DESENVOLVENDO COMPETÊNCIAS E AUTONOMIA DOS ALUNOS NO LABORATÓRIO DE FÍSICA

## DESENVOLVENDO COMPET˚NCIAS E AUTONOMIA DOS ALUNOS NO LABORATÓRIO DE F"SICA

## DEVELOPING STUDENTS' COMPETENCIES AND AUTONOMY IN THE PHYSICS LABORATORY

Mariana Pojar 1 , Eliane F. Chinaglia 2 , Sueli H. Masunaga 3

1 Centro UniversitÆrio FEI/Departamento de Física/Sªo Bernardo do Campo, mpojar@fei.edu.br 2 Centro UniversitÆrio FEI/Departamento de Física/Sªo Bernardo do Campo, echinaglia@fei.edu.br 3 Centro UniversitÆrio FEI/Departamento de Física/Sªo Bernardo do Campo, smasunaga@fei.edu.br

## Resumo

Neste trabalho apresentamos um conjunto de atividades desenvolvidas na disciplina de Física I com o objetivo de contribuir para a autonomia e protagonismo discente. Essa nova abordagem permitiu proporcionar uma formaçªo baseada em competŒncias, desde o início da graduaçªo do curso de engenharia. As disciplinas de Laboratório de Física podem desempenhar um papel importante nesse processo com a aplicaçªo de atividades investigativas. Para proporcionar essa formaçªo desejada, mesmo com as aulas virtualizadas devido à pandemia da COVID-19, experimentos sem roteiros rígidos foram desenvolvidos pelos estudantes sob a orientaçªo do professor. Os temas propostos dos experimentos foram aplicados de forma que a autonomia dos estudantes fosse progressivamente aumentada ao longo do semestre. O desenvolvimento das competŒncias e do grau de autonomia foram avaliados atravØs da percepçªo dos estudantes que responderam ao questionÆrio de pesquisa. Como a pesquisa foi feita em duas etapas, foi possível notar a crescente autonomia e desenvolvimento de competŒncias ao longo do curso. Do ponto de vista docente, percebemos que a realizaçªo prØvia dos experimentos tornou as aulas síncronas ou presenciais mais interessantes. As aulas tradicionais de aquisiçªo de dados foram convertidas em momentos de discussªo, reflexªo e orientaçªo.

Palavras-chave : Ensino Remoto, Laboratório de Física, CompetŒncias, Tecnologias de Informaçªo e Comunicaçªo, Mecânica.

## Abstract

In this work we present a set of activities developed in Physics I with the aim of contributing to student autonomy and protagonism. This new approach made possible to provide academic formation based on competencies, since the beginning of the engineering course. The Physics Laboratory subjects can play an important role in this process with the application of investigative activities. To provide this desired formation, even with virtualized classes due to the COVID-19 pandemic, experiments without rigid scripts were developed by students under the guidance of the teacher. The proposed topics of the experiments were applied in a way that the students' autonomy was progressively increased throughout the semester. The development of competencies and the degree of autonomy were evaluated through the perception of the students who answered the research questionnaire. As the research was carried out in two stages, it was possible to realize the increasing autonomy and development of competences throughout the course. From the teaching point of view, we realized that the previous realization of the experiments made the synchronous or face-to-face

classes more interesting. Traditional data acquisition classes were converted into moments of discussion, reflection and guidance.

Keywords : Remote teaching, Physics Laboratory, Competencies, Information and Communication Technologies, Mechanics.

## Introduçªo

Nos œltimos anos, tem-se destacado a importância da aplicaçªo das metodologias ativas e do protagonismo e autonomia discente no processo de aprendizagem (RUGARCIA, 2000; WANKAT, 2016). Nesse contexto, o laboratório de física pode desempenhar um papel relevante nesse processo, com a abordagem de atividades investigativas, onde o objetivo Ø a exploraçªo do fenômeno, com responsabilidade na investigaçªo e comprometimento com o resultado por parte dos estudantes (BORGES, 2002). Com a implementaçªo do currículo por competŒncias nos cursos de Engenharia (CNI, 2020; MEC 2019) na presente Instituiçªo de Ensino Superior (IES), os objetivos das disciplinas de Física tambØm incluem o desenvolvimento de competŒncias na formaçªo discente.

