Do laboratório à demonstração: Uma nova estratégia didática para atividades experimentais em Física

## DO LABORATÓRIO À DEMONSTRAÇÃO: UMA NOVA ESTRATÉGIA DIDÁTICA PARA

## ATIVIDADES EXPERIMENTAIS DE FÍSICA

Dominique Colinvaux a (dominique.colinvaux@terra.com.br) Susana de Souza Barros b (susana@if.ufrj.br)

a Faculdade de Educação, Universdade Federal Fluminense b Instituto de Física, Universidade Federal de Rio de Janeiro

## RESUMO

Este trabalho focaliza estratégias didáticas para a realização de atividades experimentais em um curso introdutório de Física de nível universitário, com o objetivo de discutir se as atividades propostas aos alunos deveriam seguir um roteiro com instruções precisas e detalhadas; se, ao contrário, deveriam ser formuladas como problemas abertos; ou ainda, quais as vantagens e desvantagens comparativas das atividades realizadas diretamente pelos alunos e das demonstrações conduzidas pelo professor frente à turma. Trata-se portanto de examinar a relação entre o caráter, mais aberto ou mais estruturado, das atividades experimentais propostas aos alunos de um curso introdutório de Física e a natureza, conceitual e/ou procedimental, das aprendizagens que ocorrem neste contexto. Nossa hipótese é que o formato mais aberto de atividades experimentais dificulta as aprendizagens de natureza conceitual uma vez que, conforme observamos em estudos anteriores, os alunos enfrentam dificuldades variadas, mas sobretudo de caráter procedimental, na realização de tais atividades. No presente trabalho, focalizamos a atividade experimental antes usada, que visa determinar o alcance de uma esfera que desce por uma canaleta inclinada antes de cair em queda livre, mas agora apresentada na forma de uma demonstração com características diferenciadas, configurando assim uma nova estratégia didática para a realização de atividades experimentais em classe. Com base em dados obtidos junto aos alunos na forma de um relato escrito individual, mostramos que a estratégia didática da demonstração, em que o professor determina estratégias e procedimentos experimentais, permite dirigir a atenção dos alunos para questões conceituais, promovendo assim processos de aprendizagem neste plano.

## INTRODUÇÃO

O laboratório, como espaço para a realização de atividades experimentais, é tema sempre presente nas discussões de pesquisadores e de professores envolvidos com o ensino-aprendizagem de Física. Entre diversas questões recorrentes, discute-se, por exemplo, se as atividades propostas aos alunos deveriam seguir um roteiro com instruções precisas e detalhadas; se, ao contrário, deveriam ser formuladas como problemas abertos; ou ainda, quais as vantagens e desvantagens comparativas das atividades realizadas diretamente pelos alunos e das demonstrações conduzidas pelo professor frente à turma. Articulado a estas questões, surge também o tema de quais são - e quais deveriam ser - os objetivos das atividades experimentais realizadas no contexto escolar.

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Este trabalho busca discutir a relação entre o caráter, mais aberto ou mais estruturado, das atividades experimentais propostas aos alunos de um curso introdutório de Física em nível universitário e a natureza, conceitual e/ou procedimental, das aprendizagens que ocorrem neste contexto. Nossa hipótese é que o formato mais aberto de atividades experimentais dificulta as aprendizagens de natureza conceitual uma vez que, conforme observamos em estudos anteriores, os alunos enfrentam dificuldades variadas, mas sobretudo de caráter procedimental, na realização de tais atividades. No presente trabalho, focalizamos a mesma atividade experimental antes usada, que visa determinar o alcance de uma esfera que desce por uma canaleta inclinada antes de cair em queda livre, mas apresentada na forma de uma demonstração com características diferenciadas, detalhadas adiante, configurando uma nova estratégia didática para a realização de atividades experimentais em classe. Esperamos mostrar, com base em dados obtidos junto aos alunos na forma de um relato escrito individual, que a estratégia didática da demonstração, em que o professor determina estratégias e procedimentos experimentais, permite dirigir a atenção dos alunos para questões conceituais, promovendo assim processos de aprendizagem neste plano.

A seguir, discutimos os objetivos de ensino-aprendizagem atribuídos às atividades experimentais e caracterizamos o desempenho discente na realização de atividades experimentais apresentadas em formato aberto. Finalmente apresentamos os dados obtidos com a estratégia de demonstração, que oferecem indícios favoráveis à nossa hipótese.

