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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática

Lindemberg Teixeira Batista

ENSINO DAS LEIS DE NEWTON NO ENSINO MÉDIO POR MEIO DE

ATIVIDADES DE EXPERIMENTAÇÃO:

das concepções alternativas ao saber cientificamente construído

Belo Horizonte

2017


ENSINO DAS LEIS DE NEWTON NO ENSINO MÉDIO POR MEIO DE

ATIVIDADES DE EXPERIMENTAÇÃO:

das concepções alternativas ao saber cientificamente construído

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Ensino de Ciências e

Matemática da Pontifícia Universidade Católica

de Minas Gerais, como requisito parcial para a

obtenção do título de Mestre em Ensino de

Física.

Orientador: Prof. Dr. Lev Vertchenko

Área de concentração: Ensino de Física

Belo Horizonte

2017

FICHA CATALOGRÁFICA

Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

Batista, Lindemberg Teixeira

B333e Ensino das leis de Newton no ensino médio por meio de atividades de

experimentação: das concepções alternativas ao saber cientificamente

construído / Lindemberg Teixeira Batista. Belo Horizonte, 2017.

109 f. : il.

Orientador: Lev Vertchenko

Dissertação (Mestrado) – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática.

1. Física - Estudo e ensino. 2. Física (Ensino médio). 3. Aprendizagem por

atividades. 4. Atividades criativas na sala de aula. 5. Newton, Isaac, Sir, 1642-

1727. I. Vertchenko, Lev. II. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática. III. Título.

CDU: 53:373

RESUMO

Este trabalho apresenta uma proposta de intervenção metodológica que privilegia as

atividades de experimentação no ensino das leis de Newton para o movimento. Esta

proposta, que é dirigida a professores de Física do Ensino Médio, está

fundamentada na teoria cognitivista de Ausubel, que tem como premissa básica o

aprendizado humano a partir do conhecimento prévio. As atividades de

experimentação sugeridas estão roteirizadas segundo a metodologia P.O.E.

(Previsão-Observação-Explicação), que propicia o engajamento interativo dos

estudantes no processo de ensino-aprendizagem. Na realização dessa intervenção

metodológica, junto aos estudantes, com o emprego de pré e pós-teste, atestamos

satisfatoriamente o seu caráter de aplicabilidade. Na fase final, este trabalho foi

apreciado por um grupo de professores de Física do Ensino Médio que, após

assistirem à apresentação, responderam ao questionário de avaliação da proposta,

onde foram colhidas suas percepções acerca da mesma. Na avaliação desse grupo

a nossa proposta representa uma alternativa metodológica eficaz para o ensino de

Física.

Palavras-chave: Atividades de experimentação, Concepções alternativas,

Aprendizagem significativa, Ensino de Física, Leis de Newton.

ABSTRACT

This work presents a proposal of methodological intervention that emphasizes the

experiment activities in the teaching of the laws of Newton for the movement. This

proposal, which is addressed to high school physics teachers, is based on the

cognitive theory of Ausubel, whose basic premise is human learning from previous

knowledge. The suggested experiment activities are scripted according to the

methodology P.O.E. (Prediction-Observation-Explanation), which facilitates the

interactive engagement of students in the teaching-learning process. In carrying out

this methodological intervention with the students, using pre and post-test, we

satisfactorily attest its applicability. In the final phase, this work was evaluated by a

group of high school physics teachers who, after attending the presentation,

answered the proposal evaluation questionnaire, where their perceptions about the

proposal were assessed. In the evaluation of this group our proposal represents an

effective methodological alternative for the teaching of physics.

Keywords: Experiment activities, Alternative conceptions, Meaningful learning,

Physics education, Newton's laws.

LISTA DE FIGURAS

Fig. Legenda Pág.

1 Carrinho com mola embutida .................................................................................. 33

2 Vista frontal do carrinho .......................................................................................... 33

3 Dimensões do carrinho ........................................................................................... 34

4 Pista circular ............................................................................................................ 34

5 Dimensões da pista circular de madeira ................................................................. 35

6 Detalhe do sulco por onde a esfera se movimenta ................................................. 35

7 Plataforma giratória ................................................................................................. 36

8 Detalhe da base da plataforma vista de cima ......................................................... 36

9 Dimensões da plataforma giratória ......................................................................... 37

10 Respostas de um estudante durante uma atividade prática.................................... 43

11 Bloco de gelo em MRU ........................................................................................... 66

12 Diagrama das forças atuantes no bloco .................................................................. 66

13 Força atuante em um objeto momentaneamente parado ....................................... 67

14 Vetores força e aceleração ..................................................................................... 68

15 Carrinhos com molas de compressão embutidas ................................................... 71

16 Diagrama das forças atuantes em cada um dos carrinhos ..................................... 72

17 Diagrama das forças atuantes no carrinho que se movimenta para a direita ......... 73

18 Um dos carrinhos, com massa aumentada ............................................................. 74

19 Diagrama das forças atuantes em cada um dos carrinhos ..................................... 75

20 Diagrama das forças atuantes nos carrinhos, enquanto se afastam ...................... 76

21 Medição da massa do carrinho ............................................................................... 77

22 Medição da massa do objeto .................................................................................. 78

23 Vista frontal do sistema em repouso ....................................................................... 78

24 Diagrama das forças atuantes nos dois corpos em repouso .................................. 79

25 Acionamento do sistema por meio de uma chama ................................................. 79

26 Diagrama das forças atuantes nos corpos ao se movimentarem ........................... 80

27 Garrafa com anéis metálicos e tampa com orifício ................................................. 81

28 Borrifador de álcool ................................................................................................. 81

29 Sistema em repouso, pronto para ser acionado ..................................................... 82

30 Garrafa em movimento ejetando os gases da combustão ...................................... 82

31 Diagrama das forças atuantes na garrafa em repouso ........................................... 83

32 Diagrama das forças atuantes na garrafa durante a ejeção dos gases .................. 84

33 Diagrama das forças atuantes na garrafa, após cessar a ejeção ........................... 84

34 Lançador duplo de projéteis .................................................................................... 86

35 Lançador instalado em escada articulada ............................................................... 87

36 Lançador preparado para o acionamento ............................................................... 87

37 Diagrama das trajetórias descritas pelas esferas ................................................... 88

38 Diagrama das forças atuantes nas esferas durante a queda ................................. 89

39 Pista circular com esfera ......................................................................................... 90

40 Diagrama das forças atuantes na esfera, vista de frente, em MCU ....................... 90

41 Esfera em movimento, imediatamente antes de abandonar a pista ....................... 91

42 Diagrama das forças atuantes na esfera (vista lateral) ........................................... 92

43 Plataforma giratória ................................................................................................. 93

44 Moeda em repouso sobre a plataforma .................................................................. 93

45 Diagrama das forças atuantes na moeda em repouso ........................................... 94

46 Três moedas em repouso sobre a plataforma ........................................................ 94

47 Tira de lixa afixada sobre a plataforma ................................................................... 95

48 Plataforma giratória com lateral fechada ................................................................ 97

49 Bonecos em repouso sobre a plataforma ............................................................... 97

50 Instantâneo do movimento dos bonecos com a plataforma na vertical .................. 98

51 Diagrama das forças atuantes em um dos corpos .................................................. 98

52 Recipiente contendo vela acesa, sobre a plataforma ............................................. 99

53 Instantâneo do movimento do recipiente contendo uma vela acesa ...................... 99

54 Comportamento da chama quando a vela está em movimento circular ................. 100

55 Corpo em movimento circular uniforme .................................................................. 101

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico Página

01 Resultado do Pré-teste ........................................................................... 40

02 Resultados do Pré e Pós-teste ............................................................... 44

LISTA DE TABELAS

Tabela Página

01 Porcentagem de marcação em cada alternativa (Pré-teste) .................... 40

02 Número de acertos por estudante (Pré-teste) .......................................... 41

03 Porcentagem de marcação em cada alternativa (Pós-teste) .................... 44

04 Número de acertos por estudante (Pós-teste) .......................................... 45

SUMÁRIO

1. Introdução

1.1 Por que ensinar/aprender Física?.......................................................................... 11

1.2 Na sala de aula ...................................................................................................... 12

1.3 Nossa hipótese ...................................................................................................... 14

1.4 Concepções alternativas ....................................................................................... 15

1.5 Nossa proposta ...................................................................................................... 16

1.6 Experimentação ..................................................................................................... 18

1.7 Estrutura da dissertação......................................................................................... 19

2. Levantamento bibliográfico

2.1 Estado da arte ....................................................................................................... 20

2.2 Atividades de experimentação .............................................................................. 22

2.3 Pesquisa acadêmica e a sala de aula ................................................................... 23

2.4 Ensino das leis de Newton .................................................................................... 24

3. Referencial teórico-pedagógico

3.1 Aprendizagem significativa .................................................................................... 25

3.2 Conceitos subsunçores ......................................................................................... 26

3.3 Organizadores prévios ........................................................................................... 28

3.4 Condições para a aprendizagem significativa ....................................................... 29

3.5 O estudante, o professor ....................................................................................... 30

4. Metodologia

4.1 Artefatos para experimentações ............................................................................ 32

4.2 Aplicação da intervenção ...................................................................................... 37

4.2.1 Local da aplicação .................................................................................... 37

4.2.2 O Pré e o Pós-teste .................................................................................. 38

4.2.3 Resultado e análise do Pré-teste ............................................................. 39

4.2.4 Execução das atividades de experimentação .......................................... 42

4.2.5 Resultado e análise do Pós-teste ............................................................. 44

4.3 Avaliação da proposta pelos professores .............................................................. 46

4.3.1 Análise das respostas coletadas .............................................................. 47

5. Considerações finais ................................................................................................. 52

Referências bibliográficas ............................................................................................. 55

Apêndice A: Produto Educacional ............................................................................... 62

A.1 Requisitos conceituais para a abordagem das Leis de Newton ............... 63

A.2 Introduzindo as leis de Newton ................................................................ 64

A.3 Os enunciados .......................................................................................... 67

A.4 Estratégias didáticas de experimentação ................................................. 69

A.5 Atividades de experimentação ................................................................. 70

A.5.1 Carrinhos com molas de compressão embutidas .................................... 71

A.5.2 Sistema composto por um carrinho e um objeto muito leve ..................... 77

A.5.3 Garrafão a jato .......................................................................................... 81

A.5.4 Lançador duplo de projéteis ..................................................................... 86

A.5.5 Pista circular ............................................................................................. 90

A.5.6.a Plataforma giratória .................................................................................. 93

A.5.6.b Plataforma giratória com lateral fechada .................................................. 97

Apêndice B: Dedução do módulo da aceleração centrípeta ...................................... 101

Apêndice C: Pré e Pós-teste ......................................................................................... 103

Apêndice D: Questionário de avaliação da proposta ................................................. 108

11

1. INTRODUÇÃO

1.1 Por que ensinar/aprender Física?

Por vezes, em sala de aula, quando estamos a abordar um determinado tema

de Física, um estudante, com naturalidade, traz à tona a indagação “por que, ou

para que, estou aprendendo isto?” Nesses momentos, percebemos que esse

explícito questionamento é tacitamente compartilhado por tantos outros daquela sala

que, atentos, aguardam por uma resposta convincente de nossa parte.

Obviamente, nessas ocasiões, procuramos emitir respostas objetivas,

contemplando, tanto as razões mais imediatas desse ensino, quanto as mais

perenes. Entretanto, para além dessas razões, identificamos nessa indagação a

manifestação de uma aspiração bem mais profunda por parte desse estudante, ou

seja, está subentendido em sua pergunta o almejo maior de que aquilo que está

sendo abordado venha fazer sentido ou produzir significado para o seu mundo.

De maneira ideal, a Física, como disciplina constitutiva da área do

conhecimento Ciências da Natureza e suas Tecnologias, fornece valorosos

instrumentos conceituais e procedimentais que auxiliam o estudante na

compreensão do mundo em que vive. Tal afirmação encontra respaldo nos

ordenamentos legais que sustentam a educação brasileira, dentre eles as

Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais

para o Ensino Médio (PCN+), publicadas em 2002. Essas apontam que o ensino de

Física não deve ser apenas um conjunto de informações e nem o seu conhecimento

como um objetivo em si mesmo, mas uma ferramenta que contribua com o pensar e

o agir.

O caminho seria o de apresentar-se, portanto, como um conjunto de competências específicas que permitam perceber e lidar com os fenômenos naturais e tecnológicos, presentes tanto no cotidiano mais imediato quanto na compreensão do universo distante, a partir de princípios, leis e modelos por ela construídos. (BRASIL, 2002, p.59).

Se esse é o horizonte legal, há de se considerar se aquilo que acontece na

sala de aula corresponde a essa expectativa.

12

1.2 Na sala de aula

Ao longo de nossa experiência como professor na educação básica

constatamos que, geralmente, a sistemática das aulas de Física se pauta numa

trajetória distanciada das recomendações mencionadas. O que prevalece, salvo

pequenas exceções, é uma obediência à sequência dos conteúdos do livro didático

adotado, além de uma extensa formulação matemática. Encontram-se, nessas

publicações, gigantescas listas de exercícios que, em grande parte, abordam

situações completamente desvinculadas da realidade do estudante. Cabe aqui

ressalvar que há publicações com abordagens mais adequadas ao ensino básico,

porém, não adotadas pela maioria das escolas. Como exemplo, podemos citar a

obra Física Conceitual, de Paul G. Hewitt (2011).

Diante dessa relação unilateral e desinteressante, na qual o professor dita o

conteúdo e o estudante assiste, muitos, já no início do Ensino Médio passam a

experimentar o progressivo temor de que não darão conta de se apropriarem

daquela imensidão de novos conceitos, bem como não serão capazes de

adentrarem o que eles agora julgam como o hermético universo das ciências exatas.

Aquela miríade de fórmulas e leis compõe, para eles, um mundo estranho demais.

Para alguns estudantes, esses momentos se estabelecem como marcos

iniciais do desencanto e até mesmo da ojeriza à Física, sentimentos estes que irão

acompanhá-los nos anos subsequentes no Ensino Médio.

Aquilo que observamos na rotina da sala de aula é observado por Robilotta,

quando faz relação entre a “ciência como um produto a ser venerado e admirado”, e

o “sentimento de inferioridade” dos estudantes; assim explicitado:

De nada adianta apresentar a ciência como um produto a ser venerado, admirado à distância, de modo a fazer com que os estudantes adquiram um sentimento de inferioridade. Quando se promove desse modo o triunfo da ciência, a nossa humanidade sai perdendo (ROBILOTTA, 1988, p.18).

Imersos nesse contexto de desmobilização intelectual dos estudantes com a

aprendizagem de Física, os próprios professores percebem, com razão, que o seu

dia-a-dia escolar tende a se caracterizar por uma permanente e infértil transferência

de conteúdos. Ao se dirigirem para a sala de aula, o fazem com o pressentimento de

13

que naquele tempo e espaço terão que cumprir a árdua tarefa de dar

prosseguimento ao obrigatório conteúdo programático.

Os efeitos mais notórios dessa sistemática revelam-se gradativamente ao

longo do ano, através de baixos resultados nas avaliações somativas. Conseguir

alcançar a pontuação média da etapa letiva torna-se, assim, o principal objetivo do

estudante. E, mesmo dentro do seleto grupo de estudantes que logram êxito

quantitativo nessas avaliações, verifica-se que alguns envidam um esforço cognitivo

concentrado, voltado somente à resolução das mesmas. Algumas semanas após o

“adestramento” mental constata-se o despojamento desse conhecimento, pois o

mesmo já não é mais útil; foi convenientemente acumulado para o alcance daquele

objetivo específico, a saber, um resultado satisfatório na avaliação.

Nesse sentido, Moreira (2014, p.2), em sua crítica ao ensino da Física na

educação contemporânea, destaca não somente a sua abordagem como “uma

ciência acabada, tal como apresentada em um livro texto”, como também o

“treinamento para as provas”.

A forma como a Física é apresentada nos livros didáticos adotados pela

maioria das escolas, com foco em resolução de exercícios pela aplicação de

fórmulas, é outro aspecto crítico, levantado por Ricardo e Freire (2007, p. 255). Essa

prática torna ausente a necessária discussão conceitual e dos princípios físicos. Na

pesquisa realizada por esses autores, com dezoito turmas de 1ª e 3ª séries do

Ensino Médio do Distrito Federal, envolvendo um total de trezentos e cinquenta

estudantes, o objetivo principal foi identificar as concepções desses alunos acerca

do ensino de Física. Para uma das perguntas contidas nessa pesquisa, “Qual a

diferença que você vê entre a Física e a Matemática?”, 56,5% responderam que não

há diferença ou que são disciplinas muito parecidas. Uma hipótese levantada pelos

autores é que os alunos não diferenciam claramente uma disciplina da outra, por

conta dos aspectos metodológicos levantados acima.