Com a pandemia da COVID-19, em 2020, os alunos foram forçados ao ensino remoto. Para manter os objetivos de aprendizado e desenvolvimento das habilidades esperadas das disciplinas de laboratório, foram propostos uma sØrie de experimentos usando tecnologia da informaçªo e comunicaçªo (TIC), envolvendo atividades experimentais sem roteiros rígidos para a sua implementaçªo. Esse procedimento foi realizado de forma escalonada de autonomia ao longo do semestre letivo.

Os experimentos com materiais de baixo custo, quando realizadas no contexto da metodologia de ensino investigativa, tambØm sªo relevantes nos cursos de ensino superior, pois requerem uma postura ativa do estudante em todo o processo experimental (NOGUEIRA, 2021). Desta forma, o planejamento, a montagem e a anÆlise desenvolvidos pelos estudantes com o objetivo de buscar soluçıes para os desafios apresentados, estimulam o protagonismo, engajamento e a autonomia. Nesse cenÆrio, o objetivo deste trabalho Ø relatar (i) a aplicaçªo de diversas atividades experimentais realizadas no ambiente domØstico pelos estudantes na disciplina de Física I, e (ii) a percepçªo desses estudantes sobre suas habilidades adquiridas.

A disciplina Física I Ø ministrada para alunos ingressantes de engenharia e as atividades foram aplicadas de forma virtual no 1' e 2' semestres de 2021 e estÆ sendo aplicada de forma presencial no 1' semestre de 2022. Vale ressaltar que a aplicaçªo dessas atividades foi feita em aulas híbridas, realizadas na parte final no 2'/2021 e presenciais no 1'/2022. Apesar da IES possuir laboratórios de física bem equipados, essa metodologia traz uma grande vantagem por converter as aulas presenciais de laboratório em aulas de anÆlise de dados, discussªo e, principalmente, orientaçªo das atividades experimentais como um todo. Esse momento presencial tambØm torna possível a reflexªo sobre os resultados obtidos com os estudantes, discutindo as limitaçıes das tØcnicas e aplicabilidade da teoria.

## Atividades Experimentais Propostas

Para a remodelagem das atividades de Laboratório de Física 1 era fornecido o tema do experimento e o objetivo a ser alcançado aos estudantes. Os alunos eram conduzidos a gravar vídeos com seus próprios celulares em suas casas e escolher

objetos provenientes de materiais de baixo custo ou pertencentes ao seu dia a dia, de forma livre, para que o processo metacognitivo experimental de exploraçªo fosse potencializado. A videoanÆlise era feita com o software livre Tracker (BROWN, 2021), uma ferramenta para coleta de dados físicos e modelagem matemÆtica.

Essa abordagem experimental usando ferramentas TICs permite que o aluno desenvolva o seu próprio roteiro experimental e verifique com o Tracker se os dados coletados estªo correlacionados com as teorias físicas, permitindo reflexıes experimentais que geralmente sªo negligenciadas em roteiros experimentais prØdefinidos. Como exemplo, temos o questionamento sobre qual referencial serÆ utilizado para a aquisiçªo dos dados experimentais, exigindo que o aluno faça uma reflexªo sobre o significado dos valores dos dados coletados.

É possível notar o enriquecimento da habilidade de aprender a partir da observaçªo e experimentaçªo em que o aluno Ø o protagonista, pois este verifica que os fenômenos físicos aconteçam em todos os lugares, inclusive dentro de suas casas e nªo somente em laboratórios de física com grandes recursos e instrumentaçıes. Essa correlaçªo da vida real com a ciŒncia faz com que a aprendizagem tenha um novo significado, gerando mais engajamento do aluno. É importante mencionar que isso foi percebido pelos próprios estudantes nas autoavaliaçıes, discutidas abaixo.

No caso do tema Queda Livre, em aulas tradicionais de Laboratório de Física 1, os alunos coletavam dados da posiçªo de corpo em queda livre em funçªo do tempo de forma automatizada e calculavam o valor da aceleraçªo gravitacional ( GLYPH<1> ). Esse era o procedimento usual adotado na IES antes da pandemia, que, apesar da possibilidade de enfatizar o estudo na parte grÆfica da anÆlise, nªo permitia a reflexªo sobre o arranjo experimental e qualidade dos dados. Na alteraçªo pedagógica aqui proposta o tema foi mantido, mas com uma abordagem diferente: os alunos passaram a elaborar e planejar seus próprios experimentos. Com isso, tambØm foi possível estudar o efeito resistŒncia do ar, pois Ø possível verificar se a velocidade limite foi atingida na anÆlise do vídeo. Esse efeito nªo era abordado em anos anteriores devido à inviabilidade de adquirir os dados de forma automatizada.

