quanto às forças aplicadas?
- Faça um desenho mostrando as forças que agem num submarino referente à questão 4.
- Você está segurando um objeto na mão, em repouso. Elabore uma figura demonstrando as forças que agem sobre ele.
- O que é necessário, quanto às forças aplicadas, para que um submarino parado abaixo da superfície da água entre em movimento vertical para cima? Faça um desenhorepresentandoestasforças.
- O que é necessário, quanto às forças aplicadas, para que um submarino parado abaixo da superfície da água entre em movimento vertical para baixo? Faça um desenho representando estas forças.
- Quando é que podemos dizer que um corpo tem aceleração?
- Existem dois tipos básicos de movimento vertical ou horizontal num submarino: O MRU (Movimento Retilíneo Uniforme) e o MRUV (Movimento Retilíneo Uniformemente Variado). Qual é a característica básica de cada um destes movimentos?
- Com relação aos movimentos citados na questão 10, faça um desenho representando as forças que agem num submarino quando o movimento for:
- Um MRUV para cima;
- Um MRU para cima;
- Um MRUV para baixo;
- Um MRU para baixo.
- Qual é a principal condição para que um submarino permaneça em repouso na superfície ou abaixo da água quanto à força resultante?
- Quando um submarino se encontra na superfície ou abaixo da água, existe uma força vertical para cima agindo no casco desse submarino. Diante desta afirmação, responda:
a) Qual é o nome dessa força?
b) De quais fatores depende essa força?
- Considerando-se um submarino submergindo (afundando), a força citada na questão 13 aumenta com a profundidade? Sendo sua resposta afirmativa ou negativa, justifique.
Para responder a este questionário, o que se esperou dos alunos da primeira série que estavam no início do ano letivo, foique eles respondessem a poucas perguntas corretamente, sendo suficiente que demonstrassem algum conhecimento inicial, pois para tais alunos, a demonstração deste conhecimento seria o que interessava a princípio. Eles poderiam também responder às perguntas com ideias corretas, porém, sem o rigor com que a Física trabalha os conceitos e definições neste nível de ensino, sendo isto considerado como significativo para nortear o desenvolvimento posterior das ações. Este questionário teve, na primeira série, a função de avaliar inicialmente os conceitos físicos subsunçores que os alunos aplicariam aos temas. Para os alunos de segunda e terceira séries, o questionário foi aplicado para detectar alguns problemas conceituais recorrentes, já que estes alunos não utilizaram o protótipo como método de ensino anteriormente. Para os problemas detectados nas três séries foram desenvolvidas ações de correção durante o desenvolvimento do trabalho na primeira série.
No final do ano letivo de 2009 foi aplicado o segundo questionário de verificação somente para as turmas de 1ª série. A classificação das respostas e a análise, tanto do primeiro quanto do segundo questionário de verificação, foi feita com base nos seguintes parâmetros, considerando como (S) as respostas satisfatórias, (P) as parcialmente corretas ou incompletas e, (I) as respostas insatisfatórias ou questões não respondidas. Também foi utilizada a classificação percentual por tipo de resposta, porém, a análise realizada foi qualitativa, embasada nestes parâmetros, principalmente, nos conceitos físicos utilizados pelos alunos para responder às perguntas. Para tal análise foram utilizadas como suporte as teorias de Gerard Vergnaud e David Ausubel.
As atividades desenvolvidas na primeira série contemplaram alguns dos conteúdos desta série considerados importantes subsunçores, os quais possibilitariam mais facilmente a aquisição de outros conceitos físicos na mesma série e em séries subsequentes. Assim, foram propostas neste trabalho algumas atividades que, se abordadas conforme sugeridas,poderão atingir os objetivos da formação e da integração de conceitos com maior aproveitamento.
No Gráfico 1 são mostrados os desempenhos dos alunos das três séries no primeiro questionário de verificação, em cuja análise foram identificados alguns problemas conceituais, para os quais previram-se ações de correção nas atividades trabalhadas e nas atividades propostas.
