QUEDA DE ESFERAS: UM RECURSO POTENCIAL PARA APRENDER A ''FALAR CIÊNCIA''

## QUEDA DE ESFERAS: UM RECURSO POTENCIAL PARA APRENDER A 'FALAR CIÊNCIA'

## THE FALL OF SPHERES: A POTENTIAL RESOURCE TO LEARN TO 'TALKIN SCIENCE'

Marco Adriano Dias 1,3 , Deise Miranda Vianna 2,3 , Paulo Simeão Carvalho 4

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro/marco.dias@ifrj.edu.br 2 Universidade Federal do Rio de Janeiro/Instituto de Física/deisemv@if.ufrj.br 3 Instituto Oswaldo Cruz/Programa de Pós-graduação em Ensino de Biociências e Saúde 4 Faculdade de Ciências da Universidade do Porto/Departamento de Física e Astronomia

## Resumo

Apresentamos neste trabalho os resultados de uma pesquisa que buscou verificar de que forma os alunos constroem argumentos durante uma intervenção didática investigativa. O tema escolhido foi a queda dos corpos e as ferramentas didáticas utilizadas foram vídeos e registros cronofotográficos do movimento de queda de esferas de massas e diâmetros diferentes. Com uma metodologia de ensino por investigação, para a qual consideramos as Sequências de Ensino Investigativas e a estratégia Prever - Observar - Explanar, as interações discursivas entre os alunos de um grupo foram registradas em áudio a fim de identificarmos a presença de Padrões Argumentativos de Toulmin e dos Indicadores de Alfabetização Científica. Os resultados revelam que tanto as ferramentas utilizadas para a investigação de um fenômeno real quanto a metodologia de ensino têm potencial para a promoção da Alfabetização Científica, pois houve a identificação dos indicadores de alfabetização científica e de padrões argumentativos nas construções dialógicas dos alunos envolvidos na pesquisa.

Palavras-chave : Ensino por Investigação, Alfabetização Científica, Queda dos Corpos, Cronofotografia

## Abstract

We present in this work the results of a research that sought to verify how students construct arguments during a didactic investigative intervention. The chosen theme was the fall of the bodies and the didactic tools used were videos and chronophotography records of the movement of falling balls of different masses and diameters. With a research teaching methodology, for which we consider the Investigative Teaching Sequences and the Predict - Observe - Explain strategy, the discursive interactions among the students of a group were recorded in audio in order to later identify the presence of Toulmin Argument Pattern and the Scientific Literacy Indicators. The results show that both the resources used for the investigation of a real phenomenon and the teaching methodology have the potential for the promotion of Scientific Literacy, since there was the identification of scientific literacy indicators and argumentative patterns in the dialogical constructions of the students involved in the research.

Keywords : Inquiry-based learning, Scientific Literacy, fall of bodies, cronophotography

## Registros cronofotográficos do movimento

São assim chamadas as fotografias com registro temporal da trajetória de um corpo em movimento numa única imagem. Elas têm origem na gênese na cinematografia no final do século XIX, com os trabalhos de Étienne-Jules Marey e Eadweard Muybridge (fig. 1), mas somente foram propostas para o ensino de Física décadas mais tarde, no material impresso do PSSC (1965). A produção das fotografias do PSSC, coordenadas por Harold Edgerton (figura 2) ocorria em um laboratório fotográfico com uma lâmpada estroboscópica, e, por isso, elas foram chamadas de fotografias estroboscópicas.

Figura 1 - Cronofotografias do século XIX (a) movimento de um pássaro aterrissando e (b) de pessoas em práticas esportivas. (Imagens acessadas pelo Google a partir da uma busca em imagens de Jules Marey).

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Figura 2 - (a) Imagem de uma folha do caderno de anotações de Edgerton com um esquema do estroboscópio de 1929; (b) laboratório com o equipamento fotográfico para os registros cronofotográficos; na figura (c) o registro cronofotográfico do lançamento de uma bola de beisebol.