## OBJETIVOS PARA AS ATIVIDADES EXPERIMENTAIS: UMA QUESTÃO EM ABERTO

São inúmeras as expectativas associadas às atividades experimentais realizadas em contexto escolar. Um amplo estudo europeu, intitulado Labwork in Science Education (1998), sobre o laboratório de Física, Química e Biologia em nível secundário e universitário, conclui que, frequentemente, as atividades experimentais apresentam múltiplos objetivos, mas que não são enfrentados de modo específico e, por isso, dificilmente podem ser alcançados. Entre as recomendações apontadas, o estudo destaca a necessidade de propor atividades com objetivos claramente selecionados, definidos e explicitados, tanto para os professores como para os alunos.

É de se notar que, há quase 20 anos, Woolnough e Allsop (1985) já apontavam que é preciso enfrentar a questão das limitações do trabalho prático como veículo de objetivos muito ambiciosos. Pouco é conhecido sobre o amplo espectro de estratégias de aprendizagem no laboratório. Dez anos mais tarde, White (1996) mostra que existe pouca evidência que o laboratório promova uma melhor compreensão dos métodos e processos da ciência e que nem sempre há convergência entre o que pensam professores e alunos acerca dos objetivos pretendidos.

De qualquer modo, é necessário caracterizar os objetivos em potencial das atividades experimentais realizadas em laboratórios escolares. Um exame da literatura mostra que as respostas a esta questão são variadas (Jenkins 1999; Millar 1998; Lunetta 1998; Millar et al 1999), mas é possível encontrar superposições e convergências quanto aos objetivos apontados. Em nosso entender destacam-se, a grosso modo , três metas principais, ou objetivos de ensino, que apontam para o que se espera que os alunos aprendam durante a realização d e atividades experimentais. Em outras palavras, os objetivos de ensino-aprendizagem se organizam em torno de: (i) procedimentos experimentais (principalmente relacionados a obtenção de medidas); (ii) conceitos e princípios teóricos relacionados ao tema específico estudado; (iii) princípios gerais associados a planejamento e validação (' inquiry tactics ', segundo Millar 1998). Este trabalho trata especialmente dos dois primeiros objetivos, caracterizados respectivamente como procedimentais e conceituais, para averiguar o peso relativo das aprendizagens em função das estratégias didáticas utilizadas.

## DO LABORATÓRIO ABERTO À ESTRATÉGIA DE DEMONSTRAÇÃO: O CAMINHO PERCORRIDO

Em estudos anteriores realizados com alunos calouros do Curso de Física da UFRJ, mostramos o desempenho dos alunos quando envolvidos com uma atividade experimental que visava determinar o alcance de uma esfera que em queda livre (Colinvaux & Barros 2000, 2002). Nesses estudos, o problema é apresentado sem determinar os procedimentos para sua solução, portanto em formato aberto, e a tarefa é organizada nos moldes previsão-verificação. Adotando uma perspectiva de análise que enfatiza o uso de modelos teóricos e processos de modelagem, os resultados mostram que os alunos enfrentam dificuldades, especialmente quanto à realização de medidas e no que concerne o confronto final entre resultados experimentais e modelo teórico.

Assim é que surgiu a idéia de estruturar a atividade experimental em passos/etapas, que guiassem as ações discentes quanto às tarefas específicas a serem realizadas, tais como observação, análise do fenômeno e proposição de modelo teórico, obtenção e registro de medidas, análise dos resultados experimentais em confronto com modelo teórico. Com base nesta estruturação, a atividade foi realizada na forma de demonstração, conduzida portanto pelo professor frente à classe. Com duração de aproximadamente duas horas, a modalidade de demonstração aqui utilizada apresenta características diferenciadas, entre as quais destaca-se que os alunos recebem o roteiro da demonstração, com espaços previstos para anotações resultantes do acompanhamento da atividade. A figura abaixo retrata a situação experimental e os objetivos a serem alcançados.

FIGURA 1 - Atividade sobre Alcance de uma esfera

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Demonstração: Alcance de uma esfera Uma bola de aço é projetada em queda livre de uma altura H , com velocidade inicial v após rolar numa canaleta inclinada a partir de uma altura h. Objetivos:

- 1.Obter experimentalmente a relação entre o alcance A da bola e a altura h.
- 2. Desenvolver um modelo teórico para estabelecer a relação entre A e as grandezas medíveis na experiência.
- 3. Confrontar e discutir adequação do modelo com os resultados experimentais.