Nesse formato, a maioria dos estudantes decerto não se sente capacitada a

estabelecer relações ou aplicações entre o conteúdo estudado e, por exemplo, a

veiculação pela mídia de uma nova descoberta ou invenção, o lançamento e a

movimentação de um satélite de comunicações, a leitura e compreensão de uma

conta de energia, as instruções contidas nos manuais de uso de aparelhos elétricos,

14

os limites de velocidade estabelecidos pelas leis de trânsito, os princípios básicos de

funcionamento de seu aparelho de telefone, as diversas transformações de energia

que ocorrem no seu dia-a-dia, etc. Não houve, então, a apropriação de novos

saberes científicos, mas sim um acúmulo provisório de informações científicas

estanques.

Compreendemos que, dessa maneira, o ensino de Física se configura como

um autêntico empecilho para que tal disciplina se constitua em um instrumento

eficaz para a compreensão do mundo.

1.3 Nossa hipótese

Vimos até aqui que dentre as principais causas do desencanto com a

aprendizagem de Física, experimentado pelos alunos a partir da 1ª série do Ensino

Médio, estão: a metodologia de aulas puramente expositivas, focada no treinamento

para as provas; a ausência de atividades de experimentação, físicas ou virtuais; a

extensão do conteúdo a ser estudado; e o inadequado aprofundamento preconizado

nos currículos. É, portanto, nesse contexto, que esta pesquisa se insere.

Consideramos que um novo posicionamento por parte da escola há muito é

esperado, dado o desenvolvimento científico e tecnológico acelerado que

vivenciamos. Esse posicionamento se refere tanto à vivência como à convivência

com os conhecimentos científicos.

Segundo as Diretrizes Curriculares para a Educação Básica – DCEB

(BRASIL, 2013), a apropriação de conhecimentos científicos se efetiva por práticas

experimentais, com contextualização que relacione os conhecimentos com a vida,

em oposição a metodologias pouco ou nada ativas e sem significado para os

estudantes. Essas metodologias estabelecem relação expositiva e transmissivista,

que não coloca os estudantes em situação de vida real, de fazer, de elaborar.

Partindo, então, para um otimismo prático, nosso intuito é sugerir, para

professores de Física do Ensino Médio, uma orientação de intervenção

metodológica que privilegia as atividades de demonstrações experimentais, aliadas

a uma dinâmica movida pelas indagações do professor e pelas respectivas

15

respostas dos estudantes. Temos como hipótese que essa metodologia poderá

mobilizar os estudantes a desenvolverem a capacidade de compreensão dos

fenômenos do cotidiano, à luz dos conceitos histórica e cientificamente construídos.

1.4 Concepções alternativas

No que tange à vivência e convivência com os conhecimentos científicos é

importante destacar a atenção e receptividade que nós, educadores, devemos

dispensar aos frequentes conhecimentos prévios ou concepções alternativas

procedentes dos estudantes1.

Essas concepções, conforme abordaremos, devem ser consideradas como

matérias-primas, que poderão ser determinantes para o avanço do aprendizado

desses estudantes. Referimo-nos ao conhecimento que eles trazem consigo, fruto

de suas interações no cotidiano; da simples observação dos fenômenos da

natureza, ao hábil manejo de apetrechos tecnológicos.2

Dissociadas da influência escolar formal, com o decorrer do tempo, tais

concepções evoluem cognitivamente de maneira a tecerem nessas mentes um

repertório explicativo e argumentativo não científico. Quase invariavelmente essas

construções mentais se erigem de modo a se constituírem em fortes entraves à

apropriação do saber científico, forjando, assim, resistentes obstáculos pedagógicos.

1 Concepção alternativa (do inglês misconception) é o termo normalmente usado para descrever uma

interpretação inaceitável (e não necessariamente “errada”) de um conceito, ilustrada por uma frase na qual se inclui o conceito. O significado expresso não constitui, porém, uma concepção alternativa para a pessoa que o manifesta, trata-se sim de um significado funcional. Em parte por esta razão, as concepções alternativas são extraordinariamente estáveis e podem persistir durante anos. As investigações sugerem que o melhor método para corrigir uma concepção alternativa consiste em identificar um ou vários conceitos ausentes, que, ao integrarem-se na estrutura conceitual do indivíduo, eliminarão tal concepção (NOVAK, 1996, p.36, nota de rodapé 3).

2 Quando foi publicado o primeiro artigo, em 1975, sobre os conceitos “equivocados” (misconceptions)

dos estudantes, ainda não existia qualquer teoria sob a qual houvesse algum sentido em se falar de “ideias” (no sentido de “esquemas de conhecimento”) dos estudantes. (...) Houve, portanto, um florescer de pesquisas em várias partes do mundo usando como metodologia perguntas para relevar dados de interesse (questionários do tipo “papel e caneta” com respostas abertas ou de questões múltiplas; entrevistas clínicas do tipo piagetiano) e recursos para a análise das respostas encontradas. Desta busca nasceu um conjunto de dados empíricos que apresentavam duas características muito importantes: a) uma invariância cultural (estudantes de vários países respondiam do mesmo modo - ou quase, a perguntas similares); b) uma independência substancial das respostas para o tipo de ensino recebido (NEVES e SAVI, 2000).

16

Com linguagem inapropriada os estudantes apresentam, então, “explicações

prontas” para uma infinidade de fenômenos físicos. Ao longo do tempo, sob diversas

influências, acumularam um arsenal argumentativo que, a seus juízos, é suficiente

para compreender o funcionamento da natureza.

Segundo Bachelard é impossível anular, de uma única vez, todos esses

conhecimentos habituais.

Diante do real, aquilo que cremos saber com clareza, ofusca o que deveríamos saber. Quando o espírito se apresenta à cultura científica, nunca é jovem. Aliás, é bem velho, porque tem a idade de seus preconceitos. Aceder à ciência é rejuvenescer espiritualmente, é aceitar uma brusca mutação que contradiz o passado (BACHELARD, 2005, p.18).

Temos consciência de que na abordagem dos diversos temas da Física não

existe uma sequência didática ideal para ser comodamente aplicada. Entretanto, é

sempre pertinente que em sua prática docente o professor considere os significados

ou modelos já construídos pelos estudantes sobre determinado tema. Essa

consideração poderá fornecer-lhe indicadores claros para a construção e aplicação

de estratégias didáticas que tornarão o seu trabalho mais profícuo.

1.5 Nossa proposta

Em síntese, essa sugestão de intervenção metodológica, cogita propiciar aos

estudantes condições favoráveis para que eles mesmos protagonizem a necessária

travessia - das concepções alternativas ao cientificamente construído. Cabe

ressaltar que, nesse contexto, o professor atua como ativo mediador no processo de

ensino-aprendizagem e não, como o transmissor arbitrário de saberes científicos,

esvaziando, assim, o papel que deve ser desempenhado pelo estudante. Não

podemos deixar de salientar que as variáveis que interferem na construção dessa

realidade são inúmeras e que a nossa proposta, sozinha, não dará conta de

equacioná-las e, menos ainda, de resolvê-las.

Como base exemplificadora dessa intervenção, elegemos um dos eixos

temáticos específicos da Física que, geralmente, é abordado na 1ª série do Ensino

Médio – as leis de Newton para os movimentos.

17

A escolha desse eixo temático deve-se à nossa percepção da dificuldade, por

parte dos estudantes, em entendê-lo e, dos professores, em ensiná-lo, sobretudo

porque é um dos temas da Física mais povoados por concepções alternativas. Tal

percepção encontra respaldo nos estudos de Rezende e Barros.

O aluno que finaliza o nível médio e inicia um curso universitário nas áreas científicas ou tecnológicas geralmente com base conceitual deficiente em Matemática e Física, sente dificuldades em acompanhar as disciplinas da física básica e é sem dúvida nos conceitos da mecânica onde se acentuam esses problemas. [...] A partir dos anos 70, devido à forte influência do construtivismo piagetiano, o interesse da pesquisa em ensino de ciências começou a se voltar para as ideias que os estudantes traziam para as aulas sobre os fenômenos da natureza, mesmo quando ainda não tinham recebido instrução prévia específica sobre os referidos fenômenos. Os primeiros estudos foram realizados na área de mecânica. (REZENDE e BARROS, 2001, p.2).

Destacaremos algumas possibilidades de práticas ou experimentações, aqui

entendidas como as que favorecem indagar, fazer previsões, manusear, operar, agir,

em diferentes formas e níveis. A experimentação, conforme os PCN+, pode significar

observar situações e fenômenos a seu alcance, em casa, na rua ou na escola;

desmontar objetos tecnológicos, tais como chuveiros, liquidificadores; construir

aparelhos e outros objetos simples, como projetores ou dispositivos ópticos-

mecânicos. Pode também envolver desafios, estimando, quantificando ou buscando

soluções para problemas reais.

Sugerimos neste trabalho seis atividades experimentais. Algumas dessas

atividades utilizam artefatos que foram idealizados e confeccionados por nós, dada a

dificuldade de serem encontrados em laboratórios de escolas de Ensino Médio ou

em empresas que comercializam materiais didáticos.

18

1.6 Experimentação

A experimentação é parte essencial das estratégias de construção de

conhecimentos em Física. Descrever e explicar os fenômenos físicos mais ligados

ao cotidiano do aluno foram alguns dos critérios para a definição do Conteúdo

Básico Comum (CBC) da Proposta Curricular de Física de Minas Gerais (2007).

Com isso, o aluno começa a lidar com o observável, do modo como a Física constrói

o conhecimento científico: procurar criar um modelo explicativo válido para os

fenômenos descritos, utilizando linguagens, escrita e oral, adequadas.

Conforme os Parâmetros Curriculares Nacionais de Física (PCN) é dessa

forma que iremos garantir a construção do conhecimento pelo próprio aluno,

“desenvolvendo sua curiosidade e o hábito de sempre indagar, evitando a aquisição

do conhecimento científico como uma verdade estabelecida e inquestionável”

(BRASIL, 2013).

Ativar a curiosidade dos estudantes, utilizando experimentos de formato

cativante, é também uma proposta de Laburú (2006 p.384). Segundo esse autor,

para além de adequá-los ao conteúdo ou ao conceito de interesse, esses

experimentos ajudam “abalar atitudes de inércia, de desatenção, de apatia, de

pouco esforço.”

Ainda sobre as atividades experimentais, Araújo e Abib, apontam para a

possibilidade de aprofundamento do tema estudado que estas atividades podem

propiciar.

Provavelmente, a característica mais marcante dessas atividades é a possibilidade de ilustrar alguns aspectos dos fenômenos físicos abordados, tornando-os de alguma forma perceptíveis e com possibilidade de propiciar aos estudantes a elaboração de representações concretas referenciadas. [...] a possibilidade de se levantar hipóteses e o incentivo à reflexão crítica, de modo que a demonstração consistiria em um ponto de partida para a discussão sobre os fenômenos abordados, com possibilidade de exploração mais profunda do tema estudado (ARAÚJO e ABIB, 2003, p.181).

Diante das questões levantadas até aqui, buscamos traduzir para o cotidiano

escolar essas orientações pedagógicas e metodológicas.

19

1.7 Estrutura da dissertação

No 2º capítulo, apresentamos o levantamento bibliográfico que realizamos,

relativo aos temas: concepções alternativas, ensino das leis de Newton e atividades

de experimentação. Incluímos nessa busca os recursos pedagógicos virtuais, tais

como vídeos e aplicativos.

No 3º capítulo, apresentamos a fundamentação teórica deste nosso trabalho.

Adotamos como referência a teoria cognitivista da “aprendizagem significativa” de

David Paul Ausubel, por considerarmos que sua premissa básica - de o ser humano

aprender, a partir do que já sabe - fornece um eixo norteador para a nossa proposta.

No 4º capítulo, discorremos sobre a metodologia que utilizamos para

desenvolver, aplicar e inferir a validade de nossa proposta.

No 5º capítulo, tecemos as considerações finais.

No Apêndice A, apresentamos o Produto Educacional onde sistematizamos

as sugestões de sequência didática no ensino das leis de Newton, bem como

detalhamos as atividades de experimentação, que são executadas segundo a

metodologia P.O.E. (Previsão-Observação-Explicação). Vale ressaltar que a escolha

dessas atividades de experimentação resulta de uma triagem que objetivou

apresentar experimentos que ativam a curiosidade dos estudantes e, possibilitam ao

professor, executá-los de variadas maneiras.

No Apêndice B, detalhamos o algoritmo que desenvolvemos para a dedução

simplificada do módulo da aceleração centrípeta.

No Apêndice C, reproduzimos o questionário que adotamos como pré-teste e

pós-teste, quando da aplicação da intervenção junto aos estudantes.

No Apêndice D, reproduzimos o questionário de avaliação da proposta de

intervenção metodológica, que foi respondido pelos professores.

20

2. LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO

2.1 Estado da Arte

A delimitação do problema específico desta pesquisa foi se desenhando a

partir do levantamento bibliográfico. Segundo Therrien e Therrien:

a finalidade do “estado da questão” é de levar o pesquisador a registrar, a partir de um rigoroso levantamento bibliográfico, como se encontra o tema ou o objeto de sua investigação no estado atual da ciência ao seu alcance. Trata-se do momento por excelência que resulta na definição do objeto específico da investigação, dos objetivos da pesquisa, em suma, da delimitação do problema específico de pesquisa (THERRIEN e THERRIEN, 2004, p.7).

O mapeamento foi realizado acessando o site da Sociedade Brasileira de

Física (www.sbfisica.org.br), nos links Simpósio Nacional de Ensino de Física

(SNEF); Encontro de Pesquisa de Ensino de Física (EPEF); Revista Brasileira de

Ensino de Física, Caderno Brasileiro de Ensino de Física e Revista Física na Escola.

Também, na Associação Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências

(www.abrapec.ufsc.br), no link Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de

Ciências (ENPEC).

A busca se deu pelas seguintes palavras-chave: concepções alternativas,

ensino das leis de Newton, atividades de experimentação, aprendizagem

significativa. Foram examinados artigos, dissertações, teses e livros, que terminaram

por compor a seleção de trabalhos com maior relação com o tema de nossa

dissertação.

Os trabalhos de ZYLBERSZTAJN (1983), PEDUZZI et. al. (1992), TALIM

(1999), NEVES e SAVI (2000), REZENDE e BARROS (2001), HARRES (2002),

PÉREZ et. al. (2012) preconizam a necessidade de se considerar os conhecimentos

que os alunos trazem consigo acerca dos fenômenos naturais e, a partir daí, que o

professor elabore estratégias específicas nas quais a sua prática docente irá se

pautar. Esses “conhecimentos” geralmente são identificados pela literatura científica

como concepções alternativas, espontâneas, prévias, intuitivas, ou mesmo,

conhecimentos baseados no senso comum.

http://www.sbfisica.org.br/

http://www.abrapec.ufsc.br/

21

Dentre esses trabalhos realizamos mais um recorte, focando nossa atenção

naqueles que têm como objeto de pesquisa o ensino-aprendizagem das leis

fundamentais da Mecânica. Segundo Peduzzi et. al. as concepções alternativas dos

estudantes, a resolução de problemas de Física e a história da Mecânica são áreas

de pesquisa que podem oferecer contribuições valiosas para a eficácia do ensino.

Eles consideram também que:

[...] um ensino eficiente e fértil passa, necessariamente, por uma exploração cuidadosa das concepções que os estudantes possuem e que estão em desacordo com o que é atualmente aceito pela Ciência. Do ponto de vista da escola o que se almeja é que o aluno assimile o conhecimento científico (PEDUZZI et. al., 1992, p.240).

Neves e Savi (2000) realizaram, durante os anos de 1998 e 1999, uma

pesquisa que envolveu 130 estudantes de primeiro ano dos cursos de graduação em

Engenharias (Química e Civil) e Matemática, e 17 estudantes de pós-graduação

(Mestrado) em Física da Universidade Estadual de Maringá. Dentre outros objetivos

essa pesquisa procurou levantar um conjunto de conceituações espontâneas em

tópicos de Mecânica e, duas das interrogações implícitas no seu bojo eram:

a) até que ponto os três anos de Ensino Médio promoveram mudanças nos

esquemas de concepções alternativas dos estudantes, para esquemas mais

próximos do “paradigma” galileano-newtoniano?3

b) qual a distância entre os esquemas de concepções espontâneas presentes

em alunos de início de um curso de graduação e aqueles dos alunos de pós-

graduação?

Em relação à interrogação (a), constataram que os três anos de Ensino Médio

deixaram quase intocadas as concepções alternativas dos estudantes, apontando

para uma obviedade há muito conhecida: a falência do ensino tradicional, que insiste

com métodos manualísticos, livrescos, memorizativos e matematizáveis para o

ensino da Física. A história, a experimentação e a observação estão excluídas

nesse tipo de ensino.

3 No presente trabalho caracterizamos esses paradigmas como “Concepções cientificamente

construídas”.

