A DISCIPLINA DE FÍSICA EM CURSOS DE GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA - REFLEXÕES E DESAFIOS

## A DISCIPLINA DE FÍSICA EM CURSOS DE GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA - REFLEXÕES E DESAFIOS

## THE PHYSICS COURSE IN AGRONOMY GRADUATION REFLECTIONS AND CHALLENGES

## Tiago Kroetz 1

1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)-campus Pato Branco/Departamento Acadêmico de Física-DAFIS, kroetz@utfpr.edu.br

## Resumo

Será relatada neste trabalho a prática docente na disciplina de Física do curso de bacharelado em Agronomia da Universidade Tecnológica Federal do Paraná-campus Pato Branco. A Física e a Matemática são áreas do conhecimento presentes nos cursos de graduação em Engenharia e Agronomia através de disciplinas fundamentais frequentemente posicionadas nos semestres iniciais das respectivas matrizes curriculares. O conjunto dessas disciplinas fundamentais normalmente constitui um núcleo básico comum a todos os bacharelados em Engenharia e Agronomia. O objetivo do núcleo básico comum é embasar as disciplinas específicas de cada curso, nas quais são apresentadas situações aplicadas em um contexto mais próximo da futura profissão dos discentes. As disciplinas específicas normalmente têm na Física uma descrição fundamental do fenômeno e na matemática a ferramenta adequada para expressá-la. Apesar desta organização lógica de disciplinas, o que se verifica é uma aversão de grande parte dos estudantes desses bacharelados às disciplinas do núcleo básico comum. Aliado a isso, constata-se nessas disciplinas um baixo desempenho das turmas causado principalmente por dificuldades demonstradas no desenvolvimento analítico e abstrações das teorias físicas. Essas características acentuam-se nos bacharelados em Agronomia, devido a uma relação ainda menos evidente entre as disciplinas do núcleo básico comum com as disciplinas específicas do curso e com a futura atuação profissional do graduado. Deve-se acrescentar ainda que o perfil discente dos cursos de bacharelado em Agronomia revela pouca afinidade por áreas de ciências exatas e precárias habilidades lógicas e de abstração. Como resultado, as disciplinas do núcleo básico comum são vistas pelos estudantes dos cursos de bacharelado em Agronomia como "intrusas" na matriz curricular e sem conexão com a profissão almejada. Enquanto isso, a disciplina de Física responde pela parte majoritária das reprovações do curso, causando assim uma grande retenção e evasão dos discentes.

Palavras-chave : Física na Agronomia; Núcleo Comum; Avaliações Continuadas

## Abstract

This work will report the teaching practice of the Physics course in the undergraduate courses in Agronomy at the Universidade Tecnológica Federal do Paraná-campus Pato Branco. Physics and Mathematics are areas of knowledge present in undergraduate courses in Engineering and Agronomy through

fundamental disciplines often located at the initial semesters of these courses. The set of these fundamental courses usually constitute a basic common nucleus to all undergraduate in Engineering and Agronomy. The objective of the basic common nucleus is to give support to the specific courses, in which are presented situations applied in a context closer to the student's future professions. Specific courses usually need Physics to a more fundamental description of the phenomenon and need Mathematics as a tool to express it. Despite the logical organization of fundamental and applied courses, the majority of the students disgust the courses of the basic common nucleus. In addition to this, it is observed a poor performance of the classes in these courses, mainly caused by difficulties demonstrated in analytical development and abstractions of the physical theories. These characteristics are accentuated in undergraduate course in Agronomy, due to an even less evident relation between the subjects of the basic common nucleus with the specific courses and the future profession of the graduates. It should be added that the student profile of the undergraduate course in Agronomy reveals any affinity for areas of exact sciences and precarious skills of logical thinking and abstraction. As a result, the courses of basic common nucleus are viewed by students as "intrusions" in the curricular matrices and unrelated to the desired profession. Meanwhile, the Physics course account for the great part of failures, causing retention and evasion of students.