Gráfico 1
Médias percentuais por questão, por tipo de resposta (S, P e I),
referentes ao primeiro questionário de verificação, obtidas pelos alunos da 1ª série (azul)
e também pelos alunos da 2ª com a 3ª série juntas (vermelho)
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Figura 2: Interpretação e representação de forças realizada por aluno de 1ª série,
para movimentos do protótipo para cima e para baixo, em MRUV e em MRU.
4. Análise do segundo questionário de verificação
Este questionário, composto pelas duas perguntas transcritas a seguir, sendo a primeira subdividida em três partes, foi aplicado na turma de Mecânica, para 41 alunos, e na turma de Agroindústria, para 39 alunos, formando um universo de 80 alunos. Foi detectada com este questionário a aquisição dos conceitos físicos básicos dos modos de atuação das forças, além da sua correta representação vetorial, a qual foi considerada como falha na análise do primeiro questionário.
Questão 1: Um protótipo de submarino encontra-se em movimento uniforme e vertical para baixo:
a) Qual é, ou quais são a(s) força(s) vertical(is) atuante(s) no protótipo?
- ( ) Peso ( P )
- ( ) Empuxo ( E )
- ( ) Resistência da água ( R )
Foi considerado bom o índice de acerto (S = 45,85%) e, para estes alunos, pelo fato da maioria ter considerado a força de resistência da água, mostra o bom nível de aprendizado.
Para os alunos que acertaram parcialmente esta questão (P = 45,6%) foi porque não consideraram a força de resistência da água, o que em parte não é tão ruim, pois eles ainda demonstraram utilizar o teorema-em-ação aí solicitado, constante da primeira lei de Newton, quando consideraram a força resultante igual a zero, ao marcar o peso e o empuxo, que são forças contrárias, como respostas corretas. Provavelmente, tal confusão foi originada pelo movimento uniforme para baixo, para aqueles alunos que desconsideraram o empuxo, trocando-o pela resistência da água.
Para os alunos que erraram (I = 7,55%), demonstraram com isto não ter absorvido e integrado estes conceitos satisfatoriamente.
b) Indique no desenho a(s) força(s) atuante(s) marcada(s) acima, representandoo sentido correto de atuação da(s) mesma(s). (coloque a força-peso no pontoindicado no desenho, que é o centro de gravidade do protótipo)
Com um índice considerado bom de respostas satisfatórias (S = 45%), mostra que o nível de aprendizado está dentro do desejável e que, pelo fato de saberem representar estas forças, estão realmente sabendo o que estão fazendo, complementando o que foi concluído para estes alunos no item a.
Para os alunos que tiveram a resposta considerada como parcialmente correta (P = 41,55%), estes não consideraram a força de resistência da água na representação, repetindo-se o erro cometido no item a, com a mesma origem. De qualquer forma, mesmo estes alunos estão demonstrando algum conhecimento, pois se utilizam de um esquema-em-ação para representar as duas forças, o peso e o empuxo corretamente, em sentidos contrários, demonstrando o conhecimento do fato da força resultante ser nula. A confusão na representação foi originada ainda no item a, e foi causada pelo movimento uniforme para baixo, para aqueles alunos que trocaram o empuxo pela força de resistência da água.
Para os alunos que tiveram resposta considerada como insatisfatória (I = 14%), a análise mostra que estes alunos não absorveram e não integraram satisfatoriamente os conhecimentos, conforme já demonstrado no item a, necessitando de mais tempo para interpretar corretamente esta situação, não tendo condições de fazer a representação correta neste momento.