Todos os procedimentos de gravaçªo e anÆlise no Tracker eram feitos antes da aula de laboratório, com orientaçªo prØvia do professor, permitindo grande espaço na aula síncrona para discussıes. Como exemplo, alguns grupos observaram a velocidade limite, enquanto outros nªo, na queda livre. A discussªo dos diferentes resultados e a compreensªo da diferença de cada um deles, enriquecia a aula. Essa variedade de casos nªo seria possível em experimentos que nªo abrange casos reais e em geral nem leva a resistŒncia do ar em consideraçªo. As aulas síncronas tambØm foram importantes para identificar os equívocos nos procedimentos, resultando em um enorme ganho pedagógico, devido à possibilidade de aprimoramento, em contraposiçªo à penalidade pelo erro (CURADO; CHINAGLIA; MASUNAGA, 2021). Nesta primeira experiŒncia, por se tratar de alunos ingressantes, a parte de anÆlise foi essencialmente dirigida, sendo apresentados aos alunos os diferentes grÆficos e anÆlises que possibilitariam a determinaçªo dos parâmetros de interesse.

No segundo experimento, o objetivo foi aferir o coeficiente de restituiçªo elÆstica ( GLYPH<2> ) de uma bola que interagia com o chªo após a queda livre. Semelhante à primeira experiŒncia, a orientaçªo foi filmar uma bola, de livre escolha, abandonada do repouso na vertical e interagindo com o solo algumas vezes e, em seguida, adquirir dados com o Tracker. TambØm foi analisada a perda ou conservaçªo da energia após sucessivas interaçıes com o solo. Visando o aumento da autonomia dos estudantes,

outros desafios foram propostos. Neste sentido, uma tarefa complementar foi aplicada sobre impulso e momento linear, com a anÆlise dessas grandezas no instante da colisªo da bola com a superfície. Para essa anÆlise, os conceitos envolvidos foram estudados pelos alunos atravØs de livros didÆticos e outros recursos de livre escolha.

Nesta primeira parte da disciplina, os alunos experienciaram o planejamento, a execuçªo e a aquisiçªo de dados com as atividades propostas, concluindo que diferentes materiais utilizados, cuidados na gravaçªo etc., afetam o resultado experimental. Na segunda parte, a aquisiçªo e anÆlise de dados foi bem mais aberta e os alunos foram mais desafiados em aspectos envolvendo a autonomia, resiliŒncia, trabalho em equipe entre outros. Para isso, eles analisaram os vídeos disponíveis na internet, os quais seriam inviÆveis de serem realizados pelos próprios alunos, como a colisªo de dois discos (Choque 2D) em uma mesa de ar sem atrito (LABORATÓRIO, 2017) e testes de colisªo ( Crash Test ) de veículos reais (LATIN NCAP, 2014). Com base na videoanÆlise, abordaram a conservaçªo ou nªo do momento linear, energia cinØtica, impulso e momento linear. Adicionalmente à anÆlise do Crash Test , foi estudado o efeito do air bag na colisªo e os eventuais danos no tórax dos ocupantes do veículo (WRASSE et al., 2014). Nesse œltimo experimento, toda a decisªo sobre quais grandezas deveriam ser obtidas e quais anÆlises deveriam ser realizadas ficou a cargo de cada equipe de alunos.

## AnÆlise e Discussªo: autonomia e competŒncias trabalhadas

Com a mudança na conduçªo das aulas, passou a ser possível acompanhar e avaliar outras competŒncias que vªo alØm da aprendizagem de conteœdo da ementa da disciplina. Assim, foi desenvolvido atividades que permitissem verificar as competŒncias cognitivas de anÆlise e pensamento crítico-criativo onde os alunos estabelecem os seus protocolos de medidas e reflexªo autônoma dos resultados alcançados. A interdisciplinaridade foi outra competŒncia cognitiva desenvolvida pela abordagem de um caso real de engenharia na atividade Crash Test .

