LABORATÓRIO DE FÍSICA: MAXIMIZAR O APRENDIZADO MINIMIZANDO OS CUSTOS

## LABORATÓRIO DE FÍSICA: MAXIMIZAR O APRENDIZADO MINIMIZANDO OS CUSTOS

Andrés R. R. Papa (papa@on.br) a Lilian Pantoja Sosman (sosman@uerj.br) b

- a Depto. Mat. e Comp., UERJ, Estr. Resende-Riachuelo s/n, Morada da Colina, 27523-000 RJ, Resende
- Observatório Nacional, Rua Gen. José Cristino 77, São Cristóvão, 20921-400 RJ, Rio de Janeiro
- b Instituto de Física, UERJ, Rua São Francisco Xavier 524, Maracanã, 20559-900 RJ, Rio de Janeiro

## RESUMO

Neste trabalho se propõe um método para a realização de experiências de laboratório nos primeiros anos de universidade, que fortalece a formação e favorece a independência e responsabilidade do estudante. Ao mesmo tempo, o método diminui o número de equipamentos necessários permitindo um melhor aparelhamento dos laboratórios. A proposta está baseada em três aspectos fundamentais: primeiro, o estudo individual do aluno, prévio à realização do experimento, segundo, a realização da experiência de forma individual e terceiro, na aula de laboratório cada aluno realiza uma experiência diferente (o que permite uma redução dos custos de estabelecimento e manutenção do laboratório). Os alunos que recebem este tipo de formação podem desenvolver notáveis habilidades para a Física Experimental.

## PALAVRAS-CHAVE

Laboratório de Física, Método de Ensino.

## 1. INTRODUÇÃO

O ensino e o aprendizado da Física devem ser baseados parcialmente na utilização de laboratórios didáticos. O estudante, no laboratório, é colocado diante de diversos desafios, tais como: entender como funcionam os equipamentos e instrumentos de medida e como utilizá-los, aprender a analisar os dados obtidos nos experimentos, utilizar esses dados no formalismo matemático indicado e observar a validade, ou não, das hipóteses. Por isso, o método de ensino deve proporcionar a oportunidade para que o aluno utilize plenamente a sua capacidade de raciocínio e, ao mesmo tempo, orientar o seu aprendizado. Com isto, o ideal é que o aluno disponha de material didático que introduza o assunto de cada experimento, fornecendo a base teórica e o roteiro, destacando os cuidados que devem ser tomados na manipulação dos equipamentos e quais e quantas medidas devem ser realizadas. É também muito importante que cada aluno tenha a possibilidade de realizar todos, e cada um, dos passos da aula de laboratório, para assim atingir um aprendizado pleno. Para isso o aluno deve trabalhar a sós ou, no máximo, com um colega de turma. Porém, isso causa um problema de infraestrutura. Os equipamentos em geral são caros e, devido à baixa disponibilidade de empresas fabricantes de equipamentos para laboratórios didáticos no país, muitas vezes as importações se fazem necessárias. Há também o fato de que muitos produtos vendidos atualmente apresentam um tempo de vida curto, por não serem confeccionados com o material mais adequado. Devemos lembrar que, mesmo um estudante cuidadoso pode danificar um equipamento, fato perfeitamente normal no quotidiano do laboratório. Unindo essas duas realidades, ou seja, a necessidade de um aprendizado individualizado no laboratório, que seja eficiente, e as verbas, sempre reduzidas, para a montagem e manutenção dos laboratórios de ensino, apresentamos, neste trabalho, um método que satisfaça a primeira e que tenda a minimizar a segunda.

## 2. O MÉTODO

Em uma aula comum à turma, o aluno tende a abster-se de estudar previamente, confiando que a explicação dada pelo professor fornecerá as ferramentas necessárias para a realização do experimento. Do ponto de vista didático, para que o aluno tenha o desempenho otimizado, deve conhecer os conceitos que serão abordados e dominar a ferramenta matemática de análise e tratamento dos dados obtidos no experimento. Por isso torna-se necessário algum treinamento prévio, como por exemplo, a leitura de material didático introduzindo os conceitos básicos do fenômeno a ser observado. No método utilizado atualmente na maioria das universidades brasileiras isto se consegue através da aula teórica (normalmente o curso de laboratório está sincronizado com o curso teórico) e na introdução que se faz ao começo da aula de laboratório.