22

Quanto à interrogação (b) afirmam que existe, sim, uma distância entre os

esquemas dos alunos de graduação e aqueles de pós-graduação. No entanto, essa

distância é menor do que a que gostariam de encontrar, pois, se defrontaram com

alunos de Mestrado que continuam mantendo níveis bastante elevados de

esquemas alternativos para a solução de questões-problema de Mecânica básica.

2.2 Atividades de experimentação

As produções acadêmicas de SÉRÈ et. al. (2003), ARAÚJO e ABIB (2003),

EIRAS (2004), FREITAS et. al. (2007), LABURÚ et. al. (2007), PENA e FILHO

(2009), PORTELA (2012), NETO (2013), enfatizam a importância das atividades de

experimentação, elevando-as à categoria de valorosos suportes pedagógicos.

É dito que quando bem escolhidas e planejadas, essas atividades

oportunizam aos alunos a possibilidade de opinarem, confrontarem, perguntarem,

descobrirem, elaborarem esquemas explicativos, enfim, avançarem em seus

conhecimentos científicos. Nesta linha, Gaspar et. al. (2004) consideram a

demonstração um elemento eficaz. O seu entorno, desde a condução do professor,

a montagem experimental, o aspecto intrigante e lúdico, são, segundo esses

autores, decisivos na promoção do desencadeamento de interações sociais e na sua

continuidade dentro da sala de aula.

Acerca das interações em sala de aula, aspecto também enfatizado em

diversos trabalhos, Monteiro e Teixeira (2004, p. 246), citando Boulter e Gilbert

(1995), enumeram as atitudes do professor que pauta o seu discurso na categoria

“argumentação dialógica”:

baseia-se no compartilhamento de ideias entre todos os alunos da

classe e destes com o professor;

utiliza a estratégia de confrontação de ideias para resolução de

problemas, a partir da adoção de regras explícitas;

fomenta a participação intensa dos alunos no processo de discussão,

explicitando suas ideias, conclusões e conflitos internos;

medeia as concepções dos alunos e os conceitos cientificamente

aceitos.

23

2.3 Pesquisa acadêmica e a sala de aula

Deparamo-nos, também, com trabalhos em que os autores apontam e

lamentam a renitente falta de sintonia entre as pesquisas em ensino de Física e a

transferência dos resultados dessas pesquisas para os livros-texto e,

consequentemente, para a sala de aula. Alves Pena, por exemplo, sustenta que:

Apesar do grande avanço da pesquisa acadêmica sobre ensino de Física no Brasil, no sentido da compreensão dos problemas relativos ao ensino dessa Ciência, e da existência de um sistema de divulgação (periódicos, eventos, dissertações, teses, cursos de pós-graduação, etc), ainda há pouca aplicação desses resultados em sala de aula. [...] a prática concreta dos professores na área ainda é marcada por perspectivas tradicionais de ensino e aprendizagem, seja por motivos políticos e econômicos da própria educação, seja por problemas na própria formação do professor de Ciências (ALVES PENA, 2004, p.293).

No que diz respeito à forma de abordagem dos conteúdos temáticos nos

livros-texto e, muito de nossa prática docente, Robilotta assevera que:

Estão impregnados de concepções tácitas acerca do processo de produção do conhecimento físico. Por isso, a ideia que muitos professores têm de que é possível ensinar Física sem se fazer referência a esse processo pode ser classificada como ingênua. Só para dar um exemplo, é ingenuidade tentar justificar um conhecimento por meio de afirmações do tipo: “a experiência mostra que certa lei é válida”. Ao fazermos isso, estamos implicitamente apresentando o conhecimento físico como se ele fosse totalmente objetivo. A pretensão a essa objetividade absoluta está na origem de um dos mitos mais persistentes acerca da Física. Segundo ele, a Física seria um corpo de conhecimentos independente de opiniões pessoais ou preconceitos, neutro, apolítico, que descreve o mundo natural como ele realmente é (ROBILOTTA, 1988, p.12 e 13).

A despeito das constatações negativas de alguns trabalhos, bem como dos

resultados similares apontados em pesquisas de âmbito internacional, firmamo-nos

na convicção de que o educador deve, de forma latente ou manifesta, pautar o seu

trabalho na busca frequente de estratégias que visam aprimoramentos do processo

ensino-aprendizagem.

Diante daquilo que observamos, os estudos constatam o que vivenciamos em

sala de aula, entretanto, são poucos aqueles que apontam, objetivamente, para uma

superação do pessimismo e que partem para um otimismo pedagógico.

24

2.4 Ensino das leis de Newton

Este trabalho tenciona oferecer uma contribuição metodológica em relação ao

ensino das leis de Newton no Ensino Médio. Trata-se de uma proposta que nasce

sob a influência dos desafios diários vividos em sala de aula e das perguntas que a

prática pedagógica nos coloca. As respostas que aqui esboçamos são

possibilidades que consideramos eficazes, no processo de ensino-aprendizagem

dos fundamentos das leis de Newton.

No levantamento do que foi produzido sobre esse tema, encontramos o

trabalho de SANTOS e SASAKI, (2015), que aborda o ensino de mecânica em

educação de jovens e adultos (EJA) utilizando a metodologia P.O.E., que também

utilizamos em nossa pesquisa. Não obstante, nossa proposta sugere a combinação

dessa metodologia (P.O.E.) com as atividades práticas de experimentação,

conforme roteirizadas no Apêndice A.

Um aspecto importante deste trabalho, e que estabelece distinção em relação

aos trabalhos examinados, é o fato de que, em cada uma das atividades de

experimentação, está explícita a necessidade de o estudante recorrer, sempre, aos

fundamentos das três leis de Newton, como um todo coeso, para alcançar a

compreensão adequada do fenômeno apresentado. Isso significa que, todas essas

atividades, oportunizam situações em que, ora a força resultante sobre o corpo é

nula (1ª lei), ora é diferente de zero (2ª lei). E, ademais, em todas elas, é possível

buscar a identificação das forças que constituem os pares de ação e reação (3ª lei).

Enfatizamos, também, na roteirização das atividades práticas, que o professor

destaque para os seus estudantes, a importância do uso frequente da representação

vetorial das forças envolvidas em cada situação. No exercício da nossa prática

docente, há muito, constatamos que esse hábito, por parte do estudante, faz sim,

muita diferença em seu movimento de apropriação dos fundamentos da mecânica

newtoniana. Sem dúvida, a representação vetorial, principalmente pela sua natureza

“visual”, potencializa a compreensibilidade da situação-problema que se apresenta.

25

3. REFERENCIAL TEÓRICO-PEDAGÓGICO

Aquele que se ocupa com o ofício de ensinar, deve fazê-lo impelido pela ideia

de que está mediando o movimento de apropriação do mundo pelo educando. Para

Charlot (2000, p.84), esse movimento longo, complexo e nunca completamente

acabado, é denominado educação. O fato de nascermos e ingressarmos nesse

mundo já nos obriga a aprender, pois esse mundo está organizado sob uma forma

humana e social.

Não raro, quem ensina, o faz almejando a aprendizagem que faça sentido

para aquele que se põe a aprender. Dessa forma, segundo Charlot:

[...] faz sentido para um indivíduo algo que lhe acontece e que tem relações com outras coisas de sua vida, coisas que ele já pensou, questões que ele já se propôs. É significante, ou tem sentido, o que produz inteligibilidade sobre algo, o que aclara algo no mundo. Tem sentido, o que é comunicável e pode ser entendido em uma troca com outros. Em suma, o sentido é produzido por estabelecimento de relação, dentro de um sistema, ou nas relações com o mundo ou com os outros (CHARLOT; 2000, p.56).

3.1 Aprendizagem significativa

Para além dessas asserções, está implícito no ofício do educador o anseio

operoso de que seus alunos aprendam a aprender. De maneira ideal, deseja-se que

esses educandos se tornem protagonistas permanentes de um processo qualificado

como aprendizagem significativa, descrita por Moreira como:

Aquela em que ideias expressas simbolicamente interagem de maneira substantiva e não-arbitrária com aquilo que o aprendiz já sabe. Substantiva quer dizer não-literal, não ao pé-da-letra, e não-arbitrária significa que a interação não é com qualquer ideia prévia, mas sim com algum conhecimento especificamente relevante já existente na estrutura cognitiva do sujeito que aprende (MOREIRA, M. A.; 2012, p.2).

Segundo o conceito da Teoria da Aprendizagem Significativa, proposto por

David Ausubel:

esse aprendizado acontece quando uma informação nova é adquirida mediante um esforço deliberado por parte do aprendiz em ligar a informação nova com conceitos ou proposições relevantes preexistentes em sua estrutura cognitiva. (AUSUBEL et al., 1980, p.159).

26

Esse aprendizado contrapõe-se à aprendizagem mnemônica ou mecânica,

além de ampliar e reconfigurar ideias existentes na estrutura mental dos estudantes

que, com isso, tornam-se capazes de relacionar e acessar novos conteúdos. Cabe

ao professor, então, realizar um diagnóstico, mesmo que informal, com o intuito de

aferir aquilo que os seus estudantes trazem consigo como conhecimento já

elaborado mentalmente sobre o tema a ser explorado.

3.2 Conceitos subsunçores

Para Ausubel (1980), aquilo que o estudante já sabe, que constitui conceitos

subsunçores já existentes na sua estrutura cognitiva, é o fator mais importante e o

que mais influencia na aprendizagem. Uma vez detectados, esses subsunçores

servirão de base sobre a qual o professor desenvolverá a apropriada abordagem do

tema. No Apêndice A deste trabalho, os procedimentos e indagações sugeridos nas

atividades de experimentação emergiram dessa orientação contida na Teoria de

Ausubel. No início de cada uma dessas atividades, são colhidas as predições dos

estudantes sobre aquele evento, acompanhadas, preferencialmente, de

justificativas. Essa forma de conduzir as atividades propicia ao professor identificar

grande parte do repertório de subsunçores pertinentes ao tema explorado.

Esse levantamento do conhecimento prévio é essencial, pois em seu bojo

encontram-se ideias assertivas, como também uma grande carga de conceitos pré-

formulados. Ao suscitar perguntas e ouvir as respostas o professor estará

fomentando a construção do conhecimento científico no estudante. Segundo

Bachelard (2005; p. 18), “todo conhecimento é resposta a uma pergunta. Se não há

pergunta, não pode haver conhecimento científico”, ou seja, muito está por ser

construído.

Consideramos importante, então, que o professor não apenas identifique

esses conhecimentos, mas contribua efetivamente para que os seus próprios alunos

reelaborem-nos mentalmente, fundamentados, agora, nos preceitos e critérios

científicos, enriquecidos e validados pelas atividades de experimentação vivenciadas

no contexto escolar.

27

É oportuno observar que a essa altura do processo ensino-aprendizagem é

razoável os alunos, com base na investigação e interpretação dos fenômenos

físicos, sentirem-se estimulados a progressivamente fazerem uso da linguagem, oral

ou escrita, cientificamente apropriada. Eles estão, desse modo, protagonizando seus

processos de enculturação científica.

Villani et. al. ponderam que se não se cuidar da “física espontânea” dos

estudantes, teremos estruturas sobrepostas e, uma delas será escolhida,

dependendo do contexto:

[...] em geral, quando o problema envolver muitos elementos formais usarão a aprendizagem formal; quando o problema envolver elementos do dia a dia e com características bem figurativas ou capazes de estimular a percepção, usarão o esquema espontâneo. (VILLANI et al., 1982, p.30).

Em nossa prática docente constatamos que, diversas vezes, essa

reelaboração mental foi gradativamente construída a partir do encantamento do

aluno frente a uma atividade experimental que lhe pareceu interessante ou que, de

certa forma, o cativou. Isso certamente nos compele a eleger essas ações como

opções metodológicas favorecedoras da aprendizagem. Nesse contexto, Bachelard

recomenda:

É indispensável que o professor passe continuamente da mesa de experiências para a lousa, a fim de extrair o mais depressa possível o abstrato do concreto. Quando voltar à experiência, estará mais preparado para distinguir os aspectos orgânicos do fenômeno (BACHELARD, 2005, p.50).

Essas atividades, associadas ao critério de aprofundamento gradual dos

conteúdos, podem estabelecer uma sistemática pedagógica diferenciada.

Obviamente, o passo a passo dessas condutas não consta nos livros

didáticos, cabendo ao professor o empenho em planejá-las e praticá-las nos

momentos e da forma que julgar mais adequados para a ocasião. Cabe aqui evocar

que vivemos um tempo de grande facilidade de acesso, mormente via internet, a

trabalhos de pesquisa acadêmica sobre ensino de Física, bem como, de publicações

científicas, vídeos de experimentos e demonstrações, aplicativos, simulações etc.

28

Não excluímos, entretanto, o fato de que reelaborações mentais, por vezes,

podem se originar no transcorrer de eventuais aulas expositivo-dialogadas4, na

exibição de um vídeo bem escolhido, numa simulação computacional pertinente,

enfim, situações em que o aluno experimenta a sensação de que é capaz de

reformular o seu entendimento sobre determinado conceito. Ressalta-se aqui a

necessidade de o educador ensejar a diversificação de metodologias, distanciando o

quanto possível da mesmice didática. Nesse aspecto Seré lembra que:

Um experimento pode ser concebido considerando-se diferentes abordagens. [...] Pode-se também, antes de ensinar uma lei, pedir aos alunos que imaginem um modelo. [...] Portanto, o professor pode optar por diferentes enfoques ao propor um experimento, o que implicaria em diferentes atividades para o aluno (SERÉ et. al., 2003, p.31-32).

3.3 Organizadores prévios

Outro conceito da Teoria de Ausubel (1980), sobre o qual se fundamenta a

nossa sequência didática sugerida, são os denominados “organizadores prévios”,

tomados aqui como chaves para tratarmos dos requisitos conceituais na abordagem

das leis de Newton. Esses funcionam como pontes cognitivas entre o que o

estudante já sabe e o que ele precisa saber naquele conteúdo em estudo. Moreira

(2012), ao fazer uma descrição detalhada da teoria de Ausubel, destaca que

“organizador prévio” é um recurso instrucional apresentado em um nível mais alto de

abstração, generalidade e inclusividade em relação ao material de aprendizagem.

Pontua, entretanto, que não é uma visão geral, um sumário ou um resumo que

geralmente estão no mesmo nível de abstração do material a ser aprendido:

Pode ser um enunciado, uma pergunta, uma situação-problema, uma demonstração, um filme, uma leitura introdutória, uma simulação. Pode ser também uma aula que precede um conjunto de outras aulas. As possibilidades são muitas, mas a condição é que preceda a apresentação do material de aprendizagem e que seja mais abrangente, mais geral e inclusivo do que este (MOREIRA, 2012, p.11).

No tópico “Requisitos conceituais para a abordagem das leis de Newton”, do

Apêndice A, ao sugerirmos uma aula que introduza ou revise os conceitos de

4 Nessa modalidade o professor, enquanto expõe os conteúdos, atua como mediador fomentando os

questionamentos, interpretações e discussões acerca do tema e afins.

29

inércia, massa e peso, acreditamos estar consonantes com o que Ausubel

preconiza em sua teoria de aprendizagem, sobre organizadores prévios. Nessa

perspectiva e, apoiados em nossa prática docente, estamos convictos de que esses

“organizadores” ajudam o estudante a perceber que os conhecimentos que serão

abordados, as leis de Newton, estão relacionados às ideias apresentadas

anteriormente, qual seja, a subsunçores contidos em sua estrutura cognitiva prévia.

3.4 Condições para a Aprendizagem Significativa

Para que ocorra a aprendizagem significativa, Ausubel (1980) condiciona que,

essencialmente,

1) o material de aprendizagem deve ser potencialmente significativo e,

2) o aprendiz deve apresentar uma predisposição para aprender.

Sobre essas condições, Moreira (2012) esclarece que o material só pode ser

potencialmente significativo e, não, significativo, uma vez que não existe livro

significativo, nem aula significativa, nem problema significativo. O significado está

nas pessoas, não nos materiais. Quanto ao aprendiz, é necessário que ele queira

relacionar os novos conhecimentos, de forma não arbitrária e não literal, a seus

conhecimentos prévios. É isso que significa predisposição para aprender. Não se

trata exatamente de motivação, ou de gostar do conteúdo que está sendo estudado.

É oportuno reiterar a consideração que fizemos, na introdução deste trabalho,

referente à eventual indagação do estudante: “por que, ou para que, estou

aprendendo isto?”. Acreditamos que, nessa circunstância, o educador deve atentar

para o que está subentendido nessa pergunta, qual seja, um almejo maior de que,

aquilo que está sendo abordado, venha fazer sentido ou produzir significado para o

mundo desse estudante.

