LABORATÓRIO DIVERGENTE ALTERNATIVO PARA O ENSINO DE FÍSICA

## LABORATÓRIO DIVERGENTE ALTERNATIVO PARA O ENSINO DE FÍSICA

## DIVERGENT ALTERNATIVE LABORATORY FOR TEACHING PHYSICS

Marconny Vieira Stolle Silva 1 Jefferson Adriany Ribeiro Cunha 2 Guilherme Colherinhas de Oliveira 3

1 Instituto de Física, IF/UFG, mstolle@bol.com.br 2 Instituto de Física, IF/UFG, jeffadriany@gmail.com 3 CEPAE/UFG, gcofisica@hotmail.com

## Resumo

Neste trabalho serão apresentados os resultados obtidos entre o 2º semestre de 2010 e o 1º semestre de 2011 do projeto intitulado Laboratório Didático Alternativo para o Ensino de Física. Este projeto tem como principal objetivo desenvolver habilidades de observação e reflexão sobre determinado fenômeno físico, utilizando-se das práticas experimentais. Tendo em vista que os alunos participantes deste projeto não dispunham de um laboratório para estas práticas, realizou-se então uma tentativa de desenvolver práticas laboratoriais com materiais de fácil acesso aos estudantes. Para isso foi desenvolvido o Laboratório Divergente Alternativo com materiais do cotidiano dos estudantes, que foi realizado em duas etapas. Na primeira se deu a confecção de experimentos em um período de um mês com encontros fora do horário de aula. Em um segundo momento os grupos apresentaram e explicaram seus experimentos para toda a turma. Para a obtenção de dados foi utilizado o método da observação participante. Fizemos o uso do conceito de transposição didática, utilizado por Chevallard na didática francesa, e pode-se observar que no processo de transposição o 'método experimental' se transforma em objeto do 'saber a ensinar' podendo ser introduzido através do laboratório didático. Desta forma construímos uma nova metodologia para se trabalhar com o laboratório didático fundamentado no Laboratório Divergente de Pinho Alves, nos materiais de fácil aquisição e na transposição didática de Yves Chevallard. Participaram do projeto três turmas do 2º Ano do ensino médio. Sendo uma turma do segundo semestre de 2010 e duas turmas do primeiro semestre de 2011. Foram trabalhados doze experimentos sendo cinco de óptica geométrica e sete de termodinâmica.

Palavras-chave: Laboratório Divergente; Pesquisa Qualitativa; Ensino experimental; Ensino Médio.

## Abstract

In this paper we present results obtained from the 2nd half of 2010 and first half of 2011 from a project entitled Alternative Didactic Laboratory for Teaching Physics. This project has as main goal to develop skills of observation and reflection on a particular physical phenomenon, using the experimental practices. Given that students participating in this project did not have a laboratory for these practices, there was then an attempt to interact with the students' laboratory. For this we developed the Divergent Alternative Laboratory with everyday materials for students. It was conducted in two stages. The first took the making of experiments over a period of one month for meetings outside of class time at the school. In a second step, the groups showed and explained his experiments to the whole class. To obtain data we used the method of participant observation. We use the concept of didactic transposition, used by Chevallard in teaching French, and can be seen that the process of implementing the "experimental method" becomes the object of "knowing how to teach" can be introduced through the teaching laboratory. Thus do we build a new methodology to work with the teaching laboratory based at the Laboratory Divergent Alves de Pinho, easy to purchase materials and didactic transposition of Yves Chevallard. The project was developed three classes of the 2nd year of high school. As a division of the second half of 2010 and two classes of the first half of 2011. We worked twelve experiments with five of seven geometrical optics and thermodynamics.

Keywords : Divergent Laboratory, Qualitative Research, Teaching experimental, high school.

## INTRODUÇÃO

'Desde o século XIX as aulas práticas experimentais fazem parte do planejamento do ensino de Física da escola média' (LANETTA apud CARVALHO . 2007). Com o objetivo de apresentar aos alunos os fenômenos físicos de maneira mais direta os termos 'aulas práticas' ou 'aulas de laboratórios' ou 'laboratório escolar' têm sido utilizados para designar as atividades nas quais os estudantes interagem com materiais para observar e entender os fenômenos naturais. Essas interações podem ser somente visuais ou de forma manipulativa.