É ainda necessário se entender outro aspecto da representação das forças solicitadas, que se refere especificamente ao sinal “signo” utilizado para a representação, que é a seta, e o que ela significa. Para esclarecer melhor este aspecto vamos considerar o que dizem Diaz Bordenave e Pereira (1991, p. 188-189):
‘signo’é qualquer coisa que substitui ou indica outra coisa graças a algum tipo de associação entre elas. Por exemplo, quando vemos nuvens, pensamos em chuva, ou ainda, a cor amarela de uma folha de café indica a falta de nitrogênio. São signos naturais. Existem também os signos criados pelo homem, como por exemplo, os signos verbais, a escrita, a fala ou os sinais de trânsito, sendo que alguns têm seus significados comumente facilmente entendidos, e outros, necessitam de convenções específicas ou conhecimentos mais especializados. Todo signo tem dois aspectos: o significante, que é o próprio símbolo, e o significado, que é a ideia que se quer representar.
Portanto, na área de Física, que é uma das áreas na qual se utiliza também de sinais para representar conceitos, um dos sinais utilizados é denominado de “vetor”, tendo a função de complementar as características de algumas grandezas físicas que necessitam da indicação por ele proporcionada. Este sinal é um símbolo muito utilizado na área de matemática, no estudo dos vetores, sendo representado por um segmento de reta orientado. Desta maneira, numa abordagem semiótica na área de Física, o vetor representa grandezas que necessitam destes atributos de orientação espacial, os quais são a direção e o sentido.
c) A(s) condição(ões) de equilíbrio para a situação de movimento uniforme mencionada é (são):
- ( ) P = E
- ( ) P = E – R
- ( ) P = R
- ( ) E = R
- ( ) P = E + R
- ( ) P = R – E
Um índice considerado aceitável de acerto foi conseguido (S = 45,8%), e para estes alunos, igualmente ao que já foi constatado com relação à consideração da força de resistência da água, tiveram um bom nível de aprendizado e integração de conhecimentos nestes quesitos, demonstrando que, o que foi proposto para ser entendido, foi integralmente entendido.
Dos alunos que acertaram parcialmente esta questão (P = 45,35%), em função de desconsiderarem a força de resistência da água, com o mesmo motivo já constatado,ainda demonstraram utilizar o teorema-em-ação, derivado da primeira lei de Newton, quando consideraram a força resultante igual a zero, ao considerar o peso e o empuxo como forças iguais. Houve ainda uma confusão parcial devida ao movimento uniforme para baixo.
Alguns alunos desconsideraram a resistência da água, trocando-a pelo empuxo. Estes alunos tiveram a resposta considerada como insatisfatória (I = 8,85%), porque demonstraram não ter conseguido absorver e integrar estes conceitos satisfatoriamente por faltar-lhes os conceitos básicos.
Questão 2: Se o movimento fosse uniforme e vertical para cima, seria correto afirmar que:
- ( ) P = E
- ( ) P < E
- ( ) E = P + R
- ( ) E = R
- ( ) P = E + R
- ( ) P = R
O número de respostas satisfatórias para esta questão foi baixo (S = 7,3%), demonstrando que todas as nuances dos vários movimentos do protótipo, para ser integralmente entendido por todos utilizará mais tempo, porém, para os que responderam satisfatoriamente, demonstraram já possuir uma capacidade de análise e sintetização.
Alunos que tiveram a resposta considerada como parcialmente correta (P = 85%), demonstraramter conhecimento, pois, para que marcassem a opção indicada, tiveram que analisar e concluir que esta opção contemplava a questão do peso ser menor que o empuxo, optando por uma só resposta por considerá-la a mais correta; outros escolheram outro caminho, ou seja, a opção P < E. Esta opção não está errada, pois o peso é menor que o empuxo, porém, falta o complemento que é a consideração da força de resistência da água. Para os alunos que erraram a questão, considerando P = E, o problema detectado foi aconsideração da força de resistência da água, e faltou aprofundar a análise, pois na questão anterior, para quem a acertou, continha também algumas informações e, nesta questão, ao menos a opção E = P + R deveria ser marcada. Portanto, a opção escolhida P < E, mesmo não estando errada,falta-lhe a consideração da força de resistência da água.
Para os alunos que tiveram a resposta considerada insatisfatória (I = 11,35%), é possível dizer que houve problemas da mesma natureza daqueles detectados na análise das questões anteriores para os outros alunos, além de outros problemas conceituais básicos, os quais necessitarão de uma revisão e de acertos no futuro.