## Keywords : Physics in Agronomy; Common Nucleus; Continued Evaluations

## Introdução

A Física, como ciência que busca a descrição da natureza, permeia diversas áreas aplicadas de tecnologia e também de outras ciências fundamentais. Como consequência, os cursos de bacharelados em Engenharias e Agronomia frequentemente apresentam disciplinas de Física nos semestres iniciais em suas matrizes curriculares, constituindo o que normalmente se denomina de núcleo básico comum. Tal fato justifica-se pela evidente importância dos conhecimentos sobre as leis fundamentais que regem os fenômenos para que posteriormente possam embasar as disciplinas específicas de cada curso. Nas disciplinas específicas são abordados a utilização e o desenvolvimento de novas tecnologias construídas sobre os pilares científicos em um contexto mais aplicado e próximo da futura área de atuação dos graduandos. No cenário observado na Universidade Tecnológica Federal do Paraná-campus Pato Branco (UTFPR-PB), constata-se que as disciplinas básicas desempenham hoje um papel mais semelhante ao de obstáculos a serem vencidos pelos discentes, estabelecendo pouca conexão aparente com a graduação escolhida por eles e responsáveis pelo aumento dos índices de evasão e retenção no Ensino Superior (GERAB; VALÉRIO, 2014).

As disciplinas específicas de cada curso raramente interseccionam ou revisitam as ementas das disciplinas do núcleo básico comum. A falta de articulação entre professores de diferentes departamentos acadêmicos e o desconhecimento das áreas específicas dos cursos pelos professores das disciplinas do núcleo básico implicam em disciplinas que pouco contribuem para o perfil do egresso. Frequentemente a única justificativa para a existência de algumas disciplinas do núcleo básico comum resume-se em satisfazer os critérios de reconhecimento dos cursos de Engenharia pelo Ministério da Educação e pelo cadastramento desses cursos no Conselho Regional de Engenharia e Agronomia (CREA). Soma-se a isso

o precário ensino básico do qual os estudantes são oriundos (CAVASOTTO; VIALI, 2011), e chega-se a uma situação em que as dificuldades tornam-se intransponíveis devido ao frequente desinteresse e desmotivação tanto dos estudantes quanto dos professores diante de tal desafio hercúleo.

Antes mesmo de assumir a responsabilidade pela disciplina de Física no curso de bacharelado em Agronomia na UTFPR-PB esta problemática era já suposta, uma vez que a conhecia em diferente escala por ter lecionado no núcleo básico de alguns cursos de Engenharia na mesma Instituição. Isto me possibilitou antever alguns conflitos e situações que poderiam ocorrer e pude, portanto, planejar a disciplina com certa antecedência objetivando minimizar as consequências desta situação ao que estivesse dentro de meu alcance. As principais medidas metodológicas adotadas concentraram-se na ênfase à importância de cada conteúdo para cada disciplina específica em que seriam retomados, na forma de avaliação e na atenção dispensada às manipulações matemáticas básicas. O que se segue neste trabalho é um relato da experiência vivenciada do ponto de vista docente seguido de algumas reflexões a respeito da problemática experimentada.

## A disciplina de Física no curso de Agronomia

A disciplina de Física a ser relatada foi ministrada no curso de bacharelado em Agronomia no primeiro semestre de 2017 para uma turma de 44 alunos, dentre os quais 6 alunos já haviam cursado a disciplina e reprovado. A disciplina consistiu de seis aulas semanais, sendo quatro aulas nas segundas-feiras à tarde e duas aulas nas quartas-feiras pela manhã. A disciplina consta no segundo período da matriz curricular semestral do curso, necessita do pré-requisito de Cálculo (cursada no 1 período do curso) e é pré-requisito para as disciplinas de Física dos Solos (3 o o período), Hidráulica Agrícola (4 período) e Mecanização Agrícola (4 período). A o o nota final mínima para aprovação nas disciplinas desta Instituição é 6,0 (seis). O regulamento da UTFPR permite que o pré-requisito seja satisfeito mesmo em caso de reprovação na disciplina exigida desde que a média final seja superior a 4,0 (quatro).