- O laboratório de demonstrações ou experiências de cátedra realiza experiências feitas pelo professor, onde as interações obtidas pelos estudantes se dão de forma visual. No laboratório de demonstrações os alunos são meros espectadores. No entanto, o laboratório tradicional ou convencional realiza experiências nas quais a manipulação dos equipamentos e dispositivos experimentais são feitos pelos estudantes através de um texto-guia estruturado e organizado, que serve de roteiro para o aluno. Portanto, o laboratório tradicional é o mais usado nas escolas devido a sua proposta de ensino (Pinho Alves, 2000).

Uma alternativa introduzida por Pinho Alves aos laboratórios tradicionais é o chamado 'Laboratório Divergente' (Pinho Alves, 2000). Este laboratório possui uma dinâmica de trabalho que possibilita ao estudante trabalhar com sistemas físicos mais próximos da realidade, oportunizando a resolução de problemas adicionada ao fato da decisão quanto ao esquema e ao procedimento experimental a ser adotado. Possibilitando mais liberdade ao estudante quanto à obtenção de dados e

conclusões, além de oportunizar a resoluções de problemas. O laboratório divergente foi escolhido para se trabalhar no Centro de Ensino e Pesquisa Aplicada à Educação da UFG (CEPAE-UFG) devido a todas estas características.

No CEPAE-UFG, foi utilizado o laboratório divergente com o objetivo principal de promover ao estudante o desenvolvimento de habilidades de observação e reflexão sobre determinado fenômeno físico. Como a instituição não dispunha de kits experimentais nos quais os alunos pudessem utilizar para realizar estas atividades experimentais foi proposto aos estudantes que esses materiais fossem encontrados em seu cotidiano como garrafas pet, latas, ou seja, o que seria lixo para alguns se tornaria objeto de estudo para estes estudantes. A análise da relação laboratório didático e o processo de ensino será feita através do conceito de transposição didática usada por Yves Chevallard na didática francesa -'Transposição didática: → Objeto de saber → Objeto a ensinar → Objeto de ensino' (Chevallard, 1991, pp. 46). Esta análise tem por objetivo verificar as transposições que irão ocorrer: o saber sábio, o saber a ensinar e o saber ensinado.

## METODOLOGIA

Foi realizada no CEPAE-UFG uma pesquisa de caráter qualitativo cuja obtenção de dados se deu através do método de observação participante.

De acordo com BOGDAN e BIKLEN (1994), a observação participante é uma técnica que possibilita ao pesquisador conviver com os participantes do estudo com o objetivo de procurar entender a realidade no qual estes participantes estão envolvidos.

## A seleção dos participantes ou dos cenários

No CEPAE-UFG o local escolhido foi a sala de aula e os participantes foram os alunos do 2° Ano do ensino médio de 2010 e 2011. Sendo que no 2° Ano de 2010 trabalhou-se apenas com a turma A. Já no 2° Ano de 2011 trabalhou-se com duas turmas, A e B.

Neste caso a amostragem do evento é especificamente ideal para o local de observação. No CEPAE-UFG foi observado as atividades em sala de aula. A duração da observação deste evento ocorreu em duas etapas: a primeira etapa durou cerca de um mês em um período extraclasse. Já a segunda durou cerca de uma hora e meia no horário normal das aulas. Neste período os alunos puderam expor seus experimentos e explicá-los à turma.

Para se fazer as observações necessárias para a coleta de dados foi preciso passar por algumas etapas, conforme explicitado por BOGDAN e BIKLEN (1994):

- 1. Selecionar um local. O local a ser observado foi a sala de aula no Centro de Ensino e Pesquisa Aplicada à Educação (CEPAE-UFG);
- 2. No local observaram-se os grupos de estudantes e o desenvolvimento dos seus experimentos, durante um período de uma hora e meia;
- 3. Planejou-se um protocolo de observação como método de registrar as anotações dentro da sala de aula, incluindo nesse protocolo anotações descritivas e anotações reflexivas.