A seguir são mostrados o Quadro 1 e o Gráfico 2, correspondentes ao desempenho dos alunos no segundo questionário de verificação, assim como o Quadro 2 e o Gráfico 3, comparando as médias obtidas entre o primeiro e o segundo questionário de verificação.
Média 1ª série Mecânica |
Média 1ª série Agroindústria |
Média 1ª série Mecânica e Agroindústria |
Resposta |
Questão |
73,2 |
20,5 |
46,85 |
S |
1 – a |
22 |
69,2 |
45,6 |
P |
|
4,8 |
10,3 |
7,55 |
I |
|
65,8 |
23,1 |
45 |
S |
1 – b |
29,3 |
53,8 |
41,55 |
P |
|
4,9 |
23,1 |
14 |
I |
|
63,4 |
28,2 |
45,8 |
S |
1 – c |
31,7 |
59 |
45,35 |
P |
|
4,9 |
12,8 |
8,85 |
I |
|
7,3 |
0 |
3,65 |
S |
2 |
85,4 |
84,6 |
85 |
P |
|
7,3 |
15,4 |
11,35 |
I |
Quadro 1
Distribuição do percentual médio de acerto no segundo questionário de verificação
para as turmas de Mecânica e Agroindústria da 1ª série, e para a turma de Agroindústria de 3ª série.
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Gráfico 2 - Médias percentuais, por tipo de resposta (S, P e I),
obtidas pelas turmas de 1ª série no segundo questionário de verificação.
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Curso |
1ª série – 1º questionário |
1ª série – 2º questionário |
Mecânica |
5,3 |
7,87 |
Agroindústria |
4,64 |
7,03 |
Média |
4,97 |
7,45 |
Quadro 2 – Comparação entre as médias obtidas pelas turmas de 1ª série no 1º e no 2º questionário de verificação.
Gráfico 3 – Comparação entre as médias obtidas pelas turmas de 1ª série no 1º e no 2º questionário de verificação.
5. Conclusão
Desde o início do trabalho com os alunos da primeira série, algum conhecimento sobre submarinos estes alunos já dominavam, como foi constatado pelas respostas da primeira pergunta do questionário inicial, ainda que este conhecimento estivesse presente de maneira bem superficial, desprovido dos detalhes do funcionamento de um submarino e embasado em sólidos conceitos físicos, mesmo que os alunos não soubessem responder exatamente como determinados fenômenos se processavam. Assim, no decorrer do desenvolvimento do trabalho e a cada etapa do estudo, novas informações foram acrescentadas, trazendo-lhes mais informações, impregnadas de conceitos físicos aplicados e ancoradas sempre num conhecimento anterior para melhor assimilação. Houve, portanto, conforme prevê a teoria da aprendizagem significativa, maior eficiência na proposta de ensino e maior qualidade do aprendizado.
Os alunos tiveram um bom desempenho geral em termos de formação de conceitos, que está dentro do esperado para a primeira série, mesmo que alguns não tenham construído o modelo mental do protótipo em todas as suas nuances (em repouso na superfície ou abaixo da superfície; em movimento uniforme ou acelerado, horizontal ou vertical, para cima ou para baixo), para que os conhecimentos (conceitos e teoremas presentes nos esquemas) pudessem ser facilmente resgatados e utilizados por eles para responder aos questionários.
Comparando o segundo questionário de verificação em relação ao primeiro, o desempenho geral da maior parte dos alunos foi igualmente considerado bom, ou seja, do que foi previsto de conceitos básicos para estes alunos na primeira série, a maior parte respondeu satisfatoriamente e, em cada uma das respostas dadas, pelo fato destes alunos terem tido contato em várias oportunidades com o protótipo durante o ano letivo, isto interferiu na qualidade de aprendizado. Percebeu-se que, ao final do trabalho, os alunos souberam explorar conceitos e interpretar melhor as leis físicas, tornando mais fácil para si a expansão destes conhecimentos para outras situações nas séries subsequentes.;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
Dos problemas detectados com o primeiro questionário de verificação, o qual foi aplicado também aos alunos de 2ª e 3ª séries, foram previstas ações em algumas atividades, cujo objetivo foi procurar sanar estes problemas futuramente.
