EXPERIMENTOS DE BAIXO CUSTO NO ENSINO DE CONCEITOS DE FÍSICA

XVI SIMPÓSIO NACION AL DE ENSINO DE FÍSICA

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EXPERIMENTOS DE BAIXO CUSTO NO ENSINO DE CONCEITOS DE FÍSICA

a

Riama Coelho Gouveia [riamagp@uol.com.br]

Ricardo Roberto Plaza Teixeira [rteixeira@if.usp.br]

b

Centro Federal de Educação Tecnológica de São Paulo - CEFETSP

a

b

Centro Federal de Educação Tecnológica de São Paulo - CEFETSP

RESUMO

Não

é

recente

a

preocupação

em

inserir

experimentos

nas

aulas

das

disciplinas

científicas com a finalidade de facilitar a compreensão dos fenômenos naturais. Apesar

disso a grande maioria das escolas brasileira não possui laboratórios, os professores não

estão preparados para trabalhar com atividades experimentais e não existem centros ou

museus de ciência que possam dar conta dessa deficiência. É nesse contexto que

este

trabalho se insere: a construção de equipamentos, partindo de materiais de baixo custo,

para o estudo da Física em sala de aula, em oficinas e Centros de Ciência, incluindo a

preparação de Apostilas/ Roteiros para auxílio dos professores e o estudo da validade

destes

equipamentos enquanto instrumentos didático-pedagógicos no ensino da Física.

A elaboração dos equipamentos, que abordam desde conceitos de mecânica até a Física

Moderna, passando por óptica e eletromagnetismo, levou sempre em consideração a

possibilidade de reprodução em qualquer ambiente, me

infra-estrutura

laboratorial.

A bibliografia

nesse

sentido

é

razoável, incluindo livros de

experimentos e os próprios livros didáticos. A aplicação das atividades em salas de aula

na rede pública estadual de São Paulo, em oficina com alunos de Licenciatura em Física

e

em Feiras

de

Ciências,

permitiram

algumas

observações

bastante

interessante:

os

alunos

demonstram

grande

interesse

para

o

desenvolvimento

das

atividades

experimentais

em

sala

de

aula,

facilitando

a

discussão

dos

conceitos

físicos;

nas

atividades experimentais são privilegiadas a criatividade e a imaginação do aluno, que

ajudam a construir conhecimentos sólidos e o sentimento de autoria; os experimentos

servem

de

motivação

não

somente

para

os

alunos,

mas

também

para

os

futuros

professores, que vislumbram novas possibilidades didáticas.

PALAVRAS CHAVE: EXPERIMENTO, BAIXO CUSTO

INTRODUÇÃO

A

Ciência

Física

compreende

teoria

e

prática,

cálculo

e

observação,

lógica

e

experimentação.

O ensino

da

Física,

portanto,

também deve incluir

esses

dois

aspectos,

para

permitir ao estudante um contato mais próximo com a verdadeira ci

a grande

maioria das escolas,

principalmente nas da rede pública,

muito pouco se trabalha a

prática,

a

na sala de aula, em geral com o argumento de que não há estrutura preparada para essas atividades.

Este trabalho envolve a criação de alternativas à prática experimental nas aulas de Física por meio da elaboração de materiais de fácil reprodução, alguns d eles feitos a partir de matéria prima de baixo custo, como incentivo aos professores em sua prática docente e no intuito de auxiliar o processo de ensino-aprendizagem, despertando nos alunos interesse em adquirir conhecimento.

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DESCRIÇÃO DO TRABALHO

O desenvolvimento deste projeto pode ser dividido em duas etapas

bem distintas. A primeira delas é a construção dos equipamentos, que inclui

a elaboração de apostilas e roteiros para estudo e utilização dos mesmos. A

segunda etapa está relacionada à preparação e aplicação dos equipamentos

na realização de atividades pedagógicas em sala de aula, oficinas e feiras de

## Construção

Foram selecionados, a partir de livros didáticos de física e livros de experimentos, seis equipamentos para reprodução, alguns deles com pequenas adaptações. Em seu conjunto o material permite o estudo de diversos setores da física: movimento circular, ondulatória, óptica, eletromagnetismo e física moderna.