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## Intervenção didática de investigação baseada em vídeo

Em nossa concepção, o maior diferencial da utilização de cronofotografias é permitir que movimentos do cotidiano possam ser contextos para o Ensino por Investigação. Como todo movimento observável pode ser filmado nas condições para que o vídeo se configure como material didático, não há limites para movimentos a ser investigados em aula, dependendo a escolha apenas das necessidades dos alunos e das habilidades docentes.

A partir do reconhecimento do potencial inovador de um vídeo para a resolução de problemas reais (MALHEIRO; FERNANDES, 2015), e para o trabalho em grupo, para a pesquisa e a construção de novos conhecimentos em sala de aula, desenvolvemos uma metodologia de ensino que objetivou permitir aos alunos aprenderem com interatividade e com atividades características de um trabalho científico, ou seja, um Ensino por Investigação. Chamamos metodologia de ensino de Intervenção Didática de Investigação Baseada em Vídeo. Na estrutura da metodologia, para a demonstração utilizamos a estratégia de ensino interativa POE (WHITE; GUNSTONE, 1992) e para a investigação as Sequências de Ensino Investigativas (CARVALHO, 2013).

Portanto, o que chamamos de Intervenções Didáticas de Investigação Baseadas em Vídeo é uma metodologia de ensino que utiliza recursos cronofotográficos para uma estratégia de ensino investigativo e interativo a fim da resolução de problemas reais. Essas escolhas buscam transformar a sala de aula numa comunidade de aprendizagem, onde os alunos aprendem Ciência estabelecendo, desestabelecendo, reestabelecendo seus conhecimentos sobre um conteúdo científico, numa dinâmica em que as concepções prévias são utilizadas nas suas formulações. Ou seja, numa dinâmica hands-on , minds-on e hearts-on , na própria sala de aula, favorecendo assim a interação social ( social-on ) (BASSOLI, 2014). Com isso esperamos alcançar nosso objetivo geral, que é a formação de um cidadão crítico e com cultura científica, com espírito investigativo; ou seja, alunos alfabetizados cientificamente. No quadro 1 estão as interseções entre os objetivos de ensino dos referenciais escolhidos para a metodologia de ensino das Intervenções Didáticas de Investigação.

Quadro 1 - Organização dos referenciais de ensino utilizados numa Intervenção Didática de Investigação Baseada em Vídeo. Fonte: o autor.

## A queda dos corpos - resultados da intervenção didática

O fenômeno escolhido para a intervenção didática foi a queda dos corpos. Dentre as muitas possibilidades de escolha para uma intervenção com os recursos das cronofotografias, essa escolha se deu por alguns motivos. O primeiro deles é que esse

tema está presente na maioria dos currículos tradicionais de ensino, inclusive na escola onde foi realizada a intervenção, ou seja, é um assunto clássico para o ensino de Física. O segundo motivo é porque se trata de um fenômeno que, por mais que esteja presente no cotidiano das pessoas, mesmo após as etapas de escolarização formais, há persistência das concepções aristotélicas de que, por exemplo, corpos mais pesados sempre caem, de uma mesma altura, em intervalos de tempo menores do que corpos mais leves. Por isso, se trata de um tema rico para a educação científica, pois, como os alunos trazem conhecimentos prévios sobre o fenômeno, esses conhecimentos podem ser considerados no processo de alfabetização científica. A intervenção didática foi realizada numa turma da primeira série do ensino médio.

Em nossa concepção, aprender ciência é aprender a 'falar ciência' (LEMKE, 1997) e, por isso, para verificar se houve aprendizagem científica em qualquer contexto de ensino, seja no intuito de avaliação do processo ou com objetivos de pesquisa, é preciso identificar a ciência nos diálogos entre os alunos durante suas interações discursivas para responder a um problema de investigação que lhes fora proposto.

