CÁLCULO DA DENSIDADE DE CORPOS SÓLIDOS: EXPERIMENTAÇÃO REMOTA COMO ESTRATÉGIA PARA O ENSINO DE FISICA

## CÁLCULO DA DENSIDADE DE CORPOS SÓLIDOS: EXPERIMENTAÇÃO REMOTA COMO ESTRATÉGIA PARA O ENSINO DE FISICA

## SOLID BODIES DENSITY CALCULATION: REMOTE EXPERIMENTATION AS A STRATEGY FOR PHYSICS TEACHING

Sharon Dantas da Cunha 1 , Kytéria Sabina Lopes de Figueredo 2

1 Universidade Federal Rural do Semi-Árido/Departamento de Ciências Exatas e Naturais, sharondantas@ufersa.edu.br

2 Universidade Federal Rural do Semi-Árido/ Programa de Pós-Graduação em Ensino/Departamento de Ciências Exatas e Naturais, kyteria.figueredo@ufersa.edu.br

## Resumo

A Experimentação Remota (ER) surge como ferramenta para aprimorar os processos de ensino e aprendizagem, inserindo elementos on-line ao ensino de laboratório. Um laboratório de ER pode proporcionar aos estudantes uma aproximação deste com o mundo real, uma vez que estas atividades desempenham um papel crítico na formação, principalmente em cursos nas áreas das ciências naturais e tecnológicas. Este trabalho descreve a realização de uma atividade experimental de maneira remota que consistiu no cálculo de densidade de corpos sólidos, cuja elaboração e execução foi realizada em quatro etapas: na primeira, foram realizadas medidas no laboratório em trinta corpos de prova, de 3 materiais diferentes, na segunda, um banco de dados personalizado foi gerado para cada discente com as medidas efetuadas no laboratório, na terceira, foi realizada a aula síncrona, e na quarta, os alunos executaram um roteiro experimental desenvolvido no Google Formulário utilizando o banco de dados da segunda etapa. Os resultados da aprendizagem e participação dos alunos foram considerados satisfatórios, pois existiu um interesse em compreender e analisar corretamente o experimento. Através da análise das respostas dos estudantes, o professor identificou os principais acertos e erros, e fez intervenções nas aulas seguintes para melhorar o processo de ensino-aprendizagem.

Palavras-chave : Ensino Remoto, Atividade Experimental, Tecnologias no Ensino.

## Abstract

Remote Experimentation (RE) emerges as a tool to improve teaching and learning processes, inserting online elements into laboratory teaching. An RE laboratory can provide students with an approach to the real world, since these activities play a critical role in training, especially in courses in the areas of natural and technological sciences. This work describes the performance of an experimental activity remotely, which consisted of calculating the density of solid bodies, whose elaboration and execution was carried out in four stages: in the first, measurements were carried out in the laboratory on thirty specimens of 3 different materials , in the second, a personalized database was generated for each student with the measurements made in the laboratory, in the third, the synchronous class was

carried out, and in the fourth, the students implemented an experimental script developed in Google Form using the database of the second stage. The results of student learning and participation were considered satisfactory, as there was an interest in correctly understanding and analyzing the experiment. Through the analysis of the students' answers, the teacher identified the main successes and errors, and made interventions in the following classes to improve the teachinglearning process.

Keywords : Remote Teaching, Experimental Activity, Technologies in Teaching.

## 1. Introdução

As atividades experimentais são essenciais no processo de ensino e aprendizagem, pois propiciam ao estudante, além dos conceitos científicos, o desenvolvimento das habilidades: formulação e verificação de hipóteses, compreensão, simplificação e modelagem de problemas, bem como elaboração de resultados (TAKAHASHI; CARDOSO, 2011). O objetivo dessas atividades é desenvolver no estudante um aprendizado mais contextualizado, que o auxilie na construção do seu conhecimento e torne o seu aprendizado mais crítico e reflexivo. No entanto, observa-se que as fórmulas e resoluções de exercícios constituem, ainda, atividades predominantes no ensino de física, e geralmente, os estudantes possuem dificuldade em aprender essa disciplina, posto que a acham de difícil compreensão. Sobre as dificuldades de aprendizagem, é preciso relacioná-las com a construção do conhecimento. Sendo assim, vale ressaltar que, do ponto de vista de Piaget (1974), a aprendizagem pode ser definida como aquela cujo resultado (conhecimento ou desempenho) é adquirido em função da experiência.