No segundo semestre de 2010 foi aplicado aos estudantes do 2° Ano, turma A, do CEPAE-UFG o laboratório divergente alternativo. Seu desenvolvimento se deu da seguinte forma:

- 1. Foram ministradas aulas teóricas sobre óptica geométrica;
- 2. Separaram-se os estudantes em cinco grupos, pois eram cinco experimentos a respeito de óptica geométrica;
- 3. Reservou-se um dia na semana, um período extraclasse, para que os grupos pudessem tirar dúvidas a respeito do que eles pretendiam fazer;
- 4. Por fim, os grupos apresentaram seus experimentos e entregaram um relatório.
- Os experimentos sugeridos aos grupos do 2°Ano A de 2010 foram:
- · Experimento 1: reflexão total -objetivo era observar os conceitos fundamentais da reflexão total. Raios e feixes de luz, meios ópticos, fontes de luz, fontes pontuais e extensas, princípios de propagação da luz; Reflexão da luz, leis da reflexão, reflexão total;
- · Experimento 2: associação de espelhos planos - objetivo principal era os conceitos fundamentais da associação de espelhos. Raios e feixes de luz, meios ópticos, fontes de luz, fontes pontuais e extensas, princípios de propagação da luz; Reflexão da luz e espelhos planos; Leis da reflexão, campo visual de um espelho plano, associação de espelhos planos;
- · Experimento 3: lente convergente - objetivo era analisar refração da luz. Velocidade da luz, cor da luz, índice de refração, leis da refração, dispersão da luz, ângulo limite, reflexão total. Lentes esféricas; classificação, comportamento óptico, focos, construção geométrica de imagens, equações, óptica da visão;
- · Experimento 4: lente divergente - objetivo era refração da luz. Velocidade da luz, cor da luz, índice de refração, leis da refração, dispersão da luz, ângulo limite, reflexão total. Lentes esféricas; classificação, comportamento óptico, focos, construção geométrica de imagens, equações, óptica da visão;
- · Experimento 5: formação de imagens -objetivo era refração da luz. Velocidade da luz, cor da luz, índice de refração, leis da refração, dispersão da luz, ângulo limite, reflexão total. Lentes esféricas; classificação, comportamento óptico, focos, construção geométrica de imagens, equações, óptica da visão.

Apenas o experimento 1: Reflexão total, foi retirado deste site http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/fte\_list.htm. Acessado em: 11/10/2010.

Esses experimentos foram aplicados aos estudantes do 2° Ano, turmas A e B, no primeiro semestre de 2011. Seu desenvolvimento foi semelhante ao segundo semestre de 2010, a diferença foi o aumento da quantidade de experimentos e estudantes.

- 1. Foram ministradas aulas teóricas sobre calor e termodinâmica;
- 2. Separaram-se os estudantes em sete grupos, por turma, pois eram sete experimentos a respeito de calor e termodinâmica;
- 3. Reservou-se um dia na semana, em um período extraclasse, para que os grupos pudessem tirar dúvidas a respeito do que eles pretendiam fazer;
- 4. Por fim, os grupos apresentaram seus experimentos e entregaram um relatório.
- Os experimentos sugeridos aos estudantes do 2° Ano, turmas A e B de 2011

foram:

- · Experimento 1: temperatura e escalas termométricas - objetivo era

saber o significado de Temperatura; medidas e escalas termométricas (Celsius, Fahrenheit e Kelvin);

- · Experimento 2: diferença entre temperatura e calor -objetivo foi diferenciar temperatura de calor.
- · Experimento 3: transferência de calor e equilíbrio térmico - objetivo era mostrar que a transferência espontânea de calor entre objetos em contato ocorre sempre do mais quente para o mais frio, levando ambos a atingirem a mesma temperatura (o equilíbrio térmico).
- · Experimento 4: propagação de calor por condução -objetivo do experimento foi mostrar a propagação de calor por condução utilizando um bom e um mau condutor de calor.
- · Experimento 5: propagação de calor por convecção -objetivo foi mostrar como ocorre transmissão de calor por convecção num líquido sob aquecimento.
- · Experimento 6: dilatação - objetivo era mostrar que quando um material é aquecido ele sofre um aumento de volume e quando resfriado sofre uma diminuição de volume.
- · Experimento 7: mudança de estado - objetivo era mostrar que, a certa temperatura, os materiais mudam de estado.

