UMA SEQÜENCIA LOGICA E CONCEITUAL PARA O ENSINO DE MECANICA

## UMA SEQUÊNCIA LÓGICA E CONCEITUAL DO ENSINO DE MECÂNICA

Cláudio Rejane da Silva Dantas 1 , Francisco Augusto Silva Nobre 2

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EEM Governador Adauto Bezerra, SEDUC/CE 2 Departamento de Física da Universidade Regional do Cariri - URCA

O presente trabalho "uma ma seqüência lógica e conceitual para o ensino de Mecânica no ensino médio" pretende dar alternativa que busque a facilitar o aprendizado de Física no ensino médio, que é a última etapa do ensino básico. Nesta perspectiva, procuramos investigar duas turmas de 1º ano , uma em que aplicamos o método convencional ( turma A ) com 31 alunos, na qual trabalhamos a seqüência de c conteúdos s que seguem a maioria dos professores e livros didáticos adotados e outra em que na proposta adotada ( turma B ) com 43 alunos defefendemos uma seqüência mais lógica do ensino de mecânica que possibilite o ensino de Física conceitual e não apenas o ensino voltado para que o educando veja a Física como disciplina de caráter matemático . O trabalho constitui-se de um estudo bibliográfico, e um estudo de caso que foi realizado durante os dois primeiros bimestres do ano letivo em uma escola de Juazeiro do Norte -Ce. Utiliza -se a pesquisa com participação dos alunos, em que a coleta de dados constitui-i-se de testes realizados nas turmas , , como instrumento de coleta de dados, analisamos essas informações e fizemos uma análise comparativa entre o aprendizado das duas turmas. No estudo efetivado conclui-i-se que os alunos do método convencional ( em que dar-se ênfase a exercícios repetitivos e importância a equações matemáticas) apresentaram uma maior dificuldade no aprendizado de Mecânica, em virtude do exagerado nível matemático que é atribuído nesta etapa do ensino básico. Com o método proposto os alunos adquiriram um maior interesse pelo aprendizado de Física, em virtude do caráter conceitual existente que apresenta uma melhor relação entre os conteúdos, possibilitando a compreensão de exercícios que envolvem o uso de equações matemáticas, assim o aluno terá condições de interpretar os resultados de exercícios apresentados . Dando aos alunos de escolas públicas a oportunidade de verem mais temas que são básicos para a compreensão mais complexa da Física. O estudo possibilita ainda a compreensão de que a Física apresenta um grau de rejeição muito elevado pela maioria dos alunos devido o objetivo ser apenas preparar os alunos para enfrentar " o vestibular " e não para que o aluno possa associar os conceitos físicos com o mundo em sua volta.

## INTRODUÇÃO

A Física é vista pelos alunos do ensino médio como matéria que apresenta um grau de dificuldade elevado, e a maior parte dos professores da cidade de Juazeiro do Norte e não possui formação específica em ensino de física a [1], tornando o processo ensino e aprendizagem dessa matéria desvinculada dos objetivos dos Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio, que é associar os conhecimentos de Física com a produção moderna, em que o aluno possa utilizar os conceitos aprendidos no seu dia -a-a-dia. Percebemos que o ensino de física é tratado no ensino o médio sem vínculo com a realidade dos alunos, apenas o que vale é decorar fórmulas e mais fórmulas e reproduzi-las nas provas e depois esquecê-las, tornando o estudo enfadonho. Trazendo à tona as considerações de Paulo Freire [2] ( 1998,pg.57) sobre a Concncepção bancária da educação em que

cabe ao educador depositar o conteúdo programático da educação. Restando para o educando receber esse conteúdo, guardá-lo e arquivá-á-lo .

Nessa perspectiva o ensino da física é marcado pelo método tradicional. Este método, de acordo com Libâneo [3] (1994,P.64) fundamenta-a-se na transmissão dos conteúdos sistematizados aos educandos pelo professor, para que os mesmos memorizem esses conteúdos com a finalidade de realização de testes.