Dessa forma o modelo argumentativo de Toulmin é uma opção para a busca pela ciência nos diálogos, o que evidencia que os alunos tiveram oportunidade de aprender a 'falar ciência'. Por outro lado, como colocam Sasseron e Carvalho (2013, p. 172), um argumento é um 'produto final' do processo de construção do conhecimento e 'tão importante quanto o produto final da abordagem de um tema é o processo por meio do qual ocorre a construção de argumentos'. A fim de identificar de que forma o argumento foi construído, buscamos nos diálogos dos alunos os Indicadores de Alfabetização Científica.

O problema da queda dos corpos foi proposto aos alunos com auxílio da figura 3. São duas esferas de tamanhos diferentes, uma pequena com diâmetro 2,4 cm e massa 20 g e outra maior com diâmetro 3,4 cm e massa 237,5 g (fig. 3a), que foram abandonadas de uma mesma altura no mesmo instante. A proposição foi que os alunos discutissem como se poderiam comparar os movimentos.

Figura 3: (a) - informações de massa e diâmetro para caracterizar as diferenças entre as esferas; (b) - cenário com o local de onde foi gravado o vídeo do movimento das esferas em queda.

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O quadro 2 mostra a transcrição do episódio inicial de ensino de um grupo de alunos.

Quadro 2: transcrição do episódio inicial de ensino

A partir das falas transcritas e analisadas nesse primeiro episódio de ensino, obtivemos dois resultados importantes para a pesquisa: a quantidade significativa de indicadores de alfabetização científica e a valorização dos conhecimentos prévios para o processo de aprendizagem.

Após a etapa de levantamento de hipóteses, para a observação pormenorizada do movimento de queda das duas esferas foi exibida a cronofotografia da figura 4, na qual uma pessoa abandona com as mãos as esferas. A cronofotografia revela que a esfera mais leve chega ao chão antes da esfera mais pesada. Como sabemos, problemas reais estão sujeitos a diversas interferências que precisam ser avaliadas no sentido de considerá-las ou não. Por isso, no próximo episódio de ensino as discussões entre os alunos (como exemplificado no quadro 3) se encaminharam em torno do reconhecimento dos fatores que influenciaram na experimentação, tal como a forma como ela foi planejada, os recursos utilizados para a observação e o fato de que há interferências humanas no experimento.

Figura 4: Cronofotografia da queda das duas esferas de massas e diâmetros diferentes, abandonadas por uma pessoa, atingindo o solo em instantes diferentes.

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Quadro 3 - Transcrição do quinto episódio de ensino

## Resultados e discussão

A intervenção didática durou cerca de duas horas, e os dados do grupo de alunos pesquisados totalizou 190 turnos transcritos. Esses dados nos mostram que, ao longo da intervenção, os alunos estiveram intelectualmente ativos para a solução do problema proposto, uma vez que suas afirmações estão relacionadas às justificativas e aos julgamentos construídos logicamente, ou seja, durante o processo de aprendizagem os alunos foram protagonistas.

Grande parte do tempo as interações discursivas ocorreram entre os alunos, com poucas intervenções docentes que, quando ocorreram, foram no sentido de fomentar mais a discussão e a argumentação. Em relação ao número de turnos, tivemos cerca de 19% de falas do professor e 81% de alunos (figura 5a).

Conforme foi previsto na elaboração da intervenção, os resultados nos mostram que uma atividade prática que desafia as concepções prévias dos alunos encorajando-os a reorganizar suas teorias pessoais, uma intervenção que considera a interrelação entre fatores da experiência pessoal, da linguagem e da socialização (DRIVER et al., 1999) é favorável para a construção do conhecimento científico em sala de aula. Na figura 5b representamos o percentual de turnos com presença de indicadores de alfabetização, excluindo-se aqueles turnos em que houve a intervenção docente.