A proposta do método começa com a preparação de uma guia de estudo (que deve ser concisa mas suficientemente clara) e do roteiro do experimento. Segue um esquema geral deste tipo de guia (adaptado de Alonso et al [1]):

## TÍTULO

## OBJETIVO

INTRODUÇÃO TEÓRICA (onde se apresenta o fenômeno e as principais equações que serão utilizadas na experiência)

DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO (onde se apresenta o equipamento e os aspectos gerais de seu funcionamento)

MEDIÇÕES A REALIZAR (as medições e os cuidados que devem ser tomados durante as mesmas)

CÁLCULO DAS GRANDEZAS ASSOCIADAS OBTIDAS POR MEDIDAS INDIRETAS

CÁLCULO DE ERROS (orientações para que o aluno calcule as incertezas relacionadas à experiência e sobre possíveis correções a serem introduzidas nos resultados finais)

REFERÊNCIAS (tanto sobre teoria quanto sobre experimentos relacionados recentes)

APÊNDICES (quando se faz necessário para algum desenvolvimento um pouco mais complexo, para tabelas, etc.).

Ao chegar ao laboratório, para a aula, o aluno já deve ter estudado esse material e demonstrar o conhecimento através de uma entrevista individual com o professor (ou algum método equivalente). Isto favorece a independência do aluno para enfrentar problemas novos e desconhecidos. Uma vez aprovado na entrevista o aluno é encaminhado para o posto de trabalho, onde lhe são dadas orientações complementares às do material de estudo, que eventualmente se façam necessárias. Quando a experiência o permite o aluno a executa a sós. No máximo realizam a mesma experiência em um só posto de trabalho, dois alunos.

Uma vez realizado o experimento o aluno entrega uma cópia das medições realizadas ao professor e deixa o laboratório. Na próxima aula de laboratório (normalmente, uma semana depois) o aluno entrega o relatório ao professor. Novamente é feita a entrevista em relação à experiência que o aluno realizará esse dia. O professor corrige o relatório durante a realização das experiências e discute com o aluno a qualificação ao final da aula. Mesmo que a experiência seja feita em dupla, tanto a entrevista inicial, quanto o relatório e a entrevista final são individuais. O aluno entrega os dados correspondentes à experiência do dia e o ciclo começa novamente. É permitido, ao aluno, visitar o laboratório (antes mesmo da aula) para que possa esclarecer ' in-situ ' eventuais dúvidas que apareçam durante a leitura do material de estudo referentes ao manuseio dos equipamentos. Esta visita pode ocorrer em horários pré-estabelecidos para esse fim e sempre sob a orientação dos professores da disciplina.

É importante que o aluno siga o método desde o primeiro curso de laboratório. Uma vez começado com outro método, a tentativa de implementação deste pode trazer dificuldades extras [2].

## 3. DISCUSSÕES E RESULTADOS

É bastante comum no ensino de Física a realização de experiências seguindo um cronograma no qual toda a turma realiza a mesma experiência na aula do dia. Esta prática torna bastante dispendiosa a montagem do laboratório de ensino. Para o atendimento de uma turma de vinte alunos, tendo como número máximo dois alunos por bancada, torna-se necessária a existência de dez bancadas, cada uma delas contendo todo o aparato necessário para a execução do experimento do dia. Mesmo com equipamentos que podem ser utilizados em mais de uma experiência, um número grande de componentes deve ser adquirido.

Cada grupo realizando um experimento diferente do resto da turma diminui o número de equipamentos necessários e, fato mais importante, obriga o aluno a estudar o material recomendado e refletir sobre o conceito físico e os procedimentos matemáticos envolvidos no experimento. A composição de um grupo com dois estudantes também faz com que, aquele aluno que se julga menos talentoso para a ciência experimental, e que em geral assiste a tudo passivamente para 'não prejudicar o andamento da experiência', dedique-se igualmente ao trabalho, conseguindo com isso progressos no seu aprendizado.