Com exceção do experimento 1: temperatura e escalas termométricas, os experimentos foram retirados deste site http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/fte\_list.htm. Acessado em: 11/10/2010.

## RESULTADOS E DISCUSSÕES

## A intervenção no segundo semestre de 2010

Para a realização da intervenção, no 2° ano A de 2010 do CEPAE-UFG, houve uma preparação para o que seria feito, ou seja, a pré-pratica e os experimentos (Laboratório divergente). Separou-se um dia, na parte da tarde, para tirar as dúvidas e realizar os experimentos da parte prática que deveria ser feita pelos alunos posteriormente, mais precisamente no dia 23 de novembro de 2010, no período matutino.

Neste período o conteúdo trabalhado foi óptica geométrica. Foram cinco grupos para cinco experimentos: reflexão total; associação de espelhos; lente convergente; lente divergente e formação de imagens.

Durante aproximadamente um mês os grupos tiveram a oportunidade de tirar dúvidas, levantar questionamentos e desenvolver seus experimentos. Não foi uma tarefa fácil reunir os integrantes dos grupos na parte da tarde, pois eles tinham aulas das disciplinas acessórias, mas, pelo menos dois integrantes de cada grupo puderam estar presentes.

## A coleta dos dados no segundo semestre de 2010

Realizamos a primeira parte do laboratório divergente: exercícios, a chamada pré-pratica. Esta atividade durou pelo menos um mês, pois todos se reuniam no período da tarde no CEPAE-UFG para o desenvolvimento desta primeira etapa.

Finalizando com a entrega da pré-pratica (parte teórica) e a realização dos experimentos pelos grupos na data marcada.

## Análises dos resultados no segundo semestre de 2010

As análises da relação laboratório didático e processo de ensino serão feitas através do conceito de Transposição Didática de Chevallard e por meio da utilização do conceito de laboratório divergente de Pinho Alves.

Em relação à transposição didática, o conceito de saber sábio foi usado a partir do artigo de Pinho Alves: ' Regras da Transposição Didática Aplicada ao Laboratório Didático ' (Pinho Alves, 2000).

- O conteúdo utilizado foi óptica geométrica com o objetivo de proporcionar aos alunos o desenvolvimento de suas habilidades de observação e reflexão. Realizou-se o laboratório divergente, de Pinho Alves, como forma de ajudar os alunos na compreensão dessa matéria e no desenvolvimento da mesma acreditouse em uma possível melhora da turma com relação ao conteúdo ministrado em sala de aula.

No primeiro momento, 'exercícios' (pré-prática), os grupos 1,3 e 5 fizeram corretamente tudo o que foi pedido no roteiro. Os grupos 2 e 4 deixaram de fazer um dos exercícios, prejudicando, assim, a primeira parte. Porém, na parte prática (experimental) obtiveram resultados excelentes. Estes encontros se davam em um período extraclasse, ou seja, os estudantes não eram obrigados a estarem ali. Mesmo assim muitos participaram e pelo menos dois a três integrantes de cada grupo compareceram nos encontros. Muitos não compareciam por ter aula neste período.

No geral, todos os grupos se saíram bem, apenas os alunos que faltaram e os grupos que deixaram de fazer uma tarefa, na primeira parte, que se prejudicaram um pouco. Mas pôde-se perceber as transposições e um desenvolvimento por parte dos alunos na compreensão do conteúdo. Notou-se que os estudantes fizeram questionamentos, tiveram dúvidas e, também, levantaram algumas curiosidades em relação ao tema estudado, como por exemplo, o fenômeno de reflexão total observado em luzes de árvores de natal e cabos de fibra óptica. Quando indagados os grupos souberam responder as perguntas feitas pelo professor e seus colegas. Cumprindo-se, assim, o objetivo de fazer com que eles desenvolvessem suas capacidades de observar e refletir sobre determinado assunto.