## RESULTADOS

A estratégia de demonstração para a atividade sobre Alcance de uma esfera foi utilizada em Janeiro e Maio 2003 e em Abril 2004, com três turmas de respectivamente 09, 20 e 20 alunos. Após a demonstração, cujo acompanhamento pelos alunos incluia anotações a partir do roteiro organizado em etapas, solicita-se aos alunos que, individualmente, preparem um relato final resumindo e sistematizando sua compreensão da atividade experimental.

A análise aqui apresentada focaliza os temas mencionados pelos alunos, mas sem levar em conta se as formulações são incorretas ou incompletas. Os dados mostram que aproximadamente metade dos alunos fazem referência aos resultados da atividade, isto é, mencionam a relação A/h (seja na forma de 'maior o h, maior será A' ou 'A é proporcional a h') e a diferença entre A teórico e A experimental . Pouco menos de um terço dos alunos também menciona aspectos conceituais como princípio de conservação da energia mecânica e independência de movimentos na queda livre e aparecem, de forma isolada e não sistemática, os temas de erros de medida e resistência do ar (para explicar a diferença entre A teórico e A experimental). Finalmente, são poucas as referências

a princípios experimentais gerais (antes caracterizados como 'inquiry tactics') e pouquíssimas as referências a aspectos procedimentais (necessidade de repetição de medidas).

## REFLEXÕES FINAIS

Os resultados obtidos com alunos de um Curso introdutório de Física em uma atividade experimental apresentada na forma de demonstração sugerem que esta estratégia oferece contribuições valiosas para o ensino-aprendizagem desta disciplina: parece confirmar-se a hipótese de que o formato mais aberto de atividades experimentais dificulta as aprendizagens de natureza conceitual uma vez que os alunos enfrentam dificuldades procedimentais básicas na realização de tais atividades. Os resultados mostram que a estratégia didática da demonstração, em que o professor determina estratégias e aponta detalhes mais específicos dos procedimentos experimentais, permite dirigir a atenção dos alunos para questões conceituais, promovendo assim processos de aprendizagem neste plano. Além disso, foi possível provocar nos estudantes uma salutar dúvida sobre o papel da teoria e dos modelos teóricos e sua relação com os resultados experimentais.

No entanto, falar em demonstração requer caracterização cuidadosa, tendo em vista as diferentes modalidades de realização desta estratégia. Além disso, é necessário considerar em que condições - e que níveis de ensino - a demonstração pode trazer benefícios. Neste sentido, deve ser examinada a possibilidade de uso da demonstração para alunos de ensino médio.

## REFERÊNCIAS

Colinvaux D &amp; Barros SS (2002) O papel da modelagem no laboratório didático de Física: O que há para se aprender? In Vianna DM et al (org) Atas do VIII EPEF , Águas de Lindóia.

Jenkins EW (1999) Practical work in science education: Some questions to be answered. In Leach J &amp; Paulsen AC (eds) Practical work in Science Education . Dordrecht, Kluwer &amp; Roskilde University Press (19-31).

Labwork in Science Education (1998) Disponível em www.physik.unibremen.de/physics.education/niedderer/projects/labwork/papers.html

Lunetta VN (1998) The school science laboratory: Historical perspectives and contexts for contemporary teaching. In Fraser BJ &amp; Tobin KG (eds) International Handbook of Science Education (Part One). Dordrecht, Kluwer (249-262).

Millar R (1998) Students' understanding of the procedures of scientific enquiry. In Tiberghien A; Jossem EL; Barojas J (eds) Connecting research in physics education with teacher education, an ICPE Book.

Millar R; Le Maréchal JF; Tiberghien A (1999) 'Mapping' the domain: Varieties of practical work. In Leach J &amp; Paulsen AC (eds) Practical work in Science Education . Dordrecht, Kluwer &amp; Roskilde University Press (33-59).

White, R.T. (1996) The link between the laboratory and learning. International Journal of Science Education , 18, 7.

Woolnough B &amp; Allsop T (1985) Practical work in science . Cambridge, Cambridge University Press.

## Apoio CNPq

Palavras-chave : ensino-aprendizagem, atividades experimentais, demonstração