Em uma disciplina de Física Básica, no semestre de 20 semanas de aula, o número de experimentos pode chegar a 16, reservando aulas para provas parciais, prova final e aula de reposição. Para preenchermos com experimentos diferentes as semanas disponíveis teríamos a necessidade de 16 x 10 = 160 kits experimentais. Com o método aqui apresentado esse número seria reduzido a 16 (isto é, 10% do gasto original) ou, supondo que se decida ter no laboratório um equipamento redundante de cada experiência (para evitar que algum aluno possa perder uma experiência devido a a lguma falha de funcionamento), a 32 (20% do gasto original).

Após mais de quinze anos de experiência na Universidade de Havana (ARRP, cinco como aluno e dez como professor do curso de Física) pode-se dizer que o método consegue uma formação nos alunos tal que, mesmo aqueles que seguem carreira na Física Teórica, conseguem utilizar o laboratório e tirar conclusões dos experimentos sem maiores dificuldades. Além disso, pode se dizer que o método estimula a preferência pela Física Experimental em uma significativa parte dos alunos.

Na Universidade de Havana, ao final do ciclo básico, entre os laboratórios de Física Geral e de Eletrônica, o aluno realiza aproximadamente 100 experiências (entre três e quatro horas cada), em quase todos os casos, com os instrumentos que normalmente se encontram nos laboratórios de pesquisa (ou muito parecidos com estes [1,3,4,5]). A própria existência dos laboratórios na Faculdade de Física da Universidade de Havana (bastante bem equipados), é uma prova da efetividade do método do ponto de vista econômico (já que são sabidas as dificuldades financeiras da ilha). Ele evita, por outro lado, a necessidade de utilização de kits de experiências que, mesmo sendo uma variante também relativamente barata, apresentam o problema de, em geral, não serem muito próximos aos instrumentos com os quais o futuro físico terá que se defrontar.

Na nossa discussão não foram incluídos os casos em que um equipamento pode ser utilizado em várias experiências. Uma análise e organização cuidadosas do laboratório, e da seqüência de experiências, pode levar também a uma otimização ainda maior dos recursos necessários para o funcionamento do mesmo. É de se fazer notar que, os laboratórios de disciplinas avançadas (por exemplo, Física do Estado Sólido, Fí sica Nuclear e Física Atômica) deveriam seguir este método (pelo menos no que se refere à própria realização da experiência) forçadamente devido ao alto custo de materiais e equipamentos e para evitar que muitos alunos realizem a mesma experiência em apenas um equipamento.

## 4. CONCLUSÃO

O método é uma possibilidade real para os laboratórios de ensino de Física no Brasil já que reúne duas qualidades fundamentais: a) fortalece a formação teórico -experimental dos alunos criando uma marcada inclinação para a Física Experimental; b) consegue uma redução de custos tanto de

estabelecimento quanto de manutenção dos laboratórios que oscila, para turmas normais, entre 80% e 90% dos custos atuais.

Em cursos seriados é mais simples (devido à definição estrita dos h orários dos alunos) dar um outro passo à procura de melhorar a independência e responsabilidade dos alunos: o laboratório permanecer aberto nos horários em que os alunos não têm aulas teóricas. Então cada aluno teria a possibilidade de fazer a sua própria programação [3], sabendo que deve cumprir um certo número de experiências ao longo do período.

## 5. REFERÊNCIAS

- [1] Alonso M., de Melo O, Menéndez M.C. e Papa A.R.R., Laboratório de Física Molecular, Universidad de La Habana, La Habana, Cuba, 1991.
- [2] Papa A. R. R., Experiência pessoal, Laboratórios de Ótica I, II e III no IF-UERJ, 1994-1995.
- [3] Calzadilla O., Molina T., García M e Aguilera S., Laboratório de Óptica, Universidad de La Habana, La Habana, Cuba, 1992.
- [4] Font R., Gonzalez-Raña C., Martell A. e Calviño M., Laboratório de Electromagnetismo, Universidad de La Habana, La Habana, Cuba, 1990.
- [5] Calviño M. e Seuret D., Laboratório de Electrónica, Universidad de La Habana, La Habana, Cuba, 1990.