Uma alternativa para a experimentação é o uso de Tecnologias da informação (TI), e não é recente o debate sobre os benefícios da inclusão dessas tecnologias no ensino de ciências, em especial de física (MONTEIRO 2016). Numa sociedade cada vez mais interconectada, as TI estão incorporadas ao cotidiano das pessoas, e são cada vez mais inseridas nas instituições de ensino. Todavia, muitos professores sentem dificuldades em integrá-las como instrumento mediador no processo teóricoprático. O surgimento da pandemia do Covid-19 potencializou a utilização de plataformas digitais para o ensino remoto e, por sua vez, tornou obrigatória a utilização de recursos tecnológicos na experimentação.

Na física, as atividades experimentais são importantes recursos didáticos, e se estabelece em duas categorias distintas: os experimentos demonstrativos, nos quais a abordagem é maior no aspecto qualitativo, e os experimentos quantitativos, nos quais o enfoque, em geral, está na verificação matemática de alguma lei e ocorre mediante a análise de dados coletados (ARAÚJO; ABIB, 2003). Assim, os objetivos de aprendizagem são distintos, podendo ser considerados conceituais, ou no desenvolvimento de uma habilidade específica, como a manipulação matemática dos dados e sua análise.

Esse trabalho apresenta uma atividade experimental quantitativa de forma remota como estratégia para o ensino de física a partir do cálculo da densidade de corpos sólidos. Foram feitas medidas em trinta corpos prova de formato cilíndrico, de 3 materiais diferentes. As medidas foram feitas com um paquímetro e uma balança analítica, e foram disponibilizadas para os estudantes através de um banco de

dados personalizado, de modo que os valores manipulados por cada estudante sejam diferentes.

## 2. Metodologia

Este trabalho aborda uma atividade experimental proposta no período de ensino remoto no ano de 2021 na disciplina de Laboratório de Ondas e Termodinâmica, para os semestres iniciais dos cursos de engenharia da Universidade Federal Rural do Semi-Árido, no campus Pau dos Ferros. O experimento consistiu na determinação do tipo de material de corpos de prova utilizando o conceito de densidade.

A elaboração e execução do experimento foi realizada em quatro etapas: a primeira consistiu em medidas feitas no laboratório, a segunda, a criação de um banco de dados para cada estudante, a terceira, realização de aula síncrona, na quarta etapa, os estudantes executaram o roteiro da atividade experimental disponibilizado num formulário Google utilizando o banco de dado criado na segunda etapa.

## 2.1 Execução das Medidas em laboratório

Para executar as medidas do experimento se utilizou trinta corpos de formato cilíndrico presentes no laboratório de ensino da instituição. Eles foram organizados em grupos de dez corpos de acordo com o tipo de matéria-prima do cilindro. Os tipos de cilindros utilizados foram de aço, alumínio e cobre. As medidas de massa foram feitas com uma balança analítica, e as de comprimento, com um paquímetro. No laboratório se registrou imagens das medidas na balança e do paquímetro, como apresentado na figura 01.

Figura 01: Medida com o paquímetro de uma das dimensões do corpo prova de aço.Fonte: Autor, 2022.

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## 2.2 Desenvolvendo um banco de dados

Para avaliar o desempenho na atividade experimental de maneira individualizada foi desenvolvido uma ferramenta computacional em linguagem C++, que gera um banco de dados personalizado para cada estudante. O banco de dados gerado contém três materiais, com sequência aleatória para cada estudante, e para cada material quatro das dez medidas efetuadas no laboratório são escolhidas também de maneira aleatória. A ferramenta computacional gera um arquivo em Latex, que depois de compilado, é disponibilizado numa pasta compartilhada para cada estudante. A tabela 01 mostra parte do banco do material 1 para dois estudantes.