Para o estudo de força e de conceitos relacionados ao movimento circular foi escolhido um sistema com duas roldanas, uma grande e outra pequena, construído em papelão, com local para fixação de objetos na roldana menor, baseado no livro Física Mais que Divertida (Valadares, 2000). Várias atividades podem ser desenvolvidas a partir desse sistema, mas o foco deste trabalho será o 'Achatamento dos Pólos'. Neste, fixa-se uma fita de papel em forma circular no local apropriado e faz-se girar o sistema. Conforme a fita ganha velocidade sua região equatorial é forçada para fora e como c onseqüência o círculo transforma-se numa elipse achatada na região dos pólos, como ocorre com a Terra.

Relacionados ao som, foram elaborados dois materiais: o 'Telefone , também baseados em propostas do livro

Divertida . O primeiro é similar à brincadeira das crianças

com dois copos plásticos ligados por um fio. Foram feitos vários telefones, com diferentes materiais no copo e no fio e com diferentes comprimentos do fio, permitindo a avaliação dos fatores que podem influenciar na propagação sonora. O segundo equipamento é composto por duas superfícies parabólicas, montadas em madeira e papelão, posicionadas uma em frente a indo analisar a propagação do som através do

ar, assim como discutir a reflexão de ondas nas diferentes superfícies.

Para tratar da óptica foi escolhida a 'Câmara Escura', presente no livro Experiências de Física na Escola (Diez, 1996), cuja elaboração exige apenas uma lata ou caixa com um pequeno furo e uma folha de papel vegetal. Com esse material, realmente simples, é possível investigar a propagação da luz, e ainda relacionar o fenômeno observado com o que ocorre com o olho humano.

Sobre eletromagnetismo selecionou-se a reprodução de um pequeno motor elétrico, feito com pilhas, imã e pedaços de fio fino e grosso. Tal atividade é proposta em muitos livros didáticos de física, e também está presente em Física Mais que Divertida. A construção do material não apresenta complicações e o equipamento serve como base pa interessantes sobre eletroimãs, campo elétrico/ magnético, motores e geradores.

Em física moderna o experimento elaborado visa verificar a ordem

Achatamento dos Pólos

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Telefone com fio

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Telefone sem fio

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Câmara Escura

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Motor Elétrico

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Constante de Planck

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de

grandeza

da

constante

de

Planck.

Sua

montagem,

adaptada

do

livro

Física

Moderna

Experimental

(Cavalcante &amp; Tavolaro, 2003) consiste num circuito elétrico composto por dois

LEDs, um verde e um vermelho, ligados em paralelo; duas chaves liga/desliga, ligadas a cada um

dos LEDs; e um potenciômetro, que faz variar a tensão nos LEDs. Foram adicionados u m LED e

uma chave liga/desliga

principal,

que

servem para

acionar

o

conjunto

e

mostrar

que

está

em

funcionamento.

Como se pode observar pela descrição alguns dos equipamentos são construídos a partir de

matéria prima de baixo custo, como copos plásticos, l atas, barbante, etc. Outros exigem materiais

específicos

e

alguns

conhecimentos

adicionais,

como noções

de

eletrônica

ou

marcenaria.

Em

nenhum caso o custo do produto final é elevado..

Aplicações

Depois de elaborados os equipamentos foi possível utilizá-los em atividades pedagógicas,

tanto em sala de aula quanto em oficinas e feiras de ciências, no sentido de investigar o

seu valor

enquanto

recurso

didático,

a

capacidade

de

auxiliar

na

compreensão

dos

fenômenos

físicos

discutidos e a receptividade de alunos e professores em relação ao uso de experimentos no ensino

O 'Motor Elétrico' e o 'Telefone com Fio' foram trabalhados em sala de aula, com alunos do terceiro ano do ensino médio, na cidade de São Paulo, em escola da rede pública estadual, na disciplina de Física. Para uma melhor avaliação do papel pedagógico do experimento a atividade foi realizada de maneiras distintas em diferentes turmas .