O plano de ensino da disciplina de Física do curso de Agronomia é bastante tradicional e generalista, fazendo uso da bibliografia clássica de Física frequentemente utilizada nos semestres iniciais dos cursos de graduação em Engenharia. A ementa abrange conteúdos de cinemática, dinâmica, conservação de energia, fluídos, termodinâmica, eletrostática e circuitos elétricos. Desta forma, deixa de ser viável a mobilidade dos discentes do curso de Agronomia para as disciplinas do núcleo básico comum dos cursos de Engenharia, uma vez que os conteúdos de Física neste último caso estão distribuídos nas ementas de três disciplinas (Física 1, Física 2 e Física 3).

A disciplina de Física é uma das causas dos altos índices de retenção no curso de Agronomia uma vez que as disciplinas que dela dependem como prérequisito são, por sua vez, também pré-requisitos de disciplinas do quarto e quinto períodos. Podemos verificar esta retenção através do histograma da Figura 1, onde estão representados os números de alunos do curso em cada período (dados coletados no primeiro semestre de 2018). Nota-se na Figura 1 um grande número de alunos retidos no 2 período, efeito provocado principalmente pelas reprovações em o Física e Álgebra Linear (ambas disciplinas do 2 período) e a falta de pré-requisitos o que decorrem dessas reprovações.

Figura 1 - Histograma do número de discentes em cada período do curso em 2018.

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Ilustramos na Figura 2 a grade de disciplinas do curso de Agronomia que possuem relação direta ou indireta com a disciplina de Física. Destacamos na cor vermelha as disciplinas que exigem Física como pré-requisito e na cor amarela as disciplinas que dependem do cumprimento das disciplinas destacadas em vermelho. Disciplinas representadas em azul sucedem na relação de pré-requisitos.

Figura 2 - Disciplinas que exigem Física como pré-requisito diretamente (em vermelho) e indiretamente (em amarelo e azul). Disciplinas optativas estão destacadas pela sigla OPT.

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Além das disciplinas que apresentam alguma correlação com a Física evidenciadas na Figura 2, foi possível constatar através de conversas informais com os demais professores do curso que os conteúdos de Física também interseccionam

outras disciplinas na Agronomia, sendo elas: Climatologia Agrícola (3 o período), Fisiologia das Plantas Cultivadas 1 (3 o período) e Construções Rurais (6 o período).

O perfil discente do curso, principalmente nos semestres iniciais, constitui um desafio muitas vezes insuperável por muitos dos professores das disciplinas de ciências exatas. Por não se identificarem como estudantes de uma graduação em Engenharia, falta a muitos discentes a consciência e maturidade para perceber que as disciplinas voltadas ao campo das Ciências Exatas permeiam e embasam as disciplinas específicas das Ciências Agrárias. A urgência pela aplicação, exteriorizada pela frequente pergunta " Para que serve isso na Agronomia? ", torna o ensino da física algo conflituoso e muitas vezes frustrante. Além disso, as habilidades básicas relacionadas à abstração e manipulação matemática que se esperaria em estudantes universitários são precárias ou, em muitos casos, inexistentes. Por este motivo, muitas das dificuldades dos estudantes são mais profundas do que a não compreensão da Física e aplicação de suas equações. As barreiras são frequentemente atreladas à utilização da geometria, trigonometria e da aritmética. Diante deste cenário, a utilização de projetos transdisciplinares e metodologias ativas (como a Sala de Aula Invertida, por exemplo) se torna inviável devido à densidade da ementa e a escassez de habilidades básicas trazidos pelos discentes que acabam tendo que ser sanados no decorrer da disciplina.

## Metodologia Adotada

A preparação da disciplina foi iniciada a partir da averiguação sobre quais tópicos da ementa eram diretamente relevantes para disciplinas específicas do curso e que disciplinas eram estas. Para isto houve uma reunião, sugerida pela coordenação do curso, em que tive a oportunidade de dialogar com alguns docentes responsáveis por disciplinas com temática envolvendo ou fazendo uso de princípios básicos da física. Um dos intuitos deste apanhado inicial foi verificar a possibilidade de redução da grande quantidade de conteúdos da disciplina de Física baseado no critério de ser ou não correlata a algum outro assunto específico do curso. Esta possibilidade mostrou-se inviável, uma vez que os responsáveis pelas diferentes disciplinas relataram como assuntos de Física correlatos muitos tópicos de toda a ementa de física. Podemos citar abaixo alguns dos temas em cada disciplina que interseccionam a física:

Climatologia Agrícola: a auto regulação da temperatura e pressão; balanço de energia; fluxo de calor e temperatura do ar; temperatura da superfície do solo; viscosidade do ar e seus efeitos; características do fluxo de ar (laminar e turbulento).