No decorrer do semestre foi possível observar as transposições didáticas. O saber sábio, parte ligada ao professor e/ou responsável pela pesquisa de buscar na literatura científica, possíveis artigos relacionados com a atividade experimental. Adaptando o laboratório divergente para que se fosse desenvolvido nesta escola. O saber a ensinar deverá estar revestido de uma forma didática visando sua apresentação aos alunos. O Saber a Ensinar é, então, o saber que apareceu nos materiais instrucionais. A última transposição observada foi o do saber a ensinar para o saber ensinado.

- O fato de o saber a ensinar estar definido em um programa escolar ou em um livro texto não significa que ele seja apresentado aos alunos desta maneira. Assim identifica-se uma segunda Transposição Didática, que transforma o saber a ensinar em 'saber ensinado'. (PINHO ALVES, 2000, p.220)

## A intervenção do primeiro semestre de 2011

No primeiro semestre de 2011 a intervenção foi aplicada nas duas turmas do CEPAE-UFG, 2° ano A e B. Esta intervenção foi feita, novamente, após prepará-los sobre o que eles deveriam fazer, ou seja, os exercícios de pré-prática e os experimentos, no laboratório divergente de Pinho Alves. Separou-se um dia na semana, quinta-feira, no período vespertino para dar apoio aos alunos e tirar suas dúvidas com relação ao trabalho que eles deveriam desenvolver. Os estudantes das duas turmas apresentaram os experimentos dos seus respectivos grupos no dia 28 de junho de 2011 no período matutino.

Realizou-se, então, a primeira parte do laboratório divergente com os exercícios, a pré-prática. Novamente esta atividade durou aproximadamente um mês, pois os grupos poderiam se reunir apenas no período da tarde.

Finalizamos a parte prática, a realização dos experimentos e entrega da préprática (parte teórica), no dia 28 de junho de 2011. Neste dia os grupos realizaram seus experimentos e apresentaram seus resultados para seus colegas e o professor.

## Análises dos resultados do primeiro semestre de 2011

Nosso objeto de saber foi à termodinâmica, no qual este sofreu uma transposição para as práticas experimentais já citadas, ou seja, nosso objeto a ensinar. Com o desenvolvimento dos trabalhos, por parte dos estudantes e observando que estes se mostraram mais motivados a estudar fenômenos físicos, trouxeram questionamentos, curiosidades, enfim, obteve-se uma nova transposição, ou seja, nosso objeto de ensino.

Foram realizados sete experimentos em cada turma. Para isso, eles foram divididos em sete grupos por turma, com no mínimo quatro integrantes por grupo.

## Análise do 2°A

Na primeira parte, os exercícios (pré-prática), os grupos 3, 4, 5 e 6 fizeram todas as atividades propostas. Os grupos 1, 2 e 7 deixaram de fazer alguns itens da parte teórica e por esse motivo seus trabalhos ficaram incompletos.

Na segunda parte, dos experimentos, todos tiveram grande sucesso. Apenas um estudante faltou, prejudicando o desenvolvimento da atividade pelo grupo, uma vez que a participação de todos os alunos era condição necessária para o desenvolvimento do experimento.

Os resultados foram bons, pois todos que foram observados no decorrer do desenvolvimento da pré-prática e no dia da apresentação dos experimentos atingiram os objetivos já mencionados. É necessário observar que o grupo 5 cujo o experimento era sobre transferência de calor por convecção, além de fazer o experimento trabalhado na pré-prática trouxeram outro experimento, essa iniciativa foi exclusivamente do grupo, para demonstrar o fenômeno estudado, neste caso a transmissão de calor por convecção. Com essa atitude pode-se concluir que estes estudantes, além de se mostrarem bastante esforçados e motivados com o estudo, demonstraram um profundo interesse pelas atividades propostas por este projeto, mostrando, assim, que o laboratório pode ser um recurso eficaz para o ensino de física nas escolas.

## Análise do 2° B

Na primeira parte, apenas o grupo 2 ficou sem resolver os problemas e algumas das atividades propostas na pré-prática, tendo assim, seu desempenho totalmente prejudicado. Já os outros seis grupos entregaram a pré-pratica completa.