MATERIAL 1

-

ESTUDANTE A

CP

m(g)

D(mm)

h(mm)

1

99,9371

19

40,1

2

100,2385

19,1

40,1

3

100,2364

19,1

40,1

4

100,3538

19,05

40,1

Tabela 01: Exemplo de banco de dados para o Estudante A, o material 1 é cobre, e para o estudante B, o alumínio. O estudante descobre o tipo de material após efetuar os cálculos de densidade.

Fonte: Autor, 2022.

## 2.3 Aula Síncrona

A aula síncrona foi realizada na plataforma Google Meet, sendo estruturada em três momentos. No primeiro momento foi apresentado o conceito de densidade, e transformações de unidades de medida. No segundo momento foi apresentado os equipamentos utilizados, a balança analítica utilizada para fazer as medidas de massa, o paquímetro para medidas de comprimento, e os materiais utilizados no experimento. Como a grande maioria dos estudantes relataram nunca terem feito medidas com o paquímetro, foi sugerido um simulador de medidas com o paquímetro. Também foram apresentados os corpos de prova medidos, e as recomendações de como as medidas devem ser feitas. No terceiro momento da aula foi apresentado as variáveis estatísticas necessárias para a análise do experimento, como média, desvio padrão amostral, e erro padrão. Além disso, foi revisado técnicas de arredondamento, algarismo significativo, e o conceito de erro relativo percentual.

## 2.4 Execução do roteiro experimental

A quarta etapa consistiu na execução um roteiro do experimento disponibilizado no Google Formulário, no qual o estudante utiliza o seu banco de dados personalizado para fazer o que é pedido em cada item, utilizando preferencialmente uma calculadora científica. Este roteiro foi dividido em três partes: i) consistiu na análise da estatística básica das medidas dos três, ou seja, o cálculo de média, desvio padrão amostral, e erro padrão das variáveis presentes no seu banco de dados, ii) no cálculo da densidade para as quatro amostras de cada material, e depois no cálculo da densidade média, desvio e erro padrão, iii) cálculo do erro relativo percentual, determinação da sequência de materiais do banco de dados a partir da valores de referência de densidade. Além disso, foi proposto a discussão sobre a influência do furo presente na parte lateral do corpo e na obtenção de um novo valor da densidade subtraindo o volume do furo. Para a digitação das respostas, a unidade de medida pedida era apresentada no item, e o

número de casas decimais quando não especificado no item, era vinculado às casas decimais do erro padrão.

## 3. Resultados e Discussão

O resultado da execução do roteiro experimental proposto foi analisado a partir de um banco de dados gerado em um arquivo para o professor no momento que o banco de dados personalizado para os estudantes era criado. Assim, o professor utilizou uma planilha eletrônica para efetuar a correção. A tabela 02 mostra o resultado da correção, onde a coluna verde é o resultado esperado, a azul, os valores digitados pelos estudantes, e a amarela, o resultado da correção.

Tabela 02: Parte da planilha utilizada para auxiliar a correção da atividade.

Fonte: Autor, 2022.

Os valores obtidos na coluna amarela foram obtidos por lógica computacional. Foi considerado uma tolerância entre o valor esperado e o digitado pelo estudante. Analisando a tabela 02, provavelmente o estudante W digitou a resposta considerando unidade de medida distinta do que foi pedida no roteiro. Já os valores digitados pelo estudante Y, ficaram distantes da tolerância estabelecida, quando comparado ao valor esperado da medida/grandeza. Analisando os dados de acerto e erros, observou-se que na primeira parte do roteiro experimental o acerto médio foi de 90%, e se tratava de cálculos de média, desvio padrão amostral, e erro padrão. Os 10% de erros estão relacionados a não utilizar as regras de arredondamento, não deixar o erro padrão com um algarismo significativo, conforme proposto no enunciado do item, e digitação de valores errados. Na segunda parte do roteiro experimental, o acerto diminui para 67%, e parte dos erros cometidos pelos mesmos estudantes na primeira parte se repetiram, a não utilização da unidade de medida correta, por exemplo, o item pediu em kg/m 3 , mas provavelmente o estudante considerou nos cálculos a densidade em g/cm 3 . Na terceira parte do roteiro, o acerto médio para a identificação correta dos materiais 1, 2, e 3 foi de 77%. Grande parte da identificação errada foi escolher o Latão, no lugar do cobre, mesmo o desvio do valor obtido da densidade em relação ao valor tabelado ser maior para o Latão. A discussão sobre a influência do furo presente nos corpos de prova foi bem interessante, uma grande parte descreveu que influenciava, pois melhora a estimativa no cálculo da densidade do material, o restante disse que o furo era pequeno e não influenciava, mesmo com a medida densidade realizada pelos estudantes tendo modificações na casa decimal da incerteza.