As competŒncias cognitivas sempre foram o ponto central da formaçªo acadŒmica de um estudante. Com a elaboraçªo das novas diretrizes de educaçªo, outras competŒncias ganharam espaço de equidade, tais como as de comunicaçªo e socioemocionais. As aulas de laboratório permitiram a comunicaçªo na forma oral (apresentaçªo oral), grÆfica (anÆlise experimental e estatística dos dados) e escrita (elaboraçªo de relatórios científicos e sínteses). Destaca-se ainda que o trabalho em grupo permitiu o estímulo à argumentaçªo crítica e reflexiva, sendo necessÆrio saber ouvir para alcançar o melhor desempenho da equipe.

- O maior destaque vai para o desenvolvimento das competŒncias socioemocionais que ficam fora de evidŒncia em aulas de laboratório com roteiros prØdefinidos. Neste trabalho, os alunos tiveram que desenvolver a autogestªo que inclui habilidades de organizaçªo, foco, persistŒncia e responsabilidade. A autogestªo fica atrelada à resiliŒncia emocional, ao desenvolver flexibilidade e adaptabilidade frente aos desafios que terÆ que superar. O trabalho em equipe requer tambØm empatia, respeito, diÆlogo e colaboraçªo. Assim, o aluno desenvolve o autoconhecimento, percebendo os aspectos em que precisa melhorar e passa a respeitar e ajudar seus pares ao perceber que todos estªo evoluindo e aprendendo juntos

Como parte do desenvolvimento das competŒncias apresentas no quadro 1, os alunos tambØm realizaram trabalhos dirigidos com o objetivo de dominar as ferramentas digitais necessÆrias para as atividades como o uso de planilhas,

programas de aquisiçªo e o tratamento e anÆlise grÆfica de dados experimentais. Desta forma, iniciamos com atividades de baixo grau de autonomia para trabalharmos o aumento gradativo da autonomia dos alunos, conforme indicadas no quadro 2.

Quadro 1: CompetŒncias trabalhadas.

Fonte: CNI, 2020; MEC 2019

Quadro 2: Objetivos de aprendizagem e grau de autonomia esperado em cada atividade

* D: Baixo; trabalho dirigido, O: MØdio; trabalho orientado, C: Alto; trabalho cooperativo

Fonte: Autoras

## AnÆlise e Discussªo: a percepçªo dos alunos

Após a realizaçªo da primeira e da segunda parte da disciplina, solicitamos que os alunos respondessem questionÆrios de autoavaliaçªo e de avaliaçªo dos pares. O objetivo desses questionÆrios foi identificar a percepçªo dos alunos sobre suas atitudes, habilidades e competŒncias desenvolvidas ao longo do conjunto de experimentos. As perguntas feitas sªo apresentadas na Figura 1, onde o aluno avaliou seu desempenho em cada uma das categorias apresentadas. Utilizamos uma escala likert onde '0' Ø muito fraco ou inexistente e '5' representa a excelŒncia. Para uma anÆlise mais objetiva, os dados foram compilados de tal forma que as avaliaçıes iguais a '0' e '1' foram consideradas como "aprendizado fraco/inexistente', iguais a '2' e '3' como 'aprendizado satisfatório' e iguais a '4' e '5' como 'aprendizado ótimo/excelente . '

Os dados da Figura 1 referem-se ao 1' semestre de 2021, sendo que o mesmo questionÆrio foi aplicado no 2' semestre de 2021, com resultados muito semelhantes. A aplicaçªo ocorreu em duas etapas: a primeira relacionada ao desenvolvimento das experiŒncias de queda livre, queda livre com resistŒncia do ar e coeficiente de

restituiçªo elÆstica, com 91 respostas ao questionÆrio (25% do total) e a segunda relacionada às experiŒncias de Choque 2D e Crash Test , com 100 respostas (27% do total). O objetivo da aplicaçªo em duas etapas foi avaliar a evoluçªo do aluno após ser desafiado em um conjunto de atividades e, tambØm, identificar eventuais problemas com as equipes de trabalho, de modo a solucionar essas questıes com a mediaçªo do professor, antes da segunda etapa.

Figura 1: Resultado dos questionÆrios de autoavaliaçªo aplicados após a primeira e a segunda parte da disciplina para o 1 o semestre de 2021.