Na segunda parte três estudantes faltaram e estes ficaram sem fazer os experimentos. Seis grupos desenvolveram as atividades previstas e tiveram um desempenho excelente. O grupo 6 trouxe um arranjo experimental bastante curioso, ver a Figura I, diferente do que foi trabalhado, anteriormente, na pré-prática. Porém observou-se que estes tiveram uma participação bem maior do que a outra turma. Eles fizeram questionamentos para os grupos que estavam apresentando seus experimentos tendo os próprios estudantes dos grupos questionados capacidade de responder corretamente as perguntas feitas por seus colegas, demonstrando, assim, que eles usaram essa atividade para aprender os conceitos trabalhados, anteriormente nas aulas ministradas. Exceto o grupo 2 que não realizou as atividades corretamente, entregaram a pré-prática totalmente incompleta e como consequência não apresentaram seu experimento.

Figura I. Arranjo experimental do grupo 6 do 2° ano turma B. A idéia é verificar a variação do volume do ar contido dentro de uma lata através do deslocamento de água numa mangueira ligada à lata. Quando a lata é aquecida, o ar de dentro dela também é. O ar ao ser aquecido dilata (aumenta seu volume) precisando ocupar um espaço maior. Existe uma proporção entre o deslocamento da água na mangueira e a variação do volume do ar.

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## CONCLUSÃO

Percebeu-se que estes estudantes, enquanto desenvolviam seus experimentos, ficaram bastante motivados. Eles refletiram e observaram determinados fenômenos físicos. Muitos indagaram o quanto a Física pode ser

interessante, o que demonstra que nosso objetivo foi alcançado, ou seja, motivar esses alunos, fazer com que eles refletissem e compreendessem certos fenômenos.

Foi possível, no 2° Ano A de 2010 e no 2° Ano A e B de 2011 do CEPAE-UFG, desenvolver o que Pinho Alves conceituou em seu artigo como laboratório divergente, com a seguinte observação: no CEPAE-UFG nós não tínhamos um espaço para ensino experimental na escola o que nos motivou transformar a sala de aula em um laboratório e desta forma realizar as atividades características deste espaço, ou seja, os exercícios (pré-prática) e os experimentos, usando materiais alternativos para isso. O envolvimento de todos os alunos no projeto, mesmo que os experimentos não valessem nota para a disciplina, demonstra a eficácia do ensino de física nesses moldes.

Os dados obtidos através da observação participante foram analisados com o desenvolvimento da pré-prática e os experimentos apresentados pelos grupos em sala de aula. Os resultados foram bastante satisfatórios. A maioria dos integrantes dos grupos conseguiu desenvolver a habilidade de observar e refletir sobre determinado fenômeno físico, relacionaram o conteúdo estudado com seu cotidiano, desenvolveram postura crítica em relação ao aprendizado, trouxeram questionamentos e curiosidades para as atividades no laboratório entre outras atitudes e habilidades que evidenciam a importância do laboratório divergente.

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BOGDAN, Robert C.; BIKLEN, Sari. Knopp. Coleta de dados qualitativos: a observação. In : Investigação Qualitativa em Educação . Rio de Janeiro: DP&amp;A Editora. 195-228, 1994.

CARVALHO, Anna Maria Pessoa de. As práticas experimentais no ensino de Física . In : Coleção idéias em ação Ensino de Física. São Paulo: Cengage Learning Edições LTDA. 53-78. 2007.

CENTRO DE ENSINO E PESQUISA APLICADA À EDUCAÇÃO - CEPAE-UFG. Planejamento Anual para a Disciplina de Física 2ª série do Ensino Médio -2010.

CENTRO DE ENSINO E PESQUISA APLICADA À EDUCAÇÃO - CEPAE-UFG. Planejamento Anual para a Disciplina de Física 2ª série do Ensino Médio -2011.

CHEVALLARD, Yves. La Transposición Didáctica: del saber sabio al saber enseñado . Argentina: La Pensée Sauvage. 1991.

INSTITUTO DE FÍSICA UNESP. Experimentos de física com materiais do dia-adia: óptica, Calor e Termodinâmica. Disponível em: http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/fte\_list.htm. Acesso em: 11/10/2010.

PINHO ALVES, José Filho. Regras da transposição didáticas aplicadas ao laboratório didático. Caderno Catarinense de Ensino de Física , v. 17, n. 2, 44-58, ago. 2000.