30

3.5 O estudante, o professor

Para a roteirização das atividades de experimentação que sugerimos neste

trabalho, buscamos fundamentação na estratégia didática P.O.E., proposta por

Nedelsky (1961) e White e Gunstone (1992) e citada por Barros (1994), Oliveira

(2003), Rosa e Pinho-Alves (2008) e Santos e Sasaki (2015). Esse recurso didático,

constituído de três etapas, fornece orientações no sentido de as atividades práticas

serem executadas com caráter investigativo, além de favorecer as interações entre

os estudantes e entre os estudantes e o professor:

Predizer é entendido como a formulação de hipóteses, [...] muitas vezes construídas a partir das discussões anteriores, ou mesmo decorrentes das concepções alternativas dos estudantes. (...) Observar está voltado a questões de retomada de experiências vividas, seja ela uma reflexão individual, ou compartilhada com os demais colegas. Nas atividades experimentais, a capacidade de observação dos eventos é uma habilidade fundamental, pois o autocontrole diante do objeto de observação apresenta- se como indispensável na aprendizagem. [...] Explicar refere-se à retomada das hipóteses iniciais e o confronto com novos conhecimentos. Saber explicitar ideias e formas de pensamento é fundamental para a construção do conhecimento (ROSA e PINHO-ALVES, 2008, p.7).

Percebe-se, então, nas definições das etapas dessa estratégia uma

correlação com os princípios da teoria cognitivista da Aprendizagem Significativa de

Ausubel. Na etapa da predição, por exemplo, o estudante expressa sua hipótese

baseado naquilo que já sabe, ou seja, naquilo que constitui conceitos subsunçores já

existentes na sua estrutura cognitiva. A etapa de observação pode promover a

reconfiguração das ideias existentes na estrutura mental do estudante, uma vez que

ele as perceberá como insuficientes ou inadequadas para a compreensão e

explicação do fenômeno observado.

Das múltiplas ideias nas quais nos referenciamos para fundamentar este

trabalho, é oportuno sintetizar que, a predisposição por parte do estudante, segundo

Ausubel (1980), o desejo e o engajamento intelectual, na perspectiva de Charlot

(2000), ou a pergunta, em Bachelard (2005), são termos diferentes que, de alguma

forma, convocam o estudante a assumir a responsabilidade pela construção do

próprio saber.

31

O professor, nesse contexto, deve se colocar como o mediador e, não como

aquele que irá propor atalhos ou facilidades no processo, retirando o protagonismo

do sujeito-estudante. Esse sujeito deve ser, continuamente, incitado pelo professor a

encarar os obstáculos, aqui identificados como “os assuntos difíceis da Física”,

como molas propulsoras de sua curiosidade e, por consequência, de seu empenho

pessoal em apropriar-se deles. Não é demais repetir que, aquele que se ocupa com

o ofício de ensinar, deve fazê-lo impelido pela ideia de que está mediando o

movimento de apropriação do mundo pelo educando.

32

4. METODOLOGIA

O cerne de nossa proposta, que está no Apêndice A, comporta a sugestão

de uma sequência didática, bem como a orientação de intervenção metodológica

que privilegia as atividades práticas de experimentação. Essas atividades devem ser

executadas segundo a metodologia P.O.E., uma dinâmica movida pelas indagações

do professor e pelas respectivas respostas dos estudantes.

Essas ações, que estão subordinadas ao referencial teórico que adotamos,

buscam atender aos requisitos fundamentais da aprendizagem significativa. Em sua

teoria cognitivista, Ausubel (1980) condiciona que para o alcance dessa

aprendizagem, essencialmente, o material de aprendizagem deve ser

potencialmente significativo e, o aprendiz deve apresentar uma predisposição para

aprender. Significa dizer que o material, tais como livros, aulas, artefatos para

experimentações, deve ser relacionável à estrutura cognitiva e, o aprendiz deve ter o

conhecimento prévio necessário para fazer esse relacionamento com algum

conhecimento especificamente relevante já existente na sua estrutura cognitiva.

4.1 Artefatos para experimentações

A proposta de intervenção metodológica desta pesquisa está voltada para o

processo de ensino-aprendizagem dos fundamentos das três leis de Newton para o

movimento. Sugerimos, roteirizadas, seis atividades de experimentação, sendo que

cada uma delas demanda dos estudantes a necessidade de recorrerem aos

fundamentos dessas três leis, de forma coesa, para a adequada compreensão do

fenômeno analisado. A escolha dessas atividades resultou de uma triagem que

objetivou apresentar experimentos que ativam a curiosidade dos estudantes.

Dada a dificuldade de serem encontrados em laboratórios de escolas de

Ensino Médio ou em empresas que comercializam materiais didáticos,

confeccionamos artesanalmente três dos artefatos utilizados nessas atividades.

Idealizar, desenhar, testar, adquirir peças, lixar, colar, descartar trabalhos finalizados

e, inúmeras vezes, cogitar em desistir de tudo, foram ações que permearam essa

33

fase de nossa pesquisa. As figuras que se seguem, de 1 a 9, registram alguns

detalhes construtivos desses artefatos.

Figura 1 - Carrinho com mola embutida.

Fonte: Arquivo pessoal

Figura 2 – Vista frontal do carrinho.


34

Figura 3 – Dimensões do carrinho.


Figura 4 - Pista circular.


35

Figura 5 – Dimensões da pista circular de madeira.


Figura 6 – Detalhe do sulco por onde a esfera se movimenta.


36

Figura 7 - Plataforma giratória.


Figura 8 – Detalhe da base da plataforma vista de cima.


37

Figura 9 – Dimensões da plataforma giratória.


4.2 Aplicação da intervenção junto aos estudantes

Com o objetivo de estimar o caráter de aplicabilidade de nossa intervenção

metodológica, junto aos estudantes, decidimos por aplicá-la na escola em que

lecionamos atualmente, incluindo o emprego de pré-teste e pós-teste.

4.2.1 Local de aplicação

A intervenção metodológica foi aplicada na Escola da Serra, uma instituição

particular localizada na região sul de Belo Horizonte, Minas Gerais, composta de

estudantes pertencentes aos segmentos da Educação Infantil ao Ensino Médio.

O projeto pedagógico dessa instituição é bem diferenciado, caracterizado pela

adoção de seis ciclos5 em vez de séries e, pela abolição das tradicionais salas de

aula, que deram lugar a quatro grandes salões, onde estão posicionadas mesas,

ocupadas por grupos de quatro alunos, cada uma. No Ensino Médio esses grupos

são compostos por estudantes que, comparativamente às escolas tradicionais,

estariam cursando uma das três séries desse segmento. Um dos salões é

ambientado para as disciplinas que compõem as áreas Ciências da Natureza e

Matemática e, o outro, para as áreas Ciências Humanas e Língua Portuguesa.

5 Educação Infantil: 1º e 2º Ciclos. Ensino Fundamental: 1º, 2º e 3º Ciclos. Ensino Médio: constitui um

ciclo em si, com estudantes na faixa de 15 a 17 anos.

38

Nesse sistema educacional, também foram abolidas as aulas expositivas e,

em seu lugar, os professores elaboraram e adotaram “roteiros de estudos” que

apontam, para o estudante, o que deve ser estudado/aprendido sobre determinado

tema, em cada uma das disciplinas escolares específicas. Durante os horários

escolares os professores das respectivas disciplinas movimentam-se pelos salões

atendendo os estudantes que solicitam esclarecimentos sobre os temas em estudo

ou a correção de roteiros.

Para a nossa pesquisa, selecionamos um grupo de dez estudantes, com

idades entre 15 e 16 anos, que estão desenvolvendo roteiros relacionados aos

conteúdos de Física que, na maioria das escolas, são abordados na 1ª série do

Ensino Médio. Na composição desse grupo buscamos contemplar o critério de

heterogeneidade, incluindo alunos que apresentam muita dificuldade na

aprendizagem de Física, bem como alunos que, além de apresentarem facilidade

nesse aprendizado, demonstram afinidade com a disciplina.

4.2.2 O pré e o pós-teste

Cerca de três meses após concluírem o estudo das três leis de Newton, pelo

processo habitual dessa escola, que usa roteiros de estudos e listas com questões

discursivas e de múltipla-escolha, o grupo que selecionamos se submeteu à

resolução do pré-teste de nossa pesquisa, que está reproduzido no Apêndice C. Na

sequência, após a aplicação de nossa intervenção metodológica, essa avaliação

voltou a ser utilizada, dessa vez, como pós-teste. É importante esclarecer que, no

período entre esses dois eventos, de cerca de seis semanas, os estudantes

desconheciam os seus desempenhos no pré-teste, bem como que, após a

intervenção metodológica, iriam se submeter à mesma avaliação.

Composto por 10 questões de múltipla-escolha que apresentam situações-

problema, esse instrumento possibilitou-nos averiguar em que medida os estudantes

desse grupo se apropriaram dos fundamentos das leis de Newton, antes e após a

aplicação de nossa intervenção metodológica. Além da fidedignidade dos resultados

que o critério de múltipla-escolha pode conferir às avaliações em geral, a nossa

opção por esse processo se respaldou em trabalhos que abordam essa temática,

evidenciando a sua validade, quando comparado aos testes de questões abertas.

39

Para BUCHWEITZ (1974), essencialmente, não há diferença entre avaliar por

múltipla-escolha e avaliar por resposta livre. Esse aspecto é corroborado pelo

trabalho de PINHO (1995) que aponta uma notável correlação existente entre

avaliações feitas por meio de testes objetivos e por meio de provas analítico-

expositivas.6

No planejamento da composição desse pré-teste examinamos os trabalhos de

SILVEIRA et. al. (1992), TALIM (1999), MORAES e MORAES (2000), SILVA et. al.

(2009), FERNANDES (2011), PÉREZ et. al. (2012), DINIZ (2015), que também

utilizaram esse recurso, com a finalidade de identificar, entre os estudantes, as

concepções alternativas que mais obstaculizam a adequada aprendizagem dos

conceitos de inércia, força e movimento, na perspectiva newtoniana. Por essa razão,

na totalidade das questões, seis elaboradas por nós e, quatro extraídas de outras

fontes (duas de vestibulares de universidades brasileiras e, as outras duas do Force

Concept Inventory - FCI)7, estão presentes nas opções de respostas, os distratores

que contemplam essas concepções alternativas e, obviamente, a concepção que

corresponde ao cientificamente correto.

4.2.3 Resultado e análise do Pré-teste

O gráfico 01 relaciona as questões aplicadas no Pré-teste, com os respectivos

números de acertos alcançados pelos estudantes. Ratificamos que, nas questões de

n° 08 e nº 10, de fato, nenhum estudante assinalou a alternativa correta. Esse

detalhe e o baixo resultado de outras questões contrastaram com os depoimentos

6 Nesse trabalho são estudadas correlações existentes entre avaliações feitas por meio de testes

objetivos e por meio de provas analítico-expositivas. Os concursos vestibulares da FUVEST, realizados em duas fases, prestam-se a esse tipo de comparação uma vez que os candidatos, selecionados na primeira fase por uma prova composta por 72 testes, são, em seguida, submetidos a um conjunto de provas discursivas versando sobre matérias idênticas às examinadas na primeira fase. Uma vez removido, estatisticamente, o componente casual presente nos índices de acerto dos testes, analisa-se e constata-se a notável correlação entre os resultados obtidos nas duas formas de avaliação pelo grupo de 8.371 candidatos que, tendo sido submetidos às duas avaliações, alcançaram uma das vagas em disputa nas 69 “carreiras” do Concurso Vestibular de 1994. 7 O FCI é um teste padronizado e elaborado com base em várias pesquisas que investigaram

concepções alternativas de estudantes de Ensino Médio e Universitário com relação aos conceitos básicos de Mecânica, bem como a sua influência na instrução em Física. O questionário já foi aplicado, principalmente nos Estados Unidos, a estudantes tanto do Ensino Médio quanto da Universidade. Tem sido comum a aplicação do teste antes e depois de intervenções de ensino, no intuito de avaliar a aquisição de conhecimentos e/ou a mudança conceitual (FERNANDES, S. A., 2011, p.45-47).

40

de alguns participantes que classificaram as questões como “fáceis” e que,

provavelmente, teriam “acertado todas”.

Fonte: Elaborado pelo autor

A tabela 01 detalha, em cada questão aplicada, a porcentagem de estudantes

que optaram pelas respectivas alternativas, sendo que a alternativa correta está

sublinhada.

Tabela 01 – Porcentagem de marcação em cada alternativa - Pré-teste

Questão

Alternativa

a b c d e

1 0,40 0,50 0,00 0,10 0,00

2 0,00 0,90 0,00 0,00 0,10

3 0,00 0,00 0,60 0,30 0,10

4 0,00 0,90 0,00 0,10 0,00

5 0,00 0,00 0,40 0,30 0,30

6 0,00 0,20 0,30 0,20 0,30

7 0,00 0,10 0,70 0,20

8 0,00 0,40 0,00 0,60

9 0,10 0,30 0,40 0,20

10 0,00 0,00 0,90 0,10

Fonte: Elaborada pelo autor

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Questão 01

Questão 02

Questão 03

Questão 04

Questão 05

Questão 06

Questão 07

Questão 08

Questão 09

Questão 10

Gráfico 01 - Resultado do Pré-teste

41

A tabela 02 mostra o número de acertos obtidos por cada um dos dez

estudantes (identificados pelas letras A, B, C, ... J), bem como a média alcançada

pelo grupo.

Tabela 02 – Número de acertos por estudante – Pré-teste

Estudante Nº de acertos

A 4

B 2

C 3

D 5

E 4

F 1

G 2

H 1

I 3

J 3

Média do grupo 2,8


De acordo com a tabela 02 podemos perceber que nessa avaliação o

percentual de acertos foi 28%, uma vez que, se os 10 estudantes assinalassem a

alternativa correta, em cada uma das 10 questões, esse índice seria 100%.

Um aspecto positivo que se destaca no gráfico 01 é o percentual de acertos

na questão 4 (90%). Isso parece indicar que pelo processo habitual de

aprendizagem dessa escola, apesar da heterogeneidade desse grupo, os

estudantes se apropriaram adequadamente do conceito derivado da 3ª lei de

Newton que preceitua:

sempre que dois corpos interagem, eles aplicam entre si forças de

mesmo módulo, independentemente dos valores de suas massas ou

de seus tamanhos.

Essa constatação é corroborada quando verificamos que um grupo

expressivo de estudantes optou pela alternativa b (90%) da questão 02, ou, pelas

alternativas c, d, e (100%) da questão 05. Não obstante, o grupo que optou pela

alternativa b (90%) da questão 02, apontou não saber identificar corretamente os

corpos que constituem um par de ação e reação.

42

Os percentuais relacionados à alternativa b (50%) da questão 01, à

alternativa c (60%) da questão 03, às alternativas c, d, e (80%) da questão 06, às

alternativas c, d (90%) da questão 07 e, à alternativa d (60%) da questão 08,

indicam que, para a resolução dessas questões, os estudantes evocaram a

concepção alternativa que sustenta,

para um corpo se manter em movimento, é necessária a ação de uma

força, no mesmo sentido desse movimento.

Os percentuais relacionados às alternativas b, d (50%) da questão 09

apontam para a concepção alternativa que afirma,

quando um corpo está descrevendo um movimento curvilíneo, atua

sobre ele uma força, com direção radial, que o empurra para fora

dessa trajetória (força centrífuga).

Por fim, destacamos o percentual relacionado às alternativas c, d (100%) da

questão 10. Esse dado evidencia que, para responderem a esse item, os estudantes

recorreram à concepção alternativa que afirma,

sempre que a velocidade de um corpo está aumentando, a força que

atua sobre ele também está aumentando e, vice-versa.

4.2.4 Execução das atividades de experimentação

Dentre as seis sugestões de nossa proposta selecionamos quatro atividades

de experimentação, que foram executadas durante quatro semanas: Carrinhos com

molas de compressão embutidas, Lançador duplo de projéteis, Pista circular e

Plataforma giratória com lateral fechada.

No decorrer dessas execuções constatamos a adequabilidade da roteirização

que propusemos, principalmente, por favorecer que os estudantes emitam seus

conhecimentos prévios sobre o fenômeno em andamento e que, a partir daí,

evoluam para o conhecimento cientificamente construído.

No início do experimento com os carrinhos, por exemplo, o professor solicita

aos estudantes que desenhem e identifiquem os vetores que representam as forças

43

atuantes nos carrinhos, enquanto estão parados. Em seguida, que justifiquem, com

base nos fundamentos das leis de Newton, porque os carrinhos estão parados. A

figura 10 reproduz o registro das respostas de um estudante, nessa atividade.

Figura 10 - Respostas de um estudante durante uma atividade prática


O texto destacado abaixo reproduz o diálogo entre o professor e o estudante,

acerca dessa fase da atividade.

Em relação a essa representação vetorial, o professor, então, questiona sobre

os vetores F1 e F2. O aluno responde que se referem às forças que as molas

exercem sobre cada um dos carrinhos, pelo fato de estarem comprimidas.

Professor: - Mas, no momento em que travamos as molas, essas forças não

foram anuladas?

Estudante: - Certo; e foi por isso, então, que eu desenhei os vetores com os

sentidos contrários.

Professor: - Observe que os vetores P e N, de fato, estão se anulando. Por

que podemos afirmar isso?

Estudante: - É porque eles possuem o mesmo tamanho e sentidos contrários,

e atuam no mesmo carrinho.