Ao disponibilizar a chave de resposta aos estudantes, e as notas de cada parte do roteiro, o professor explicou os principais erros, e pediu para os estudantes identificarem seus erros. Apesar dos conteúdos que os estudantes tiveram dificuldades terem sido explicadas na aula síncrona da referida atividade, na aula seguinte a divulgação das respostas, o professor fez uma abordagem utilizando o banco de dados com os assuntos que parte dos estudantes tiveram dificuldades.

A opinião dos estudantes em relação a atividade experimental remota é que a atividade cumpre seu objetivo de aprendizagem, mas criticaram a quantidade do roteiro (71 itens), mesmo admitindo que os cálculos eram bastante semelhantes.

## Considerações Finais

As disciplinas de caráter experimental são essenciais para a formação do estudante. As aulas remotas realizadas no contexto do coronavírus são atividades de ensino mediadas pela tecnologia, mas que se orientam pelos princípios da educação presencial. No ensino remoto, a perda da vivência experimental dos estudantes, bem como a dificuldade de obtenção de dados experimentais modificou as aulas experimentais, e a principal dificuldade dos professores foi a adaptação da experimentação as tecnologias da informação.

Este trabalho apresenta uma das atividades proposta no período de ensino remoto, determinação do tipo de material de corpos de prova utilizando o conceito de densidade. Esta atividade foi executada em quatro etapas: medidas no laboratório feito pelo professor, criação do banco dados para cada discente através de um programa desenvolvido pelos autores do trabalho, encontro síncrono, e execução do roteiro experimental. Ao disponibilizar um banco de dados personalizado, mediados por um roteiro experimental, proporcionou um experimento único para cada estudante, e integrou as tecnologias da informação.

Em relação aos objetivos propostos se observou que a metodologia empregada é adequada, pois integrou o ensino e a aprendizagem à experimentação remota, e possibilitou aos estudantes acesso a experimentação através da análise dos seus resultados. Os estudantes obtiveram um bom desempenho na execução da atividade, e foi observado um aumento no interesse em compreender o experimento.

Através das respostas do roteiro experimental, o professor identificou os principais acertos e erros, tanto da turma, como de cada estudante, e assim pode fazer intervenções nas aulas seguintes, melhorando o processo de ensinoaprendizagem. A ferramenta computacional desenvolvida para a elaboração do roteiro experimental é de fácil manuseio, apresenta muita usabilidade e pode ser utilizada para abordagem de diversos experimentos, considerando que a sua programação pode ser realizada com antecedência à aula pode produzir bons dados experimentais. Entretanto, as tecnologias são recursos, mas o planejamento do percurso metodológico para elaboração da aula experimental e do processo avaliativo do estudante são essenciais para a construção do conhecimento.

## Referências

ARAÚJO, M. S. T., ABIB, M. L. V. dos S. Atividades Experimentais no Ensino de Física: Diferentes Enfoques, Diferentes Finalidades. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 25, n. 2, junho 2003

MONTEIRO, M A. A. O uso de tecnologias móveis no ensino de física: uma avaliação de seu impacto sobre a aprendizagem dos alunos. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências. v. 16, n. 1, 2016.

PIAGET, J. La Prise de Conscience Paris, France: PUF, 1974.

TAKAHASHI, E. K., E CARDOSO, D. C. Experimentação remota em atividades de ensino formal: um estudo a partir de periódicos. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, v. 11, n. 3, p. 185-208,2011.