Numa situação foi apresentada, em primeiro lugar, a teoria sobre os assuntos: eletromagnetismo, geradores e motores e discussão teórica sobre o som e suas propriedades, respectivamente. Em seguida, para o eletromagnetismo, foi proposta a construção, por parte dos alunos, de um motor elétrico, segundo modelo apresentado pelo professor, sendo que p ara tanto o s alunos receberam fios, pilhas, imã e tinham a disposição alicates e lixa. Para o som, um conjunto de sete telefones foi levado para a sala de aula, para que os alunos, separados em grupos de quatro ou cinco, testassem cada um dos aparelhos e anotasse num relatório suas características de constituição e a qualidade do som observado.

Para as outras turmas a proposta partiu da construção dos materiais por parte dos alunos. No caso do motor elétrico foi apresentado o modelo, fornecido o material, e os alunos deveriam reproduzi-lo, explicando cada etapa do que estavam fazendo. Para o estudo do som foram fornecidos copinhos de várias texturas, barbantes grossos e finos, com comprimento a ser definido pelo grupo. Além de construir os telefones, sendo o objetivo a comunicação mais clara, alta e de de melhor qualidade, os alunos deviam explicar cada uma de suas escolhas, e no final comparar seus telefones com os demais produzidos na sala, avaliando os fatores que influenciaram na qualidade de propagação do som.

A atividade sobre a 'Constante de Planck' foi desenvolvida numa oficina com alunos do 5º semestre do curso de licenciatura em física do CEFETSP. Em primeiro lugar foi exibida uma apresentação com noções sobre o funcionamento dos LEDs, em especial sobre as bandas de energia - de valência, proibida e de condução-, e com explicações sobre os cálculos necessários para a obtenção da constante de Planck a partir da tensão mínima necessária para que os LEDs acendam. Em seguida, foi mostrado o equipamento que seria utilizado para as medições e explicado o procedimento experimental a ser adotado. Tratando-se de uma turma pequena, as medições e cálculos foram desenvolvidos individualmente e anotados num breve relatório, que serviu de base para as discussões sobre os conceitos envolvidos.

O equipamento sobre 'Achatamento dos Pólos' foi levado a uma Feira de Ciências numa escola estadual de São Paulo, na cidade de Diadema. O público da Feira foi bastante diversificado, incluindo desde alunos do primeiro ciclo do ensino fundamental até alunos do ensino médio. A primeira parte desta atividade era a demonstração do fenômeno por meio do equipamento. Após despertar a curiosidade é que as explicações teóricas eram então fornecidas. Além disso, para

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auxiliar

a

compreensão

dos

mais

interessados

um cartaz

com algumas informações

importantes

acompanhavam a exposição.

Nem todos

os

equipamentos

puderam

ser

testados

até

o

presente

momento enquanto

os, mas novas atividades já estão agendadas, entre elas a utilização, em sala

de aula do ensino médio, na rede estadual de São Paulo, da 'Câmara Escura' para discussão sobre

fenômenos ópticos e do experimento sobre a 'Constante de Planck', no segundo semestre de 2004.

Também pretendemos realizar uma oficina para alunos do curso de Licenciatura em Física do

CEFETSP com a utilização do 'Telefone com Fio' e participar de uma Feira de Ciência com a

exposição do 'Telefone sem Fio', ambos no mês de setembro de 2004.

RESULTADOS

As atividades desenvolvidas em sala de aula, no caso

do 'Telefone com Fio' e do 'Motor

Elétrico', mostraram o quanto essas situações podem contribuir para a prática pedagógica e para a

construção

do

conhecimento

por

parte

dos

alunos.