Atividades propostas
Os assuntos foramestudados em atividades desenvolvidas durante as aulas. Nesse artigo, a seguir, é apresentada apenas uma atividade, que foi proposta para a primeira série, facilitando a demonstração do método. O objetivo da proposta se constitui na utilização do protótipo emvários conteúdos numa mesma série, abrangendo as três séries, na sequência normal da disciplina.
É importante lembrar que os exercícios são úteis e recomendáveis após cada etapa, porém, o que se propõe como principal com o método utilizado é a contextualização partindo sempre de um mesmo referencial; o protótipo,para que, posteriormente, o aluno possa interpretar as outras situações que se fundamentam nos mesmos conceitos.
Para a realização das atividades de submersão do protótipo, onde não haja necessidade de um motor de propulsão, não havendo um protótipo, sugere-se o uso de uma garrafa pet pequena, colocando-se areia e água, funcionando como lastro, proporcionando-se a realização de tais atividades mais facilmente. Nas atividades que exigem um motor de propulsão, poderá ser montado numa estrutura semelhante a um barco, fazendo-o flutuar na superfície que, em termos práticos, terão mesmo resultado.
Os objetivos das atividades propostasno trabalho foram:
- Medir massa com balança e determinar volume e massa através de medidas e cálculos;
- Possibilitar ao aluno a percepção de erros que podem ser cometidos ao se fazer uma medida.
- Analisar direção e sentido de atuação de forças, representando-as corretamente*;
- Determinar as condições de equilíbrio de um corpo em repouso*;
- Interpretar peso como uma força vertical para baixo*;
- Interpretar empuxo como uma força vertical para cima*.
- Determinar a velocidade do protótipo de submarino num trecho onde o movimento seja uniforme;
- Comprovar que o peso do protótipo é igual ao peso da água deslocada por ele*.
- Possibilitar ao aluno compreender que o empuxo recebido por um corpo imerso em um fluido é igual ao peso do fluido deslocado por ele na condição de equilíbrio estático*.
- Comprovar o valor do empuxo através da equação correspondente*.
- (*) Conclusões que podem ser tiradas da atividade mostrada a seguir.
Atividade 1 - Ação de forças, incluindo a força peso e o empuxo
Parte 1:
- Coloque o protótipo na água e regule a massa até que ele flutue na superfície;
- Determine o peso para esta situação, utilizando-se de um dinamômetro.
- Determine a massa do protótipo através da equação do peso.
- Suspenda o protótipo por um fio, o qual aplicará no mesmo uma força de tração (T), vertical para cima, mantendo-o em repouso;
- Faça um desenho onde apareçam as forças atuantes na situação 4, representando corretamente a direção e sentido destas forças;
Parte 2:
- Suspenda o protótipo pelo dinamômetro e, lentamente, coloque-o na água até que flutue na superfície;
- Determine o nome da força que é aplicada pela água no protótipo, impedindo que o mesmo afunde.
- Faça um desenho onde apareçam as forças atuantes nesta situação.
- Determine o valor das forças aplicando as leis de Newton (1ª e 3ª).
- Compare a força T (da parte 1) com a força E (da parte 2). Estas forças são iguais?
- Compare a força peso (P) com o empuxo (E). Estas forças são iguais?
- Conclusão:
Referências
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Moreira, M. A. (2000); Aprendizagem significativa crítica, en: III Encontro Internacional sobre Aprendizagem Significativa, Lisboa, 2000. Atas... Lisboa: Peniche. p. 33-45.
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Morin, E. (2006). A cabeça bem feita: repensar a reforma, reformar o pensamento. 12.ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil.
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