Professor: - Muito bom! Agora tente usar essa mesma justificativa para os

vetores F1 e F2.

Estudante: - Ah, é verdade, essas forças estão atuando em objetos diferentes.

Assim, não podem se anular... Então, vou apagar os vetores F1 e F2.

44

4.2.5 Resultado e Análise do Pós-teste

Para facilitar a análise e comparação elaboramos o gráfico 02, que é

composto pelos resultados do pré e do pós-teste.


A tabela 03 detalha, em cada questão aplicada, a porcentagem de estudantes

que optaram pelas respectivas alternativas. A alternativa correta está sublinhada.

Tabela 03 – Porcentagem de marcação em cada alternativa - Pós-teste

Questão

Alternativa

a b c d e

1 0,70 0,30 0,00 0,00 0,00

2 0,00 0,70 0,00 0,00 0,30

3 0,00 0,00 0,00 1,00 0,00

4 0,00 0,70 0,00 0,30 0,00

5 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00

6 0,00 0,50 0,10 0,30 0,10

7 0,00 0,70 0,10 0,20

8 0,70 0,30 0,00 0,00

9 0,00 0,10 0,80 0,10

10 1,00 0,00 0,00 0,00


0

2

4

6

8

10

12

Questão 01

Questão 02

Questão 03

Questão 04

Questão 05

Questão 06

Questão 07

Questão 08

Questão 09

Questão 10

Gráfico 02 - Resultados do Pré e Pós-teste

Pré-teste Pós-teste

45

A tabela 04 mostra o número de acertos obtidos, no pós-teste, por cada um

dos dez estudantes, bem como a média alcançada pelo grupo.

Tabela 04 – Número de acertos por estudante – Pós-teste

Estudante Nº de acertos

A 9

B 6

C 6

D 9

E 6

F 8

G 9

H 4

I 8

J 9

Média do grupo 7,4


De um modo geral ocorreu uma notável melhora nos percentuais de acerto da

quase totalidade das questões. Curiosamente, a questão 04, que havia obtido um

percentual elevado de acerto (90%) no Pré-teste, foi a única questão a sofrer

decréscimo (70%) no Pós-teste. Para nós esse fato parece demonstrar o quão difícil

é remodelar ou desconstruir determinadas concepções alternativas, uma vez que

elas foram inadequadamente internalizadas pelos estudantes, via senso comum, ao

longo de suas vidas.

Apesar do crescimento do percentual de acertos da questão 02, o seu

resultado indica que a maior parte desses estudantes (70%) não consegue, ainda,

identificar adequadamente as forças que constituem um par de ação e reação. Isso

nos incita a aprimorar as nossas futuras intervenções metodológicas, em particular,

quando da abordagem dos fundamentos da 3ª lei de Newton.

Se considerarmos que havia a possibilidade de os 10 estudantes assinalarem

a alternativa correta em cada uma das 10 questões aplicadas (100% de acertos),

constatamos, então, que nessa avaliação esse percentual foi de 74%.

Para aferir em que proporção se deu a evolução na aprendizagem recorremos

ao critério denominado “ganho normalizado de aprendizagem” formulado por Hake

46

(1998). Esse critério determina uma medida aproximada da eficácia de uma

intervenção metodológica que demanda o engajamento interativo dos estudantes,

visando a melhoria da compreensão conceitual em determinado conteúdo.

Esse ganho (g) é calculado através da equação 1, em que os símbolos %pré

e %pós significam, respectivamente, percentuais de acertos no pré-teste e no pós-

teste:

(1)

Por esse critério o nosso resultado atingiu o índice 0,64, representando um

“médio g”, segundo a distribuição valorativa de Hake (1998):

alto g g 0,7; médio g 0,7 > g 0,3; baixo g g < 0,3.

A constatação do caráter de aplicabilidade desta proposta, junto aos

estudantes, reforça a nossa expectativa inicial de que ela possa representar uma

alternativa metodológica eficaz para o ensino das leis de Newton.

4.3 Avaliação da proposta pelos professores

Com o intuito de que a nossa proposta fosse avaliada pelo seu público-alvo,

organizamos um encontro, com a duração de três horas, que contou com a

participação de sete professores de Física do Ensino Médio. Quatro desses

professores lecionam somente em escolas particulares, dois lecionam em escolas

públicas e particulares e, um deles somente em escola pública. Nesse grupo, a

experiência de docência em sala de aula varia de sete anos a vinte e dois anos.

Nesse encontro pudemos apresentar o nosso trabalho, esclarecer dúvidas e

receber, da parte dos colegas, as primeiras observações.

Após esse encontro os professores receberam e responderam, via e-mail, o

Questionário de avaliação da proposta de intervenção metodológica, onde

foram colhidas suas percepções e opiniões acerca da mesma. Esse instrumento de

coleta de dados, composto por quatro questões abertas, está reproduzido no

Apêndice D.

47

4.3.1 Análise das respostas coletadas

Para proceder à análise das respostas emitidas pelos sete professores que

participaram do encontro, guiamo-nos pelas recomendações propostas por Bardin

(2011) em sua obra Análise de Conteúdo. Caracterizada como uma técnica de

investigação, a análise de conteúdo compõe-se por procedimentos sistemáticos que

propiciam a descrição do que foi enunciado por meio de falas ou de textos.

De uma maneira geral, pode dizer-se que a sutileza dos métodos de análise de conteúdo, corresponde aos objetivos seguintes:

- a ultrapassagem da incerteza: o que eu julgo ver na mensagem estará lá efetivamente contido, podendo esta “visão” muito pessoal, ser partilhada por outros? Por outras palavras, será a minha leitura válida e generalizável?

- e o enriquecimento da leitura: Se um olhar imediato, espontâneo, é já fecundo, não poderá uma leitura atenta, aumentar a produtividade e a pertinência? Pela descoberta de conteúdos e de estruturas que confirmam (ou infirmam) o que se procura demonstrar a propósito das mensagens, ou pelo esclarecimento de elementos de significações suscetíveis de conduzir a uma descrição de mecanismos de que a priori não detínhamos a compreensão (BARDIN, 2011).

Para Bardin (2011), portanto, o objetivo da análise de conteúdo, é a

manipulação de mensagens (conteúdo e expressão desse conteúdo), para

evidenciar os indicadores que permitam inferir sobre uma outra realidade que não a

da mensagem. O seu foco é qualificar as vivências do sujeito, bem como suas

percepções sobre determinado objeto e seus fenômenos.

A análise que se segue está pautada nas quatro categorias em que

sistematizamos as respostas emitidas pelos professores, relativas à nossa proposta:

validade, aplicabilidade, adaptabilidade e limitações. Nas transcrições das

respostas, as simbologias P1 a P7, referem-se aos respectivos professores que as

emitiram.

1) Validade

Você considera que esta proposta pode contribuir para a melhoria do

processo de ensino-aprendizagem das leis de Newton?

Houve consenso entre os professores quanto a esse aspecto. A metodologia

sugerida pode, sim, agregar valor ao processo. Destacam como

48

características fundamentais: a dinamicidade da proposta, que destina ao

estudante um lugar central como sujeito da aprendizagem; a atribuição de

significado e a clareza de finalidade, que os temas, no caso, as leis de

Newton, adquirem; a abordagem do conteúdo a partir dos conceitos prévios

dos estudantes, que logo são discutidos por meio de atividades práticas que

irão ou não comprovar tais conceitos. Consideram que a proposta, por esses

motivos, aumenta as chances de os estudantes se mostrarem mais

comprometidos com a sua aprendizagem, comparado com a conduta deles

frente às aulas expositivas tradicionais:

[...] Eu nunca havia pensado nessa forma de abordar as leis de Newton, apresentando os fundamentos dessas três leis conjuntamente, em seguida, explorando os conceitos com as “práticas roteirizadas” e, somente depois disso, passar à resolução de exercícios mais específicos, com cálculos (P5).

2) Aplicabilidade

Você acha viável a adoção de nossa sugestão de intervenção metodológica

em sua prática docente?

Todos os professores consentem que sim, entretanto alguns destacam a

necessidade de, a escola ou o próprio professor, investir na aquisição de

materiais para a execução de algumas práticas:

Sim, mas eu teria que fazer algumas adaptações na parte das atividades práticas. Na minha escola o laboratório é precário (P3).

Acho totalmente viável, uma vez que esse “método” pode ser aplicado na própria sala de aula, sem a obrigatoriedade de um laboratório. Obviamente, o professor terá que providenciar um ou outro dispositivo (próprio ou da escola) para levar para a sala de aula (P4).

A despeito de considerar que, com adoção da proposta em sua prática

docente o aprendizado poderá ser mais significativo, um professor faz a

seguinte ponderação:

O tempo de execução será maior que o tempo gasto em uma aula expositiva, algo que deve ser observado pelo professor no momento de aplicá-la. Numa das escolas em que leciono não há aulas de laboratório (carga horária de duas aulas semanais de física), mas, pelo que percebi da proposta, as “práticas” podem ser feitas em sala de aula, no formato de demonstrações (P6).

49

Também observam que é indispensável certa “expertise” do professor para a

montagem de alguns aparatos sugeridos; o que não percebem como

problema instransponível, “nada que não possa encontrar ajuda de colegas

ou na internet” (P2).

3) Adaptabilidade

Qual a sua opinião sobre a possibilidade de se aplicar os mesmos critérios

desta proposta na abordagem de outros temas da Física (termologia,

eletromagnetismo, ótica, etc)?

Todos consideram a proposta adaptável aos diversos temas da Física. Nas

palavras de P1:

Basta pensar que os conteúdos estudados vieram de fenômenos para os quais criamos modelos. É possível criar esses modelos em escala didática e observável.

Exemplificam com a abordagem do Eletromagnetismo, que:

Funcionaria melhor que o modelo expositivo, devido ao seu grau de abstração. Para a termologia, que está ligada diretamente com o tato e questões de saúde e sobrevivência estes critérios tornam-se automaticamente relevantes. Para a óptica, então, que é essencialmente visual, aí se deve mesmo levar ao concreto tanto quanto possível (P7).

Alguns cuidados são levantados por esses professores, a exemplo de:

Aplicar antes, no ensino das Leis de Newton, como propõe o projeto, permitirá verificar se há a necessidade de algum ajuste, para depois, lentamente, estender para outros temas (P2).

Um deles considerou que “seria muito trabalhoso fazer essa transposição,

mas, vejo sim, essa possibilidade” (P3).

Acho que é possível, pois, outros assuntos da Física também dão margem a esse tipo de método e, nos livros e internet, há muitas sugestões de experimentos sobre esses assuntos. Só não posso avaliar se os critérios dessa proposta, se estendidos aos outros temas, vão produzir os mesmos resultados em relação à aprendizagem (P6).

50

4) Limitações

Que falhas ou limitações você percebeu em nossa proposta? Se possível,

aponte sugestões para a sua melhoria.

Houve consenso de que não há, propriamente, falhas na proposta, mas,

aspectos que demandam maior cuidado do professor que se interessar pela

sua implementação.

Alguns professores chamam a atenção para aspectos que não dependem

somente deles, tais como o investimento da escola em equipamentos e a

criação do ambiente formal de laboratório para a execução das práticas.

P3 considera, para a sua realidade, que o número elevado de estudantes por

sala (turmas com 35 estudantes) inviabiliza iniciativas desse tipo. Não seria

propriamente uma limitação, mas, que:

A aplicação desta proposta será mais bem aproveitada se for feita com agrupamentos de poucos alunos (talvez dez ou doze).

Como sugestões para a melhoria da proposta, surgiram indicações do uso da

tecnologia digital como forma de:

Potencializar a experiência e também para compensar o tempo a mais que

esse tipo de atividade, pela sua natureza, demanda (P4).

São elas:

1. Moodle. Sequências inteiras desse modelo de aula podem ser

reproduzidas em LIÇÕES, que são documentos parecidos com

apostilas que o estudante lê e com que interage através de botões e

questionários. As lições permitem enunciados HTML, o que aceita

texto, foto, vídeos e até simuladores em flash embutidos. Com a lição,

o aluno lê um parágrafo seguido de botões com as perguntas que o

professor fará em sala na etapa da “predição”. O aluno faz a previsão

dele, compara com os resultados e tem acessos a diferentes modelos

https://www.youtube.com/watch?v=9DjiG4ZpsYU

51

de explicação. Assim, pode-se fazer em sala um certo número de

sequências e, em casa, outro, já que o tempo é limitado.

2. Youtube. Um canal do youtube que o professor mantenha, com aulas

que ele mesmo gravou ou vídeos selecionados por ele da internet. Ao

longo da etapa letiva, vai-se alimentando uma playlist que o aluno

assiste quando desejar. Nela estarão pequenas vídeo-aulas,

documentários e demonstrações.

3. Google Docs. Um documento criado no Google Docs tem acesso

liberado para toda a turma e todos podem fazer comentários em caixas

de comentários ou mesmo editar o texto. Um grande documento

colaborativo que tem um resumo enriquecido do que é aprendido em

sala.

Pelo exposto, concluímos esta análise com a percepção de que a nossa

proposta foi bem recebida e bem avaliada por esse grupo de professores.

Reconhecemos nesses colegas uma grande disposição em colaborar com a nossa

pesquisa, uma vez que se prontificaram a participar desse encontro e responder ao

questionário, mesmo estando em período de férias escolares. Nas trocas de

experiências que ocorreram durante esse encontro é preciso destacar a

preocupação de alguns deles em relação à eficácia de suas práticas docentes.

Exatamente, por esse motivo, afirmam estar receptivos às alternativas

metodológicas de ensino-aprendizagem.

52

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Na introdução deste trabalho destacamos que dentre as principais causas do

desencanto de estudantes do Ensino Médio com a aprendizagem de Física, estão: a

metodologia de aulas puramente expositivas, focada no treinamento para as provas;

a ausência de atividades de experimentação, físicas ou virtuais; a extensão e a

desatualização do conteúdo a ser estudado; e o inadequado aprofundamento

preconizado nos currículos. Diante desse contexto, mas, imbuídos de um otimismo

prático, nos empenhamos em desenvolver a nossa pesquisa, que culminou com a

elaboração de uma proposta de intervenção metodológica, que visa a contribuir para

a melhoria do processo de ensino-aprendizagem.

Fundamentada nos conceitos da Teoria da Aprendizagem Significativa de

David Ausubel e, dirigida a professores de Física do Ensino Médio, esta proposta

sugere uma sequência didática no ensino das leis de Newton para o movimento, e

privilegia a execução de atividades práticas de experimentação para esse fim.

Uma das fases desta pesquisa contempla a aplicação dessa intervenção

metodológica, na escola em que lecionamos atualmente, com o propósito de estimar

o seu caráter de aplicabilidade junto aos estudantes. Ao final dessa fase, que se

estendeu por seis semanas, concluímos pela confirmação desse caráter. Os

resultados do pós-teste, alcançados pelos estudantes que participaram desse

processo, indicam que ocorreu uma notável evolução na compreensão dos

fundamentos das leis de Newton. Isso corrobora a nossa expectativa de que essa

proposta represente uma alternativa metodológica eficaz para o ensino-

aprendizagem de Física.

Principalmente durante as execuções das atividades experimentais,

constatamos a importância de o estudante expressar os seus conhecimentos prévios

relacionados ao fenômeno observado. Esses procedimentos atestaram a validade

dos fundamentos da teoria de Ausubel, ao asseverar que o aprendizado significativo

acontece quando uma informação nova é adquirida, mediante um esforço deliberado

por parte do aprendiz em ligar a informação nova com conceitos ou proposições

relevantes preexistentes em sua estrutura cognitiva.

53

Para que esta proposta metodológica fosse apresentada e submetida à

avaliação de seu público-alvo, organizamos um encontro que contou com a

participação de sete professores de Física do Ensino Médio. Após a apresentação,

esses participantes se dispuseram a responder ao Questionário de avaliação da

proposta, onde foram registradas suas percepções e opiniões acerca da mesma. Os

comentários desses professores durante o encontro, bem como as suas respostas

emitidas no questionário, apontaram para uma satisfatória avaliação da proposta,

reconhecendo que ela pode, sim, contribuir para a melhoria do processo de ensino-

aprendizagem das leis de Newton. Todos consentiram com a viabilidade da adoção

da proposta em sua prática docente, ressalvadas, obviamente, as particularidades

das instituições onde trabalham. Significa dizer que, em algumas dessas instituições,

a decisão por adotá-la depende, também, da anuência da coordenação pedagógica.

É pertinente mencionar a preocupação de alguns desses professores em

relação às suas atuações nas escolas em que lecionam. Nos seus comentários

sobressai a insatisfação com o sistema no qual estão inseridos, onde prepondera o

ensino transmissivista, voltado para o treinamento para as provas. Dizem ter a

percepção de que, na maior parte do tempo, não estão ensinando Física “de

verdade” e, sim, transmitindo informações para os seus estudantes, os preparando

para as próximas avaliações. Argumentam, entretanto, que, as coordenações ou

direções pedagógicas dessas instituições admitem que essa forma de ensinar não

seja a ideal, mas, tem funcionado a contento, uma vez que seus alunos saem dali

“bem preparados” para as provas do ENEM e demais vestibulares.