Fisiologia das Plantas Cultivadas 1: propriedades físicas e químicas da água; componentes do potencial hídrico; métodos de determinação do potencial hídrico; mecanismos de absorção, transporte e perda de água nas plantas; fisiologia dos estômatos e transpiração; mecanismos de transporte no xilema e no floema;

Física do Solo: o solo como um sistema trifásico (sólido, líquido e gasoso); densidade do solo; densidade de partículas; resistência mecânica do solo à penetração; a fase líquida do solo: propriedades,

energia potencial, retenção e movimentos da água no solo; disponibilidade de água às plantas; armazenamento de água no solo.

Hidráulica Agrícola: propriedades dos fluídos e sistemas de unidades; pressão: conceito, aplicação, instrumentos de medição; viscosidade; atrito; coesão; adesão; tensão superficial; regimes de escoamento; tipos de movimento; teorema de Bernoulli; número de Reynolds; rugosidade interna das paredes dos tubos; regime de escoamento; medição de vazão em condutos abertos.

Construções Rurais: instalações hidráulicas e sanitárias aplicadas a construções rurais e moradias; instalações elétricas em construções rurais e moradias; interpretação de projetos; eletrificação rural; fontes convencionais e alternativas de energia, geração e distribuição de eletricidade.

Irrigação e Drenagem: sistemas de irrigação por superfície; sistemas de irrigação por aspersão; sistema de irrigação localizada.

Mecanização Agrícola: conceitos e aplicações de torque, energia e mecanismos de transformação de energia em trabalho; lei dos gases ideais; classificação e constituição de motores de combustão interna; noções básicas de funcionamento; cilindrada e taxa de compressão.

A intersecção dos temas abordados por essas disciplinas acabaram sendo utilizados na elaboração dos exemplos de exercícios resolvidos em sala. Como não há uma bibliografia específica de Física direcionada às Ciências Agrárias, foi necessário a elaboração desses exemplos de uma forma mais contextualizada. Alguns dos exemplos abordados no contexto das Ciências Agrárias foram: Conversão de unidades envolvendo alqueire, hectare, arroba e sacas; A velocidade média, velocidade instantânea e aceleração da função temporal do crescimento de uma planta; Velocidade angular e aceleração centrípeta de um irrigador de pivô central e a dependência radial da distância entre os aspersores; Força torque e potência de um trator que tracionando um arado; Força da pressão sobre barragens; Cálculo de vazão em córregos e irrigadores; Cálculo da pressão atmosférica; a difusão de Flick e a perda de água nas folhas de uma planta; O Ciclo Otto e ciclo Diesel; Circuitos de corrente pulsada e a eletrificação de uma cerca, entre outros.

Notou-se logo de início que o hábito de estudo dos alunos estava aquém do necessário para um desempenho mínimo. Com o intuito de estimular que acompanhassem o andamento da disciplina com estudos extra-classe mais frequentes, foi adotado um método avaliativo denominado Avaliações Continuadas. O método consistiu de testes semanais de múltipla escolha, realizadas nas quartasfeiras de manhã, cada um consistido de quatro questões de nível elementar. O assunto dos exercícios em cada teste eram os tratados na aula da segunda-feira imediatamente anterior aos testes, sendo muitos deles baseados nos próprios exemplos resolvidos em aula. Foram realizados 12 testes ao longo do semestre, cuja média das 9 melhores notas constituiu a nota da Avaliação Continuada, que por sua vez compôs a metade da nota final da disciplina.

Além dos testes da avaliação continuada também foram realizadas duas provas contendo seis questões abertas, a primeira na metade do semestre e a segunda ao final do semestre. A primeira prova consistiu de questões sobre os temas de mecânica e fluídos enquanto a última consistiu de questões acerca dos

temas de termodinâmica e eletricidade. Em cada uma dessas provas o aluno escolheu uma das seis questões para não resolver sem que houvesse prejuízo de nota.