O objetivo deste trabalho é comparar uma proposta de uma nova seqüência de conteúdos, adotando como recurso didático o livro de Paul Hewitt [4], que diferente da maioria dos livros didáticos introduz a Física conceitual, , com a seqüência que já é trabalhada no ensino de Mecânica Newtoniana na primeira série do ensino médio, aplicado em uma escola pública de Juazeiro do Norte, seguindo os objetivos específicos abaixo:

- · Observar a relevância de cada conteúdo que seja conhecimento básico para o aluno que começa a estudar física e que seja pré-é-requisito para o entendimento de assuntos posteriores, estabelecendo uma nova proposta de seqüência dos conteúdos, através de uma abordagem conceitual.
- · Aplicar essa proposta com alunos que venham a freqüentar uma turma (B) do 1º ano do ensino médio, e em outra tur ma (A) aplicar a forma usual de abordagem da Mecânica..
- · Analisar os resultados da aprendizagem durante os dois primeiros bimestres em ambas as turmas.
- · Comparar o método de ensino tradicional e a nova proposta com relação à assimilação dos conteúdos de Mecânica.

## A FÍSICA E OS PCN'S

Percebe -se uma preocupação no atual currículo do ensino de física, ao colocar alguns questionamentos tais como: Como modificar a forma de trabalhar sem comprometer uma construção sólida do conhecimento em física? Até que ponto o se deve desenvolver o formalismo em física? Como transformar o antigo currículo? O que fazer com pêndulos, molas e planos inclinados ? Que tipo de laboratório faz sentido? Que temas devem ser privilegiados? É possível " abrir mão " do tratamento de alguns tópicos como, por exemplo, a cinemática? E na Astronomia, o que tratar? É preciso introduzir física Moderna? São essas questões que ainda estão sem solução, colocadas bem claras nos Parâmetros Curriculares Nacionais[5], e que merece muita reflexão para se se chegar a alternativas que venha melhorar o ensino de Física no ensino médio. Então é necessário que os professores repensem o método de ensino de Física nas escolas públicas.

" "...caberá sempre ao professor, dentro das condições específicas nas quais desenvolve seu trabalho, em função do perfil de sua escola e do projeto pedagógico em andamento, selecionar, priorizar, redefinir e organizar os objetivos em torno dos quais faz mais sentido trabalhar." ( PCN +, cit. Pg.62)

Portanto cabem a nós professores rerepensarmos o que estamos transmitindo aos nossos alunos, ver se realmente este conteúdo é importante, qual a seqüência que deve ser abordada. Principalmente sabendo da precária condição em que se encontra o ensino público, com o tempo mínimo de aula, é aí que devemos ter consciência de que conteúdo deve ser trabalhado.

É possível perceber ainda que a física está presente na vida de todos desde os mais estudiosos no assunto até os mais leigos, a física está ao nosso redor, convivemos com ela todos dias, mesmo

sendo especialistas no assunto ou sem nenhum conhecimento organizado, principalmente neste mundo em que o progresso científico modifica o nosso modo de viver.

Cherman n [6] 1 ( 2005 ) descrevendo como é vista a física afirma que geralmente, quando retirada de seu contexto mais amplo e belo, a física em nossa infância ou adolescência torna -se algo árido e penoso, uma sucessão de regras poucos claras e bem distantes do nosso dia-a-a-dia. Uma sucessão de planos inclinados, pêndulos, giroscópios, circuitos elétricicos, transformações adiabáticas e o que mais houver nos livros de colégio, tudo isso vai afastando as pessoas da beleza de que trata a física.

## PESQUISA SOBRE O ENSINO DE FÍSICA NO NÍVEL MÉDIO NO BRASIL

## ENSINO DE FÍSICA E PESQUISA EDUCACIONAL

De acordo o com Nardi [6] ( 2001,pg.17) o ensino de Física ainda apresenta as mesmas características de 160 anos atrás, uma disciplina estanque, pronta e acabada. Em que no processo de ensino aprendizagem de Física, valoriza -se a memorização, a aula expositiva.

O aututor diz que as pesquisas existentes no ensino de física, em torno de 91% encontra -se na região Sudeste. E que a grande maioria aborda questões ou problemáticas que estejam próximo às universidades onde foram defendidas, não estendendo a outras realidades, ocorrendo uma ausência de estudos relativos as diversas realidades geo-o-educacionais do país, bem como a falta de grupos de pesquisa espalhados por todo o país, de forma a catalisar reflexões e transformações no ensino de física de um modo mais global.