Na opinião de alguns desses professores, a adoção de nossa proposta

demandaria muito mais tempo para o cumprimento do conteúdo previsto nas

respectivas séries. Para eles, o número elevado de estudantes por sala (turmas com

38 estudantes) praticamente inviabiliza iniciativas desse tipo, pois, a aplicação dessa

proposta será mais bem aproveitada se for desenvolvida com agrupamentos de

poucos alunos, talvez dez ou doze. Em vista disso, apontam esse aspecto como

uma limitação de nossa proposta.

O desenvolvimento desta pesquisa, da idealização dos experimentos à

apresentação final aos pares, levantou como possibilidade a proposição de novas

54

intervenções metodológicas para outros temas da Física, tais como termologia,

ondas, eletromagnetismo, etc. O desafio fica posto como continuidade desta

pesquisa, ou mesmo, como sugestão temática para novos pesquisadores.

55

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62

APÊNDICE A: PRODUTO EDUCACIONAL

APRESENTAÇÃO

Prezado Professor,

Este produto integra a dissertação de Mestrado em Ensino de Física da PUC

Minas, intitulada Ensino das leis de Newton no Ensino Médio por meio de atividades

de experimentação, e foi desenvolvido para ser utilizado, principalmente, por

professores de Física desse segmento. Ele comporta a sugestão de uma sequência

didática, bem como a orientação de intervenção metodológica, que privilegia

atividades práticas de experimentação.

Na sequência didática é sugerido que os enunciados das três leis sejam

apresentados conjuntamente, sendo que essa ação deve ser precedida da retomada

dos conceitos de inércia, massa e peso, visando propiciar um nivelamento conceitual

entre os estudantes.

Na orientação de intervenção metodológica são sugeridas seis atividades

experimentais, com as respectivas estratégias didáticas relacionadas à sua

condução. Devido à dificuldade de serem encontrados em laboratórios de escolas ou

em empresas que comercializam materiais didáticos, três dessas atividades utilizam

artefatos que foram confeccionados por nós: Carrinhos com molas de compressão

embutidas, Pista circular e Plataforma giratória.

Portanto, prezado Professor, registramos que, ao apresentar este produto

educacional, a nossa expectativa é de que a metodologia nele sugerida possa,

efetivamente, contribuir para o aprimoramento de sua prática docente.

Bom trabalho.


Belo Horizonte – MG

[email protected]

mailto:[email protected]

63

A.1 Requisitos conceituais para a abordagem das Leis de Newton

A introdução ou retomada, pelo professor, dos conceitos que elencamos a

seguir objetiva estabelecer um nivelamento conceitual entre os estudantes. Esses

conceitos são aqui classificados como “organizadores prévios”, em conformidade

com o que propõe Ausubel (1980), em sua teoria da aprendizagem significativa.

Uma vez que esses conceitos são subjacentes às leis de Newton,

acreditamos que essa conduta de retomá-los enseja uma ação propedêutica para a

aprendizagem dos conceitos mais complexos desse tema, influenciando

positivamente o estudante na interpretação e resolução de situações-problema. São

eles:

Inércia,

Massa,

Peso.

Em relação à inércia acreditamos ser recomendável enfatizar que esta é uma

propriedade da matéria ou uma tendência inerente a todos os corpos da natureza

em permanecer no estado de repouso, se estiver em repouso, ou em permanecer no

estado de movimento retilíneo uniforme, se estiver em movimento. Portanto, essa

propriedade, não pode ser tratada como uma força. Pode ser expressa, então, como

a resistência que a matéria oferece à mudança de movimento. O desconhecimento

dessa conceituação certamente contribui para que muitos estudantes considerem-na

como uma força real, uma vez que estão, ainda, arraigados à concepção aristotélica

de que “todo movimento requer a ação contínua de uma força, no mesmo sentido

desse movimento”.8

Para além da simples ideia de que massa indica a quantidade de matéria

presente em um corpo, sugerimos que o professor destaque que essa grandeza

equivale à medida da inércia desse corpo. Ou seja, a massa aponta para quanta

8 Para ilustrar o conceito de inércia é comum, entre professores do Ensino Médio, a execução de

pequenas demonstrações em sala de aula, ou mesmo, a exibição de vídeos. Algumas dessas atividades são sugeridas em livros-texto de Física. Em nosso levantamento bibliográfico deparamo-nos com trabalhos acadêmicos que fazem análises mais detalhadas sobre essas atividades, apontando para aspectos conceituais importantes que, geralmente, não são contemplados pelos professores nessas ocasiões. Sugerimos a leitura dos seguintes trabalhos: BAGNATO e MARCASSA (1997); FERNANDES, SANTOS e DIAS (2005); CATELLI, GIOVANNINI e LAURIDO (2016).

64

resistência um corpo oferece à alteração de sua condição de repouso ou de

movimento retilíneo uniforme.

Ao se definir peso, como sendo a força com que a Terra atrai um corpo

(massa) para o seu centro, acreditamos estar contemplando a adequada

discriminação dessas duas grandezas. Vale lembrar que essa distinção

praticamente inexiste na linguagem cotidiana. É o caso, por exemplo, das indicações

nas balanças de farmácias, nas transmissões esportivas, ou, nos meios de

comunicação em geral. A indiferenciação dessas duas grandezas, frequentemente

faz parte do repertório de concepções alternativas dos estudantes.

A.2 Introduzindo as leis de Newton

No primeiro contato dos alunos com os enunciados e fundamentos das três

leis de Newton, nós os apresentamos de uma só vez, como um bloco uno.

Acreditamos que essa forma de abordagem contribui para o estudante compreender

que essas três leis estão conectadas entre si, estabelecendo as bases da mecânica

clássica. Equivale dizer, que esses três princípios são as ferramentas necessárias e

suficientes para a análise e a compreensão básica dos fenômenos naturais que

demandam o emprego dos conceitos de força e movimento.

O detalhamento e as aplicações dessas leis são explorados em aulas

posteriores, cumprindo assim, um planejamento que prevê uma abordagem

recursiva, com aprofundamento gradual, incluindo, obviamente, a resolução de

situações-problema cada vez mais complexas. Esses procedimentos pedagógicos

se fundamentam sobre o que Ausubel preconiza em sua teoria:

As ideias mais gerais de um assunto devem ser apresentadas primeiro e, depois, progressivamente diferenciadas em termos de detalhe e especificidade. Os materiais de instrução devem tentar integrar o material novo com a informação anteriormente apresentada por meio de comparações e referências cruzadas de ideias novas e antigas (AUSUBEL, 1980).

É pertinente que, ao iniciar a abordagem das leis de Newton, façamos

referências à dimensão histórica na qual essas leis estão perenemente inseridas.

Não são “invenções” da mente humana, no sentido de impor os ditames de como

65

ela, a Natureza, deve se comportar. Por serem inerentes ao comportamento dos

fenômenos naturais, sempre existiram, ou seja, “nasceram” com a própria Natureza.

Para os estudantes, então, os enunciados dessas leis devem ser compreendidos

como uma compilação da interpretação humana acerca desse tema.

A sua denominação atual – Leis de Newton – se efetivou na história da

Ciência como um tributo ao virtuosismo científico do inglês Isaac Newton (1642-

1727) que as compendiou. Estão contidas numa das mais importantes obras das

Ciências Naturais, intitulada Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Princípios

Matemáticos da Filosofia Natural), publicada em julho de 1687.

Esse modelo explicativo foi tecido ao longo de séculos e séculos, fruto dos

esforços de mentes inquietas e falíveis, porém, instigadas a decifrar e sistematizar, o

quanto possível, as regularidades no comportamento da Natureza, sobretudo nos

fenômenos atinentes à relação entre força e movimento:

[...] os conceitos da mecânica clássica são frutos de desenvolvimentos ocorridos de maneira tortuosa por cerca de dois mil anos, durante os quais muita gente inteligente contribuiu, discutiu e argumentou – e se enganou: Aristóteles, Copérnico, Galileu, Newton [...] (ROBILOTTA, 1988, p.16).

Sobre a relação entre força e movimento, entendemos ser fundamental que,

de antemão, o professor instigue os estudantes a se apropriarem de duas asserções

que permeiam os enunciados das leis de Newton:

I. Um corpo pode estar em movimento, mesmo que não haja força resultante

agindo sobre ele (velocidade ≠ 0, Força resultante = 0 aceleração = 0).

Esse movimento, necessariamente, é o movimento retilíneo uniforme (MRU).

II. Um corpo pode estar, momentaneamente, parado e, mesmo assim, a

resultante das forças que estão agindo sobre ele ser diferente de zero

(velocidade = 0, Força resultante ≠ 0 aceleração ≠ 0). Por exemplo, quando

um objeto atinge a altura máxima, após ser lançado verticalmente para cima;

ou, nos pontos de afastamento máximo, do movimento de um pêndulo ou de

um sistema massa-mola.

Acreditamos que a primeira asserção possibilita o início da desconstrução e

remodelação da arraigada concepção aristotélica que acompanha a maioria dos

66

estudantes, qual seja, a de que um corpo só pode se manter em movimento se

estiver “animado” por uma força.

Ressaltamos aqui, a importância de o professor, constantemente, estimular

seus estudantes a fazerem o uso da representação vetorial das forças atuantes em

um corpo, compondo um diagrama de forças, em diversas situações-problema.

Acreditamos que a exercitação dessa linguagem escrita e a sua posterior

visualização são etapas de um processo cognitivo que certamente facilita a

apropriação dos conceitos envolvidos na situação-problema analisada.

Consideremos, por exemplo, a figura 11 que representa um bloco de gelo que, após

ser empurrado sobre uma mesa horizontal muito lisa, movimenta-se numa trajetória

retilínea, com velocidade constante.

Figura 11 - Bloco de gelo em MRU


Na figura 12 apomos os dois vetores que representam as forças que atuam

no bloco durante esse movimento.

Figura 12 - Diagrama das forças atuantes no bloco


Percebemos, assim, que essa representação torna “visível” a ideia de

equilíbrio das forças que atuam sobre o bloco - peso e força normal; ou seja, ela

notabiliza a ausência de uma força resultante.

67

Para ilustrar a segunda asserção utilizaremos a representação vetorial, como

pode ser visto na figura 13, no exemplo de um objeto ocupando a posição mais alta,

após ser lançado verticalmente para cima.

Figura 13 - Força atuante em um objeto momentaneamente parado


Dessa forma, torna-se notável, que é possível a um corpo,

momentaneamente parado, estar submetido à ação de uma força resultante.

Importante o estudante perceber que, em todas as representações vetoriais

envolvendo situações que ocorrem sobre a superfície da Terra, o vetor peso está

sempre presente, independentemente se o objeto em análise está parado ou em

movimento.

A.3 Os enunciados

Sugerimos a apresentação das três leis, da forma como estão enunciadas a

seguir.

A Primeira lei de Newton ou lei da Inércia afirma: “Se a resultante das

forças (FR) que atuam em um corpo é nula, esse corpo, se estiver parado, tende a

continuar parado e, se estiver em movimento, tende a continuar em movimento

retilíneo uniforme (MRU)”.

FR = 0 corpo parado ou em MRU

Dessa lei emana a ideia de que, repouso e movimento retilíneo uniforme, são

estados de um corpo. Diferentemente do que pensava Aristóteles, para Newton, na

ausência de uma força resultante, um corpo não está necessariamente em repouso;

pode, então, estar se movendo com velocidade constante.

68

A Segunda lei de Newton ou Princípio Fundamental da Dinâmica afirma:

“Se a resultante das forças (FR) que atuam em um corpo é diferente de zero, esse

corpo está submetido a uma aceleração (a)”.

FR ≠ 0 corpo acelerado.

Importante aqui destacar, que os vetores e (figura 14), apesar de

representarem grandezas diferentes, apresentam, sempre, a mesma direção e o

mesmo sentido9.

Figura 14 - Vetores força e aceleração


A Terceira lei de Newton ou Lei da Ação e Reação afirma: “Se um corpo A

exerce uma força sobre um corpo B, este exerce sobre o corpo A uma força de

mesma intensidade e direção, mas, de sentido contrário”.

=

força que o corpo A faz sobre o corpo B.

força que o corpo B faz sobre o corpo A.

Podemos inferir, a partir dessa lei, que não existe força isolada no universo,

ou seja, na natureza as forças sempre agem aos pares, reforçando, assim, o

conceito de que força é sempre uma ação interativa.

9 Na abordagem das forças que atuam em um corpo, que está descrevendo um movimento circular,

caso necessário, sugerimos que o professor retome a dedução da equação que calcula o módulo da aceleração centrípeta. Geralmente, essa equação é apresentada “pronta” nos livros de Ensino Médio, no estudo da Cinemática. Com o objetivo de facilitar a compreensão dessa dedução, desenvolvemos um algoritmo, que está detalhado no Apêndice B deste trabalho.

69

A.4 Estratégias didáticas de experimentação

Na execução das atividades de experimentação, adotamos as

recomendações da metodologia P.O.E., constituída de três etapas.

Na 1ª etapa, após mostrar o artefato ou a montagem que será utilizada na

experimentação, solicitamos aos estudantes que emitam hipóteses/previsões sobre

o evento, acompanhadas de justificativas. Essas hipóteses são construídas a partir

das discussões anteriores ou das concepções alternativas dos estudantes.

Na 2ª etapa, efetuamos a demonstração, demandando dos estudantes uma

atenta observação. Essa observação pode deflagrar, nas mentes dos estudantes, a

comparação com situações já vividas ou imaginadas por eles.

Rosa e Pinho-Alves (2008) relacionam o observar, com a retomada de

experiências vividas, que podem partir de uma reflexão individual ou compartilhada.

Essas experiências acionam outras habilidades próprias do trabalho em equipe, tais

como: ouvir, discutir e expor. O resultado compartilhado é construído, portanto, a

partir das trocas das contribuições pessoais.

Na 3ª etapa, iniciamos a análise coletiva do evento, comparando as hipóteses

levantadas, com o resultado obtido no experimento. O objetivo principal desse

momento é que as explicações, gradativamente construídas pelos estudantes e

mediadas pelo professor, se aproximem, o quanto possível, dos modelos científicos

adequados para aquele fenômeno. Importante ressaltar que essa etapa oportuniza

aos alunos exercitarem a capacidade de argumentação oral e escrita, aprimorando o

seu vocabulário científico.

Além de nos pautarmos por essa estratégia didática, ancoramos a nossa

conduta pedagógica nas sugestões sistematizadas no trabalho de CARVALHO

(2011, p. 257-260), que propõe as Sequências de Ensino Investigativas (SEIs).

Essas sequências são planejadas de modo a favorecerem a ocorrência de

interações sociais na sala de aula, bem como sugerem direcionamentos no papel do

professor durante esse ensino. Sobre essa estratégia, sumariamente destacamos:

A participação ativa do estudante. A ideia central é que o indivíduo, o

estudante, é o construtor de seu próprio conhecimento.

70

O papel do professor como elaborador de questões. Questões que

dirijam o raciocínio dos estudantes, isto é, que os levem a buscarem

justificativas e explicações.

A criação de um ambiente encorajador. Para que o estudante seja ativo

em sala de aula, para que ele tenha uma relação construtiva com seus

pares nas atividades em grupo, é condição necessária que o ambiente

da aula seja encorajador, onde ele não se sinta inibido, nem tenha

medo de se expor.

A relação Ciência, Tecnologia e Sociedade (CTS). Se nosso objetivo é

introduzir os estudantes no universo das Ciências, as relações CTS

devem estar presentes.

A passagem da linguagem cotidiana para a linguagem científica. É

necessário que os estudantes aprendam a argumentar desde cedo, se

utilizando do raciocínio e das ferramentas científicas.

A.5 Atividades de experimentação

O propósito de cada uma das atividades, descritas a seguir, é instigar os

estudantes a recorrerem ao conjunto das três leis de Newton para obterem a

adequada compreensão conceitual do fenômeno apresentado. Acreditamos que, do

modo como estão sequenciadas as orientações dos experimentos, ao responderem

às indagações do professor, os estudantes serão compelidos a buscar

fundamentação para as suas respostas, abarcando, sempre, essas três leis.

71

A.5.1 Carrinhos com molas de compressão embutidas

Utilizamos dois carrinhos, de mesma massa, providos de molas de

compressão embutidas, posicionados sobre uma mesa horizontal. A atividade é

iniciada com uma breve explicação sobre o mecanismo de funcionamento dos

carrinhos, que consiste, basicamente, no acionamento simultâneo dos disparadores,

geralmente feito com um pequeno martelo ou uma haste massiva de madeira. Em

decorrência da pequena velocidade que os carrinhos desenvolvem, a força de

resistência do ar pode ser seguramente desprezada, em todas as fases do

experimento.