Por outro lado, por se tratar de recursos para a investigação de movimentos reais com riqueza de detalhes, muitas são as variáveis presentes nas propostas de estudo levadas aos alunos. Inicialmente, na realização das filmagens das esferas em queda a partir do abandono manual, as variáveis presentes pensadas foram aquelas de natureza extensiva, como a massa, o diâmetro e o volume. Além dessas grandezas também foram pensadas a interação gravitacional entre a massa das esferas e a massa da Terra e a interação do contato entre a esfera e o ar atmosférico, ou seja, a resistência do ar, ainda que com efeito desprezível. Por se tratar de um problema real, dentre todos os turnos que tiveram indicadores de alfabetização científica dos alunos,

a metade (50%) foram daqueles relacionados ao entendimento da situação analisada, restando 33% de indicadores relacionados aos trabalhos com os dados da investigação e 17% aos de estruturação do pensamento (figura 5c).

Figura 5 - (a) percentual da distribuição das falas entre discentes e docentes na intervenção didática; (b) percentual de turnos dos alunos com a presença de indicadores de alfabetização científica; (c) distribuição percentual da natureza dos indicadores de alfabetização científica.

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Além da presença dos Indicadores Alfabetização Científica ao longo das interações discursivas, também identificados a presença de Padrões Argumentativos de Toulmin em construção coletiva pelos alunos, conforme exemplificado na figura 6.

Figura 6 - Representação do argumento construído pelos alunos, de acordo com o modelo proposto por Toulmin.

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## Considerações finais

Nossos resultados confirmam que um argumento é evidência de que houve aprendizagem científica, porém identificamos que ele é o produto de uma construção dialógica do conhecimento, e que a busca pelos indicadores do processo nos permite

'abrir a caixa preta' e compreender aquilo que os alunos fazem. Trata-se de uma metodologia de pesquisa que nos revela toda a riqueza das interações discursivas para que, assim, possamos avaliar de que forma aquilo que planejamos para nossas intervenções didáticas contribuiu para que nossos alunos aprendam Ciências. Dessa forma também podemos avaliar nossas perspectivas metodológicas a fim de compatibilizá-las com as necessidades dos cidadãos contemporâneos e com as demandas de um planeta que precisa reavaliar suas ações.

É bom lembrarmos que é bastante recente a disponibilidade dos recursos para gravação de vídeos digitais, mas para os jovens que hoje estão na educação básica, celulares que filmam, editam e compartilham vídeos e fotos fazem parte de toda sua história. Por isso acreditamos que, em breve, em algum momento da nossa história, a utilização de vídeos para investigar a natureza deixará de ser uma novidade e passará a ser uma necessidade. Dessa forma esperamos, com este trabalho, estar contribuído para que o futuro não nos surpreenda, mas nos transforme para melhor.

## Referências

BASSOLI, F. Atividades práticas e o ensino-aprendizagem de ciência(s): mitos, tendências e distorções. Ciência &amp; Educação. v. 20, n. 3, p. 579-593, 2014.

CARVALHO, A. M. P. O ensino de Ciências e a proposição de Sequencias de Ensino Investigativas. Ensino de Ciências por investigação: condições para implementação em sala de aula. In.\_\_\_\_ (Org.). São Paulo: Ed. Cencage learning, 2013. Cap.1, p.120.

DRIVER, R., HASOKO, H., LEACH, J. MORTIMER, E. e SCOTT, P. Construindo conhecimento científico na sala de aula. Química Nova na Escola, n. 9, p.31-40, 1999. LEMKE, J. L. Aprender a hablar ciencia: Lenguaje, aprendizage y valores. Barcelona:

Paidós, 1997. 273 p. ISBN 84-493-0320-6.

MALHEIRO, J. M. S. e FERNANDES, P. O recurso ao trabalho experimental e investigativo: percepções de professores de ciências. Investigações em ensino de ciências, v.20, n.1, p.79-96, 2015.

PSSC - PHYSICAL SCIENCE STUDY COMMITTEE. Física. Brasília: Editora UnB, 1965.

SASSERON, L. H. e CARVALHO, A. M. P. Ações e indicadores da construção do argumento em aula de Ciências. Ensaio Pesquisa em Educação em Ciências, v.15, n.2, p. 169-189, 2013.

WHITE, R. and GUNSTONE, R. Probing Understanding. New York: Falmer Press, 1992.