A segunda metade da nota final da disciplina foi calculada através da média simples entre as notas das provas e de um trabalho de pesquisa. Os temas propostos para o trabalho de pesquisa foram disponibilizados com dois meses de antecedência em relação ao prazo de entrega. Os trabalhos puderam ser realizados em grupos de até quatro pessoas. Os temas propostos foram: 1 - Cinemática Do Crescimento De Uma Planta (milho, soja, etc.); 2 - Força De Arrasto Da Terra Sobre Um Arado; 3 - Relações massa-volume do solo; 4 - Irrigador Circular Por Pivô Central; 5 -Princípios do Funcionamento De Um Carneiro Hidráulico; 6 -Termodinâmica da atmosfera; 7 - Equilíbrio Termodinâmico de Um Açude; 8 Princípios Básicos da Cerca Elétrica; 9 - Produção de Energia Elétrica no Meio Rural; 10 - Radiação Solar e as Plantas.

## Resultados e Considerações Finais

O desempenho da turma no decorrer dos testes da Avaliação Continuada pode ser observado na Figura 3. Na parte superior da figura podemos perceber que a metodologia provocou um maior engajamento da turma, já que os índices de desistências em outros semestres chegam a valores próximos de 50% na metade da disciplina. No entanto, percebe-se um acentuado índice de desistência após a primeira prova, caindo a partir de 80% para 65% antes da última prova.

Figura 3 - Superior: porcentagem de alunos matriculados que realizaram cada um dos 12 (doze) testes. Abaixo: Valores médios das notas dos alunos em cada teste da avaliação continuada. Em azul a média entre 20% dos alunos que apresentaram as maiores notas. Em vermelho a média entre 20% dos alunos que apresentaram as menores notas. Em preto a média considerando o total de alunos que realizaram cada teste. Os pontos representados por estrelas indicam as médias das notas das duas provas descritivas da disciplina.

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Já a parte inferior da Figura 3 revela que a média das notas nos testes raramente foi maior do que 6,0 (seis). Também é possível perceber na Figura 3 que as médias das notas das duas provas (representadas por estrelas) são significativamente menores que a dos testes da avaliação continuada. Isto sugere que os discentes focaram seus estudos principalmente nos exercícios feitos em sala de maneira pragmática e mecânica sem análise real das situações envolvidas.

Figura 4 - Histograma com a distribuição de notas finais da disciplina. Um total de 17 alunos atingiram a nota final acima de 6,0 e foram aprovados na disciplina, representando 39% dos alunos matriculados.

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A distribuição de notas finais da disciplina está representada na forma de um histograma na Figura 4 considerando a totalidade dos alunos matriculados na disciplina. Somente 39% dos alunos tiveram nota suficiente para a aprovação após a realização de uma prova de recuperação. O índice de desistência (reprovações por falta ou cancelamentos) foi de 25% da turma e reprovações por nota somam 36%.

Os resultados revelam que a Física como disciplina do núcleo básico da graduação em Agronomia necessita ser repensada. Algumas ações menores, como as relatadas aqui, sejam na forma de contextualizar os conteúdos e/ou avaliá-los não têm revelado efeitos significativos. Observa-se com frequência casos em que os estudantes completam a matriz curricular dos bacharelados em Agronomia e Engenharia com exceção das disciplinas do núcleo básico. Se isto ocorre, há uma evidência de que as disciplinas específicas estão dispensando os conhecimentos das ementas das disciplinas do núcleo básico. Precisamos refletir sobre o papel prestado pela disciplina de Física nos bacharelados em Engenharia e Agronomia. Se a resposta for a de filtrar os alunos do início de curso ou somente satisfazer critérios de reconhecimento de curso, este papel certamente está sendo muito aquém do que deveria.

## Referências

CAVASOTTO, M.; VIALI, L. Dificuldades na Aprendizagem de cálculo: o que os erros podem informar. Boletim GEPEM , Rio de Janeiro, n. 59, p. 15-33, dez. 2011.

GERAB, F.; VALÉRIO A. D. A. Relação entre o desempenho em física e o desempenho em outras disciplinas da etapa inicial de um curso de engenharia. Revista Brasileira de Ensino de Física , São Paulo, v. 36, n. 2, p. 1-9, jun. 2014.