Os carrinhos, com as molas comprimidas e travadas, são, então,

posicionados um contra o outro, conforme mostrado na figura 15.

Figura 15 - Carrinhos com molas de compressão embutidas, prontos para o acionamento.


I. É solicitado que um estudante se dirija ao quadro negro, para desenhar

e identificar, os vetores que representam as forças atuantes em cada

um dos carrinhos, conforme mostra a figura 16.

Enfatizamos aqui, a recomendação de que, nessa representação, mesmo que

seja um esboço, o estudante atente para o módulo (tamanho) dos vetores

72

envolvidos na situação. Conforme mencionamos neste trabalho, a representação

vetorial, principalmente pela sua natureza “visual”, potencializa a compreensibilidade

da situação-problema que se apresenta.

Figura 16 – Diagrama das forças atuantes em cada um dos carrinhos, enquanto estão parados.


II. É solicitada aos estudantes a justificativa, fundamentada nas leis de

Newton, de os carrinhos estarem parados.

A seguir, são colhidas as previsões do que poderá ocorrer, quando os

mecanismos de disparo forem acionados.

III. Imediatamente após os mecanismos de disparo serem acionados, ou

seja, enquanto os carrinhos ainda estão em contato e se empurrando,

que tipo de movimento eles desenvolverão (acelerado, retardado ou

com velocidade constante)?

Conforme planejado, essas predições, acompanhadas de justificativas, são

anotadas no quadro negro.

73

IV. Após perderem o contato, de um com o outro, que tipo de movimento

os carrinhos irão desenvolver (acelerado, retardado ou com velocidade

constante)?

V. A figura 17 representa o instante em que um dos carrinhos, movimentando-se para a direita, afasta-se do outro. Desenhe e identifique os vetores que representam as forças que nele atuam, neste instante.

Figura 17 – Diagrama das forças atuantes no carrinho que se movimenta para a direita.


Executa-se a demonstração. Verifica-se, então, que os carrinhos se

movimentam numa trajetória retilínea, afastando-se um do outro, até pararem.

Em seguida, inicia-se a análise coletiva do evento, comparando as hipóteses

levantadas, com os fundamentos das três leis de Newton, como, por exemplo:

a) enquanto estavam parados, era notável que a resultante das forças

atuantes sobre cada um dos carrinhos era igual a zero, em conformidade

com a 1ª lei;

b) a equivalência das distâncias percorridas, no mesmo intervalo de tempo,

evidencia que ambos os carrinhos desenvolveram acelerações médias

iguais, no pequeno intervalo de tempo que durou a atuação das forças

elásticas das molas embutidas, em conformidade com a 2ª lei;

c) o fato de os carrinhos, por possuírem massas iguais, atingirem a mesma

distância, notabiliza que ambos aplicaram mutuamente forças de mesmo

74

módulo, mesma direção e sentidos contrários, estabelecendo um claro par

de ação e reação, em conformidade com a 3ª lei. Importante ressaltar que

essas duas forças não se anulam, uma vez que cada uma delas atua em

um corpo diferente;

d) na representação vetorial, solicitada no item V, a ausência de uma força

horizontal, no sentido do movimento, desencadeia uma oportuna

discussão e certamente contribui para a remodelagem da concepção de

que “para um corpo se manter em movimento, é necessária a ação de

uma força, no mesmo sentido desse movimento”.

Na sequência da experimentação, um dos carrinhos recebe uma carga,

acarretando em aumento de sua massa, conforme mostrado na figura 18.

Figura 18 – Um dos carrinhos, com massa aumentada.


VI. É solicitado que um estudante desenhe e identifique os vetores que

representam as forças atuantes em cada um dos carrinhos, enquanto

estão parados, conforme mostrado na figura 19.

75

Figura 19 – Diagrama das forças atuantes em cada um dos carrinhos, enquanto estão parados.


VII. É solicitada aos estudantes a justificativa, fundamentada nas leis de

Newton, de os carrinhos estarem parados.

A seguir, são colhidas as previsões do que poderá ocorrer, quando os

mecanismos de disparo forem acionados.

VIII. Imediatamente após os mecanismos de disparo serem acionados, ou

seja, enquanto os carrinhos ainda estiverem em contato e se

empurrando, os módulos das forças que eles farão entre si, serão

iguais ou diferentes?

IX. A figura 20 representa o instante em que os carrinhos movimentam-se,

afastando-se um do outro. Desenhe e identifique os vetores que

representam as forças que neles atuam, neste instante.

76

Figura 20 – Diagrama das forças atuantes nos carrinhos, enquanto se afastam.


Executa-se a demonstração. Verifica-se, então, que um dos carrinhos se

desloca menos do que o outro.

Após isso, inicia-se a análise coletiva do evento, comparando as hipóteses

levantadas, com os conceitos implícitos nas três leis de Newton, como, por exemplo:

e) enquanto estavam parados, era notável que a resultante das forças

atuantes sobre os carrinhos era igual a zero, em conformidade com a 1ª

lei;

f) a desigualdade das distâncias percorridas, evidencia que os carrinhos

desenvolveram acelerações diferentes, enquanto se empurravam, em

conformidade com a 2ª lei;

g) o fato de os carrinhos, por apresentarem massas diferentes, percorrerem

distâncias diferentes, notabiliza que ambos aplicaram, mutuamente, forças

de mesmo módulo, mesma direção e sentidos contrários, estabelecendo

um claro par de ação e reação, em conformidade com a 3ª lei.

77

A.5.2 Sistema composto por um carrinho e um objeto muito leve

Neste experimento são utilizados dois corpos com massas nitidamente

diferentes: um carrinho, que se movimenta praticamente sem atrito e, um objeto

metálico, equipado com gancho. Iniciamos a experimentação executando a medição

das massas desses corpos, na balança de precisão, conforme representado nas

figuras 21 e 22, respectivamente. Acreditamos que esse detalhe exerça influência na

elaboração das predições dos alunos, uma vez que fica bastante evidente a

desigualdade das massas dos corpos envolvidos.

Figura 21 – Medição da massa do carrinho (101,1 g).


78

Figura 22 – Medição da massa do objeto (4,4 g).


Conectamos o objeto leve ao carrinho por meio de linha de costura, com o

objetivo de desprezar a influência da massa dessa linha no experimento. Prendemos

o carrinho a um suporte e passamos a linha pela roldana fixa, conforme

representado na figura 23.

Figura 23 – Vista lateral do sistema em repouso.


79

É solicitada a um aluno, a representação do diagrama das forças atuantes

nos dois corpos, conforme representado na figura 24, considerando desprezíveis as

forças de atrito.

Figura 24 – Diagrama das forças atuantes nos dois corpos em repouso.


É indagado ao grupo de alunos por que os corpos estão parados. A seguir,

são colhidas as previsões do que poderá ocorrer quando o fio que prende o sistema

for rompido (pela chama de um palito de fósforo ou por uma tesoura) – figura 25.

Figura 25 – Acionamento do sistema por meio de uma chama.


O sistema entrará em movimento? Ou, o corpo bem mais leve (0,046 newton)

conseguirá acelerar o corpo mais pesado (1,011 newton)? Na presente

demonstração o peso do corpo mais leve é cerca de 22 vezes menor do que o peso

do carrinho.

80

Executa-se a demonstração e, após isso, inicia-se a análise coletiva do

evento, comparando as hipóteses levantadas, com os conceitos implícitos nas três

leis de Newton, como, por exemplo:

a) enquanto estão parados é notável que a resultante das forças atuantes

sobre os carrinhos é igual a zero, em conformidade com a 1ª lei;

b) após se desprender do suporte o carrinho passa a desenvolver um

movimento retilíneo uniformemente acelerado. É oportuno, então, que se

determine a aceleração do sistema nesse movimento. Para os objetos por

nós usados, de acordo com a 2ª lei, a aceleração é

;

c) enquanto o sistema está se movimentando, a força que o carrinho faz

sobre o corpo mais leve (tração) apresenta o mesmo módulo e a mesma

direção, e sentido contrário ao da força que o corpo faz sobre o carrinho,

estabelecendo um claro par de ação e reação, em acordo com a 3ª lei.

A seguir é solicitada a um aluno a representação do diagrama das forças

atuantes nos dois corpos, enquanto eles se movimentavam, conforme representado

na figura 26.

Figura 26 – Diagrama das forças atuantes nos corpos ao se movimentarem.


81

A.5.3 Garrafão a jato

Neste experimento utilizamos uma garrafa PET de 2 litros (figura 27) que se

movimenta horizontalmente, acoplada a um fio de nylon esticado, de comprimento

25 metros, com as suas extremidades presas a suportes fixos. A movimentação

desse projétil é proporcionada pela combustão interna do gás de álcool, que é

insuflado na garrafa com o borrifador (figura 28).

Figura 27 – Garrafa com anéis metálicos e tampa com orifício.


Figura 28 – Borrifador de álcool.


82

A figura 29 mostra o instante em que o sistema está preparado para o acionamento.

Figura 29 – Sistema em repouso, pronto para ser acionado.


A deflagração do sistema é feita com a chama de um fósforo. Ocorre, assim,

uma forte ejeção dos gases resultantes da combustão, através do pequeno orifício

feito na tampa da garrafa, conforme mostra a figura 30.

Figura 30 – Garrafa em movimento ejetando os gases da combustão.


É importante ressaltar que esse experimento deve ser conduzido, em todas

as etapas, pelo próprio professor, considerando-se que há riscos de queimadura.

83

Em função da grande distância percorrida pela garrafa, a demonstração deve

ser feita, preferencialmente, ao ar livre, precedida da discussão feita em sala de

aula.

É solicitada a um estudante a representação do diagrama das forças atuantes

na garrafa, antes de se iniciar a combustão, conforme representado na figura 31.

Figura 31 – Diagrama das forças atuantes na garrafa em repouso.


É indagado ao grupo de alunos por que o sistema está em repouso. A seguir,

são colhidas as previsões dos tipos de movimentos (acelerado, retardado ou com

velocidade constante?) que poderão ocorrer quando o sistema for acionado. Nesse

instante é pertinente o professor informar aos alunos que, devido às limitações do

volume da garrafa, a atuação da força advinda da ejeção dos gases da combustão

dura pouco tempo. Por essa razão é preciso considerar, então, que em grande parte

do trajeto a garrafa mantém o seu movimento, mesmo sem a ação dessa força

propulsora.


na garrafa:

I. enquanto ocorre a ejeção dos gases da combustão; (figura 32)

84

Figura 32 – Diagrama das forças atuantes na garrafa durante a ejeção dos gases.


II. após cessar a ejeção dos gases da combustão. (figura 33)

Figura 33 – Diagrama das forças atuantes na garrafa, após cessar a ejeção dos gases.


Executa-se a demonstração. Verifica-se, então, que a garrafa movimenta-se

com bastante rapidez ao longo do fio, emitindo um som característico de projétil

ejetando gases de combustão, justificando a denominação do experimento (garrafão

a jato).

Sugerimos que dois ou três estudantes, utilizando o cronômetro de seus

aparelhos celulares, se encarreguem de medir o intervalo de tempo da duração do

movimento. Esse detalhe oportuniza retomar o conceito de velocidade média, uma

vez que durante o experimento ocorrem diferentes tipos de movimento com o

foguete.



85

a) enquanto está parado, é notável que a resultante das forças atuantes

sobre o projétil é igual a zero, em conformidade com a 1ª lei;

b) enquanto ocorre a ejeção dos gases da combustão, a força propulsora

é bem maior do que as forças contrárias ao movimento, notabilizando o

conceito de força resultante e caracterizando esse movimento como

acelerado, em conformidade com a 2ª lei;

c) após cessar a ejeção dos gases da combustão, cessa, também, a ação

da força propulsora e o sistema continua a se movimentar no mesmo

sentido graças à sua inércia, em conformidade com a 1ª lei;

d) a partir desse instante, a força resultante sobre o sistema possui

sentido contrário ao movimento, gerando, então, uma aceleração que

contribui para a diminuição da velocidade, caracterizando um

movimento retardado, em conformidade com a 2ª lei;

e) na representação vetorial das forças atuantes na garrafa, após cessar

a ejeção dos gases da combustão, a ausência de uma força horizontal

no sentido do movimento, desencadeia uma oportuna discussão e

certamente contribui para a remodelagem da concepção de que “para

um corpo se manter em movimento, é necessária a ação de uma força,

no mesmo sentido desse movimento”;

f) o fato de a garrafa ejetar os gases da combustão para trás e,

simultaneamente, ser propulsionada por esses gases para frente,

notabiliza que ambos, garrafa e gases, aplicaram mutuamente forças

de mesmo módulo, mesma direção e de sentidos contrários,

estabelecendo um claro par de ação e reação, em conformidade com a

3ª lei.

86

A.5.4 Lançador duplo de projéteis

Neste experimento utilizamos o dispositivo identificado comercialmente como

“demonstrador da aceleração vertical” (figura 34), adquirido da empresa AZEHEB –

laboratórios de Física.

Figura 34 – Lançador duplo de projéteis.


Instalamos o dispositivo numa escada articulada, conforme mostrado na

figura 35, de maneira que as esferas, ambas de mesma massa, fiquem posicionadas

a cerca de 1m do piso. Com esse procedimento podemos nos certificar de que as

velocidades alcançadas pelas esferas são relativamente pequenas e, por essa

razão, as forças de resistência do ar poderão ser desprezadas.

87

Figura 35 – Lançador instalado em escada articulada.


A atividade é iniciada com uma breve explicação sobre o funcionamento do

dispositivo, que consiste, basicamente, no acionamento do disparador (figura 36)

que provoca, simultaneamente, o lançamento horizontal de uma das esferas e, a

queda vertical da outra.

Figura 36 – Lançador preparado para o acionamento.


88

É indagado ao grupo de estudantes:

o que tipo de trajetória cada uma das esferas descreverá;

o se haverá diferença entre os intervalos de tempo que elas gastarão

para chegar ao solo;

o se haverá diferença entre os módulos das velocidades com que elas

chegarão ao solo;

o quais forças atuam em cada uma das esferas, antes do lançamento;

o quais forças atuam em cada uma das esferas, durante o lançamento;

Executa-se a demonstração e constata-se, então, que uma das esferas

descreve uma trajetória vertical e, a outra, uma trajetória parabólica, ambas

atingindo o solo no mesmo instante, conforme mostrado na figura 37.

Figura 37 – Diagrama das trajetórias descritas pelas esferas.




a) enquanto estão paradas, a resultante das forças atuantes sobre cada

uma das esferas é igual a zero, em conformidade com a 1ª lei;

b) imediatamente após o sistema ser acionado, uma das esferas sofreu

aceleração horizontal, o que lhe proporcionou descrever,

simultaneamente, um movimento na direção horizontal e outro na

direção vertical, compondo, assim, uma trajetória parabólica, em


89

c) após a breve aceleração horizontal, a esfera mantém o seu movimento

nessa direção, com velocidade constante, devido à sua inércia, em


d) com o recuo brusco da base que sustenta as esferas, uma delas cai, a

partir do repouso, numa trajetória vertical, devido à sua inércia, em


e) no movimento vertical de ambas as esferas, a força com que a Terra as

atrai (peso) apresenta o mesmo módulo e direção, e sentido contrário

ao da força com que cada uma delas atrai a Terra, estabelecendo,

assim, um par de ação e reação, em conformidade com a 3ª lei.

É solicitada, então, a um estudante a representação do diagrama das forças

atuantes em cada uma das esferas, durante a queda, conforme mostrado na figura

38.

Figura 38 – Diagrama das forças atuantes nas esferas durante a queda.


Nessa representação, a ausência de uma força horizontal atuando na esfera

que descreve a parábola, desencadeia uma oportuna discussão e certamente

contribui para a remodelagem da concepção de que “para um corpo se manter em

movimento, é necessária a ação de uma força, no mesmo sentido desse

movimento”.

90

A.5.5 Pista circular

Neste experimento utilizamos uma pista circular horizontal, com seção

destacável, que será percorrida por uma esfera metálica, conforme mostrado na

figura 39.

Figura 39 - Pista circular com esfera


A atividade é iniciada com uma breve demonstração da movimentação da

esfera sobre o sulco adaptado às suas dimensões.

Observa-se que nos primeiros instantes após ser impulsionada sobre a pista,

a esfera desenvolve, aproximadamente, um movimento circular uniforme (MCU). É

solicitada a um estudante a representação do diagrama das forças atuantes na

esfera nessa situação, conforme mostrado na figura 40.

Figura 40 – Diagrama das forças atuantes na esfera, vista de frente, em MCU.


91

Na sequência, indagamos ao grupo de estudantes o que ocorrerá com o

movimento da esfera, após retirarmos a seção destacável da pista (figura 41).

Executa-se a demonstração. Verifica-se, então, que a esfera abandona a

pista e, imediatamente, passa a descrever um movimento retilíneo.