Fonte: Autoras

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Podemos observar que o aumento mais significativo em relaçªo à avaliaçªo 'ótimo excelente / ' ocorreu nos itens ' Conduzir um experimento e interpretar os resultados ' e ' Modelar matematicamente um fenômeno físico ' e ao mesmo tempo, a diminuiçªo do item ' satisfatório '. Assim, podemos afirmar que a (i) virtualizaçªo das aulas nªo prejudicou o desenvolvimento dessas competŒncias e (ii) a metodologia utilizada promovendo o protagonismo do aluno se mostrou eficaz.

Por outro lado, observamos que para o item ' VocŒ dentro do trabalho em equipe ', a avaliaçªo ' ótimo/excelente ' diminuiu assim como a avaliçªo ' satisfatório ' aumentou. Esse fato por ser atribuído ao relato de alguns alunos nas aulas síncronas, em que mencionaram uma maior complexidade do trabalho em equipe pela virtualizaçªo das interaçıes. Dessa forma, Ø natural que ao longo do semestre a relaçªo entre os alunos de algumas equipes fosse se deteriorando.

Outros aspectos importantes foram observados em duas perguntas abertas, cujas respostas foram livres: ' Qual foi seu maior desafio? ' e ' Qual foi seu maior aprendizado? '. A Figura 2 apresenta os aspectos mencionados pelos alunos em relaçªo aos maiores desafios e aprendizado e suas correlaçıes com as competŒncias apresentadas no quadro 1. Por serem questıes abertas, muitas vezes mais do que um aspecto foi mencionado nas respostas. Os nœmeros correspondem à quantidade de alunos que se referiu a cada aspecto.

Podemos observar na Figura 2 que o item ' Desafios digitais ' foi superado da primeira para a segunda parte da disciplina, assim como o item ' Interpretaçªo e

anÆlise de resultados experimentais ', mostrando o amadurecimento dos alunos ao longo do processo. Apesar das dificuldades observados na Figura 2 sobre o trabalho em grupo na segunda etapa, os alunos consideram que o quesito 'Interaçªo trabalho / em grupo' foi um grande aprendizado. Outro ponto de destaque Ø que o item 'Autonomia fazer o trabalho sem auxílio de roteiro' / , aspecto trabalhado principalmente nas experiŒncias da segunda parte, foi considerado pelos estudantes como um grande desafio, mas tambØm um grande aprendizado.

Figura 2: Aspectos mencionados pelos alunos sobre os maiores desafios e aprendizados nas duas partes da disciplina.

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Fonte: Autoras

Outros aspectos socioemocionais tais como "Questıes pessoais de adaptaçªo/gerenciamento de tempo " e ' Responsabilidade, resiliŒncia e paciŒncia ' tambØm puderam ser trabalhados e foram mencionados como desafios e aprendizados. Na avaliaçªo institucional realizada pelos alunos em 2020 e 2021, foi solicitado que o aluno avaliasse ' A qualidade das atividades prÆticas desenvolvidas na disciplina, se aplicÆvel.'. Na disciplina Física I, as avaliaçıes de 'Muito bom' e 'Bom' ficaram entre 87% e 90% das respostas.

## Consideraçıes Finais

Atualmente, o ensino de física estimula a formaçªo por competŒncia e habilidades, indo alØm da transmissªo simples do conteœdo esperado. A nova abordagem apresentada nesse trabalho, que foi aplicada nas aulas de Laboratório de Física 1 para o ensino remoto, híbrido e retorno ao presencial, se mostrou enriquecedora para o estímulo da autonomia e desenvolvimento de competŒncias. A metodologia em que os alunos sªo protagonistas em todas as etapas da modelagem experimental estimulou a criatividade, a autogestªo, a empatia, sua adaptaçªo frente aos desafios que fossem surgindo.

A partir dos questionÆrios e da avaliaçªo institucional verificou-se que as aulas experimentais cumpriram seu papel de formaçªo, indo alØm da expectativa de alguns alunos, que nªo esperavam que fosse possível fazer aulas experimentais de alta qualidade com recursos que possuíam dentro de suas casas. Os desafios sobre trabalho em equipe, como maior dificuldade de interaçªo virtual entre os alunos quando estavam no ensino remoto, foram trabalhados pelo professor durante as aulas

síncronas, atuando como um mentor, estimulando sessıes de conversas entre os integrantes do grupo e criando fóruns de discussıes.

## ReferŒncias

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