Os

alunos

mostraram

grande

interesse

na

Em todas as situações onde o

motor elétrico foi aplicado, cada grupo queria fazer o motor

girar mais rápido e funcionar de maneira mais adequada que o outro. Nas turmas que já haviam

recebido a teoria sobre eletromagnetismo a construção do material foi bastatne rápida, e a percepção

dos fatores que influenciavam o giro foi geral. Alguns alunos reproduziram o material em casa, em

outros tamanhos, com fios mais grossos, maior corrente, e alteração de outras variáveis, trouzendo

nas semanas seguintes para mostrar e solucionar algumas dúvidas. Para as turmas que não haviam

recebido

ainda

a

teoria

sobre

o

assunto

muitas

hipóteses

foram

desenvolvidas:

a

respeito

do

diâmetro da bobina, da distância em relação ao imã, sobre a grossura e o 'peso' do fio utilizado, ...

Os

grupos

que

conseguiam

fazer

funcionar

o

equipamento

primeiro

visitavam

outros

grupos

fornecendo informações e auxiliando o trabalho dos colegas.

No estudo do som com a brincadeira dos t elefones, também é possível uma diferenciação

entre as duas abordagens. Quando a teoria já era conhecida e os aparelhos já estavam montados o

grande quantidade de perguntas durante a atividade e a análise d os relatórios

elaborados pelos grupos, que mostra que em todos os casos foram percebidas relações entre a tensão

do fio

e

a

propagação do som e entre o densidade linear do fio e as características do som

transmitido. Para as turmas que começaram pela construção do material foi poss

dos

conhecimentos

anteriores,

neste

caso

adquiridos

nas

brincadeiras

infantis,

que

direcionaram

várias escolhas na matéria-prima e auxiliaram a explicação destas escolhas. O que mais se destacou,

porém, foi a criatividade na construção dos materiais e na diversidade de testes realizados para a

constatação das propriedades e da qualidade dos aparelhos.

No trabalho desenvolvido com os alunos de Licenciatura em Física sobre a constante de

Planck, o fato

que mais merece destaque foi a reação dos futuros professores ao perceber a

possibilidade

de

trabalhar

a

Física

Moderna, experimentalmente, em aulas do ensino médio. O

desenrolar da atividade não trouxe surpresas ou complicações e os valores encontrados para a

constante de planck estavam dentro da ordem de grandeza esperada. Os alunos interessaram-se pela

montagem

do

equipamento,

copiaram

o

esquema

elétrico

do

circuito,

discutiram

adaptações

s à aplicação no ensino médio e afirmaram acreditar na utilização dessa atividade na futura prática docente.

Sobre a Feira de Ciências, muitos alunos, de diversas faixas etárias, pararam para conhecer o experimento. Quase sem exceções, a maior surpresa era perceber como um equipamento tão simples poderia explicar o fenômeno de achatamento dos pólos terrestres, ou de outros planetas, fato estudado nos primeiros anos escolares sem a discussão dos . Para os alunos do ensino fundamental, a análise do fenômeno restrigiu-se praticamente à observação, acrescidas de algumas noções sobre o conceito de força. Para os alunos do ensino médio, que já haviam estudado força, vetores e , em alguns casos, até o movimento circular, as discussões puderam ser mais aprofundadas, com o aparecimento de questões muito interessantes.

estudantes das turmas.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

As atividades desenvolvidas neste trabalho são uma pequena amostra do que pode ser feito no sentido de concretizar a inclusão de experimentos nas aulas de Física do ensino fundamental e -estrutura apropriada e com a utilização de poucos recursos.

Os resultados atingidos - a participação e interesse dos alunos, o estabelecimento de relações a partir da observação e da experiência, os questionamentos, a pesquisa, a reprodução de equipamentos fora da sala de aula, etc. - não deixam margem à dúvida. O experimento faz parte da Física e do ensino da Física, e deve-se fazer presente no cotidiano do aluno e do professor.

## REFERÊNCIAS

DIEZ, Arribas Santos. Experiências de Física na Escola . Passo Fundo: EDIUPF, 1996.

TAVOLARO, Cristiane R. C. e CAVALCANTE, Marisa A. Física Moderna Experimental . Barueri, SP: Manole, 2003.

VALADARES, Eduardo de Campos. Física mais que divertida: inventos eletrizantes baseados em materiais reciclados e de baixo custo . Belo Horizonte: UFMG, 2000.