Figura 41 – Esfera em movimento, imediatamente antes de abandonar a pista.



levantadas, com os conceitos implícitos nas três leis de Newton, como por exemplo:

a) após receber o impulso inicial, não há força atuando na esfera no sentido

de sua velocidade. Ela está se movimentando devido à sua inércia, em


b) apesar de o módulo de sua velocidade praticamente não variar, a esfera

está sendo continuamente acelerada na direção radial, devido à força

exercida pelas laterais da pista. Essa força apresenta-se como resultante

nesse movimento circular e, portanto, é denominada força centrípeta, em


c) enquanto a esfera se movimenta, a força de compressão que ela exerce

na pista apresenta o mesmo módulo e a mesma direção, e sentido

contrário ao da força que a pista exerce sobre ela, estabelecendo, assim,

um par de ação e reação, em conformidade com a 3ª lei;

92

d) após abandonar a pista circular, a esfera passa a desenvolver um

movimento retilíneo retardado, tendo como resultante a força de atrito,

proporcionada pela superfície horizontal que a sustenta, em conformidade

com a 2ª lei, conforme mostrado na figura 42.

Figura 42 - Diagrama das forças atuantes na esfera (vista lateral) sobre superfície horizontal.


93

A.5.6.a Plataforma giratória

Nesta atividade experimental utilizamos uma plataforma circular giratória

acoplada a uma polia com manivela (figura 43). A atividade é iniciada com uma

breve explicação sobre o funcionamento da plataforma, que consiste, basicamente,

no acionamento da manivela. Como o diâmetro dessa polia com manivela é três

vezes maior do que o diâmetro da polia que suporta a plataforma, é possível, então,

fazer com que a plataforma gire com grande velocidade.

Figura 43 - Plataforma giratória


Para iniciar a atividade experimental o sistema é posto a se movimentar, com

uma moeda sobre a plataforma, conforme mostrado na figura 44.

Figura 44 – Moeda em repouso sobre a plataforma.


94

Observa-se que, tão logo a plataforma alcança determinada velocidade, a

moeda escapa dessa superfície. É solicitada a um estudante a representação do

diagrama das forças atuantes na moeda, antes de ela escapar da plataforma,

conforme representado na figura 45.

Figura 45 – Diagrama das forças atuantes na moeda em repouso, com a plataforma em movimento.


São colocadas três moedas idênticas, alinhadas e equidistantes, sobre a

plataforma circular, sendo uma posicionada próxima ao centro, a outra a meio

caminho e, a terceira, próxima à periferia da plataforma (figura 46).

Figura 46 – Três moedas em repouso sobre a plataforma.


São colhidas as previsões de como se dará o movimento de escape das três

moedas, quando a plataforma se movimentar. Haverá uma sequência nesse

movimento de escape? Essas predições, preferencialmente, devem ser emitidas

acompanhadas de justificativas.

95

Executa-se a demonstração duas ou três vezes. Constata-se, então, que a

sequência de escapes das moedas se repete sempre na mesma ordem.

Em seguida, é afixada na plataforma uma tira de lixa, que apresenta

superfície áspera. Uma moeda é colocada na superfície nua da plataforma e a outra

sobre a tira, ambas à mesma distância do centro, conforme mostrado na figura 47.

Figura 47 – Tira de lixa afixada sobre a plataforma.


São colhidas as previsões de como se dará o movimento de escape das duas

moedas, quando a plataforma se movimentar. Haverá uma sequência nesse

movimento de escape?

Executa-se a demonstração. Constata-se, então, que a moeda sobre a tira

escapa somente após o aumento de velocidade da plataforma.

Após isso, inicia-se a análise coletiva dos eventos, comparando as hipóteses


a) enquanto permanece parada, em relação à plataforma que está girando,

cada uma das três moedas está submetida a uma aceleração que aponta

para o centro da trajetória, em consequência da resultante das forças que

nela atuam, em conformidade com a 2ª lei;

96

b) as forças de atrito estático entre as três moedas e a superfície são iguais.

A ordem na sequência de escapes das moedas ocorre, então, por conta

das diferentes velocidades tangenciais de cada uma, pois, quanto maior o

raio da trajetória, maior a velocidade tangencial. Quando a moeda atinge

uma determinada velocidade, a força de atrito entre ela e a superfície é

menor do que a força centrípeta necessária para aquela situação, em


c) a moeda sobre a tira de lixa escapa somente após o aumento de

velocidade da plataforma porque a força de atrito entre ela e a tira é maior

do que a força de atrito que atua na outra moeda, em conformidade com a

2ª lei;

d) quando qualquer uma das moedas abandona a plataforma, não há força

atuando na direção horizontal de seu movimento. Esse movimento ocorre,

então, devido à sua inércia, em conformidade com a 1ª lei;

e) enquanto está caindo, após abandonar a plataforma, cada uma das

moedas descreve uma parábola, devido o seu peso acelerá-la

verticalmente para baixo. O peso, exercido pela Terra e, a força que a

moeda faz sobre a Terra, são forças que apresentam o mesmo módulo e a

mesma direção, e sentidos contrários, estabelecendo assim, um par de

ação e reação, em conformidade com a 3ª lei.

97

A.5.6.b Plataforma giratória, com lateral fechada

Nesta atividade utilizamos uma plataforma giratória, fechada lateralmente,

conforme mostrado na figura 48.

Figura 48 – Plataforma giratória com lateral fechada.


I) Sobre a plataforma, inicialmente disposta na horizontal, são colocados dois

bonecos de brinquedo, com os seus pés firmados sobre a lateral (figura 49).

Figura 49 – Bonecos em repouso sobre a plataforma.


98

O sistema é colocado a se movimentar com uma velocidade tal que, mesmo

quando a plataforma é disposta no plano vertical, os bonecos mantêm as suas

trajetórias circulares, sem se desprenderem da lateral da plataforma (figura 50).

Figura 50 – Instantâneo do movimento dos bonecos com a plataforma na vertical.



em um dos bonecos, ao passar pelos pontos mais alto (A) e mais baixo (B),

conforme representado na figura 51.

Figura 51 – Diagrama das forças atuantes em um dos corpos.


No ponto mais alto:

No ponto mais baixo:

99

II) Sobre a plataforma é colocado um recipiente de vidro contendo uma vela

acesa, de maneira que a extremidade de sua chama não exceda a altura da boca

desse recipiente (figura 52). Com esse cuidado evita-se a interferência das correntes

externas de ar sobre a chama da vela, quando o sistema estiver em movimento.

Figura 52 – Recipiente contendo vela acesa, sobre a plataforma.


É indagado ao grupo de estudantes o que poderá ocorrer com a direção da

chama da vela, quando o sistema for colocado em movimento (figura 53).

Figura 53 – Instantâneo do movimento do recipiente contendo uma vela acesa.


100

Devido à rapidez do movimento, não é muito fácil perceber, mas, a chama da

vela curva-se, voltada para o centro da trajetória. Por essa razão, sugerimos que a

demonstração seja filmada, com o recurso “câmera lenta”, para que, ao ser exibida,

esse detalhe seja mais bem visualizado.

Quando a plataforma gira, o ar no interior do recipiente de vidro, por inércia,

tende a se acumular na lateral do recipiente, mais afastada em relação ao centro da

trajetória. Por essa razão, o ar dessa região fica mais denso do que o ar localizado

mais próximo da lateral oposta desse recipiente. Assim, a chama da vela tende a se

desviar para esse lado menos denso, a exemplo do que ocorre na convecção,

conforme esquematizado na figura 54.

Figura 54 – Comportamento da chama quando a vela está em movimento circular

Fonte: SOUZA e OLIVEIRA, 2010

101

APÊNDICE B: Algoritmo para a dedução simplificada do módulo da aceleração

centrípeta.

Esta dedução pode ser desenvolvida, partindo de qualquer situação em que

um corpo está descrevendo um movimento circular uniforme, tal como, uma pedra

amarrada a um barbante, um carro efetuando uma curva, um motociclista em um

globo da morte etc. Nesses exemplos evocados há sempre a atuação de uma força

resultante, responsável, exclusivamente, pela variação da direção da velocidade do

corpo.

Neste algoritmo, essa força resultante se comporta, então, como uma “força

de campo”, que provoca a “queda” do corpo na direção radial de seu movimento

circular.

Consideremos, por exemplo, um corpo orbitando outro, “caindo” verticalmente

uma distância d, de uma posição P1 para uma posição P2 (figura 55). Essa “queda” é

efetuada com uma aceleração constante, denominada aceleração centrípeta.

Figura 55 – Corpo em movimento circular uniforme.


Em módulo, V1 = V2 = V, então:

102

= V2 + V2 = 2V2

Pela equação de Torricelli, temos,

Na direção da “queda” a velocidade inicial do corpo é nula ( = 0).

Assim, = 2V2 e, como, d = R, temos,

103

APÊNDICE C: Pré e Pós-teste

QUESTÃO 01

Um homem está caminhando sobre uma calçada horizontal, desenvolvendo um movimento

retilíneo uniforme. O desenho abaixo ilustra essa situação, representando as forças peso

( ), normal ( ), muscular ( ) e resistência ao movimento ( ).

Sobre essa situação é correto afirmar que

a) P = N e, FM = FR

b) P = N e, FM FR

c) P N e, FM FR

d) P N e, FM = FR

e) P N e, FM FR

QUESTÃO 02 - (Universidade Federal de Lavras - MG) – Adaptada.

Um livro de peso igual a 4 N está apoiado, em repouso, na palma de sua mão, conforme

representado na figura abaixo.

Complete as lacunas das sentenças abaixo, de forma que elas se tornem fisicamente

corretas.

I) Uma força para baixo de 4 N é exercida sobre o livro pela __________.

II) Uma força para cima de __________ é exercida sobre o(a) __________ pela mão.

III) A força para cima (item II) é reação à força para baixo (item I)? __________.

a) mão, 14 N, Terra, Sim.

b) Terra, 4 N, livro, Sim.

c) Terra, 4 N, Terra, Não.

d) Terra, 8 N, Terra, Sim.

e) Terra, 4 N, livro, Não.

104

QUESTÃO 03

A figura abaixo representa um dispositivo de laboratório, constituído por uma mola

comprimida que, após ser liberada, impulsiona um carrinho, projetando-o horizontalmente

sobre uma mesa.

Esse carrinho, então, movimenta-se com velocidade decrescente sobre a mesa e, em pouco

tempo, acaba parando.

Desprezando-se a resistência do ar, o esquema que representa corretamente a(s) força(s)

atuante(s) sobre o carrinho, enquanto está movimentando-se sobre a mesa é:

QUESTÃO 04 – (FCI - Fonte: FERNANDES, S. A., 2011)

Na figura abaixo, o estudante “a” tem massa de 95 kg e o estudante “b” tem massa de 77

kg. Eles sentam-se um em frente ao outro em cadeiras de escritório idênticas. O estudante

“a” coloca os seus pés descalços sobre os joelhos do estudante “b”, como mostrado na

figura. De repente, o estudante “a” dá um empurrão com os pés, fazendo com que ambas as

cadeiras se movimentem.

Durante o impulso e, enquanto os estudantes ainda estiverem tocando um no outro,

a) nenhum dos estudantes exerce força no outro.

b) cada estudante exerce a mesma força um no outro.

c) cada estudante exerce uma força no outro, mas o estudante “b” exerce a maior força.

d) cada estudante exerce uma força no outro, mas o estudante “a” exerce a maior força.

e) o estudante “a” exerce uma força sobre o estudante “b”, mas o estudante “b” não exerce

nenhuma força sobre o estudante “a”.

105

QUESTÃO 05

A figura abaixo representa duas meninas, A e B, de massas 50 kg e 60 kg, respectivamente,

que estão sentadas em carrinhos de rolimã, separada uma da outra e ligadas por uma

corda. Os carrinhos estão parados sobre uma superfície plana e bem polida.

Em determinado instante, as meninas aplicam, simultaneamente, um puxão na corda,

provocando um movimento de aproximação uma da outra.

É correto afirmar que, nessa situação,

a) a menina A é puxada com maior força e, devido à sua massa, sofre maior aceleração.

b) a menina A é puxada com menor força e, devido à sua massa, sofre maior aceleração.

c) ambas as meninas são puxadas por forças de mesma intensidade, mas, a menina A sofre

maior aceleração.

d) ambas as meninas são puxadas por forças de mesma intensidade, mas, a menina B sofre

maior aceleração.

e) ambas as meninas são puxadas por forças de mesma intensidade e, por isso, sofrem a

mesma aceleração.

QUESTÃO 06 - (FCI - Fonte: FERNANDES, S. A., 2011).

A figura abaixo mostra um menino que balança em uma corda, começando em um ponto

mais alto do que a posição A.

Considere as seguintes forças distintas:

1. Uma força para baixo devido à gravidade.

2. Uma força exercida pela corda apontando de A para O.

3. Uma força no sentido do movimento do menino.

4. Uma força que aponta de O para A.

Qual(ais) força(s) acima está(ão) agindo no menino quando ele está na posição A?

a) 1 somente.

b) 1 e 2.

c) 1 e 3.

d) 1, 2, e 3.

e) 1, 3 e 4.

106

QUESTÃO 07 – (Universidade Federal de Minas Gerais)

Uma jogadora de basquete arremessa uma bola tentando atingir a cesta. Parte da trajetória

seguida pela bola está representada nesta figura:

Considerando a resistência do ar, assinale a alternativa cujo diagrama melhor representa as

forças que atuam sobre a bola no ponto P dessa trajetória.

QUESTÃO 08

Uma pessoa, encostada em um muro, lança para cima uma bolinha que estava em sua

mão. A figura abaixo ilustra a situação, representando trechos da trajetória da bolinha, nos

instantes em que ela subia (A), atingiu o ponto mais alto (B) e, quando descia (C).

Considerando desprezível a resistência do ar, assinale a alternativa cujo diagrama melhor

representa as forças que atuaram na bolinha nos instantes mostrados.

107

QUESTÃO 09

A figura representa o instante em que um carro, com velocidade de módulo constante,

executa uma curva numa estrada plana e horizontal.

Assinale a alternativa cujo diagrama melhor representa as forças que atuam no carro, no

instante mostrado.

QUESTÃO 10

Numa avenida plana e retilínea, um motociclista parte do repouso e acelera uniformemente

a sua moto durante o intervalo de tempo de 0 a t1, até atingir a velocidade de 72 km/h. No

intervalo de tempo seguinte, de t1 a t2, ele mantém essa velocidade constante.

Assinale a alternativa cujo gráfico melhor representa o comportamento da força resultante

(FR) que atuou na moto, nos intervalos de tempo (t) mencionados.

108

APÊNDICE D: Questionário de avaliação da proposta de intervenção

metodológica

Prezado professor,

Este questionário integra a pesquisa “Ensino das leis de Newton por meio de

atividades de experimentação” do Programa de Mestrado Profissional em Ensino de

Ciências e Matemática, área de concentração: o Ensino de Física, da PUC Minas, e

visa avaliar a proposta de intervenção metodológica, objeto da mesma.

Para as questões abaixo, por gentileza, redija respostas completas, não se limitando

ao simples sim ou não.

Antecipadamente, agradecemos a sua colaboração.

Nome (opcional):

1. Você considera que esta proposta pode contribuir para a melhoria do processo de

ensino-aprendizagem das leis de Newton?

2. Você acha viável, em sua prática docente, a adoção de nossa sugestão de

intervenção metodológica?

3. Qual a sua opinião sobre a possibilidade de se aplicar os mesmos critérios desta

proposta na abordagem de outros temas da Física (termologia, eletromagnetismo,

ótica, etc)?

4. Que lacunas, falhas ou limitações você percebeu em nossa proposta? Se

possível, aponte sugestões para a sua melhoria.

CONTATO


Belo Horizonte – MG

[email protected]

mailto:[email protected]

109

Referências Bibliográficas

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Interamericana, Rio de Janeiro, Brasil, 1980.

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CARVALHO, A. M. P. Ensino e aprendizagem de Ciências: referenciais teóricos

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LONGHINI, M. D. (Org.). O uno e o Diverso na Educação. Uberlândia: EDUFU,

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CATELLI, F.; GIOVANNINI O.; LAURIDO, V. G. “Demonstração” da lei da inércia?

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FERNANDES, B. C.; SANTOS, W. M. S.; DIAS, P. M. C. Onde está o atrito?

Discussão de dois experimentos que exemplificariam a lei da inércia. Física na

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FERNANDES, S. A. Um Estudo Sobre a Consistência de Modelos Mentais Sobre

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ROBILOTTA, M. R.; O cinza, o branco e o preto – Da relevância da História da

Ciência no Ensino da Física. Cad. Cat. Ens. Fís., Florianópolis, 5 (Número

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ROSA, Cleci W.; PINHO-ALVES, José. Ferramentas didáticas metacognitivas:

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SOUZA, James A.; OLIVEIRA, Cleidson S. Uma luz no aprendizado da ciência.

Revista Física na Escola, v.11, n.2, p.38, 2010.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS ... · LISTA DE FIGURAS Fig. Legenda Pág. ......

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