" EnEncontramos pesquisas que apresentaram uma nova proposta curricular para o ensino de física no nível médio ou em parte dele, porém sem uma aplicação real dessas propostas em situação escolar, de forma que se pudesse verificar a efetividade das propostas frfrente ao problema inicialmente concebido." ( Nardi,2001,pg.23)

## O UNIVERSO PESQUISADO E EXECUÇÃO DA PROPOSTA

Proposta para o ensino de mecânica

Desenvolveremos uma proposta para o ensino de Mecânica no ensino médio seguindo o método de Hewitt [4], começaremos com uma abertura sobre História Ciência e seguindo com a primeira Lei de Newton do movimento, em vez de iniciarmos a mecânica com a cinemática. Segundo Hewitt, com muita freqüência a cinemática vista no 1º ano do ensino médio domina a " parte do do leão" de um curso introdutório de física, o que é um erro . Constituindo-se no "buraco negro" do ensino de física - - gasta-a-se muito tempo para se obter muito pouco. É comum no ensino médio em meados de agosto os professores ainda estarem tratando da cinemática. Se a intenção no ensino de física do ensino médio for a compreensão de conceitos, isso é um absurdo, pois os conceitos de rapidez, velocidade e aceleração dificilmente são o que há de mais excitante a oferecer aos alunos. Se o nosso objetivo é tornar o aprendizado da física cansativo, então

apresentemos essas equações logo no primeiro dia de aula, e avise a turma que pelos próximos meses os esforços serão em trabalhar com estas equações.

Na nova proposta, começaremos com a primeira Lei de Newton, começando com um breve resumo histórico que vai de Aristóteles a Galileu e depois evoluirmos para o assunto principal do capítulo - o conceito de equilíbrio mecânico. Dessa maneira, os alunos deparar-se-ão com a mecânica via conceito de força, que é é muito mais familiar e compreensível do que os conceitos de velocidade e aceleração. A combinação vetorial de força também é mais facilmente aprendida que a combinação vetorial de velocidades. Assim os alunos começarão com uma parte da física que lhes é m ais confortável, antes de se depararem com as equações da cinemática. Eles só verão isso em outro momento, durante o ensino de mecânica (movimento retilíneo), em que o conceito de aceleração é abordado, pois ele é necessário para a segunda Lei de Newton.

Dando seqüência ao ensino de mecânica daremos início à segunda lei de Newton, que é fundamental à mecânica e merece mais atenção. Certamente mais tempo podemos reservar a esse estudo se nos desviarmos do atoleiro que é o ensino da matemática da cinemáticica. Os conceitos de velocidade, e aceleração são realçados no final deste estudo de mecânica, o que justifica o tratamento mais leve que lhes foi dispensado no capítulo prévio.

Daremos seqüência com a terceira lei de Newton. Uma vez que a abrangência aqui ui é menor do que nos estudos anteriores, dando ênfase a regra do paralelogramo para combinar vetores, tanto o vetor força como o vetor velocidade. Ele também introduz componentes de vetores.

Na seqüência, destacaremos o conceito momento. Enquanto a maioria dos livros didáticos do ensino médio aborda energia antes do momento. A conservação do momento é uma extensão lógica desta lei (terceira lei de Newton). O momento, m.v, é também muito mais simples de compreender do que a energia cinética (m(m.v v 2) / 2. E particularmente nesta parte, o tratamento dispensado a vetores, aprendido no capítulo anterior, é usado com momento, mas não com energia.

Geralmente o movimento de projéteis é tratado imediatamente seguinte ao movimento retilíneo, ele deveria se deslocar para o último capítulo de mecânica, combinado ao movimento de satélite. O principal motivo é adiar a abordagem de um assunto que é difícil à maioria dos estudantes do ensino médio. O movimento de projéteis conduz logicamente ao movimento de satélites. Qualquer projétil, desde que se mova suficientemente rápido, pode ser um satélite terrestre. Ou, movendoose mais rápido ainda, pode tornar-se um satélite do sol. Movimento de projéteis e movimento de satélite se complementam.

É bom salientar que a estruturura de conteúdos não será modificada, apenas mudamos a lógica seqüencial dos conteúdos, e verificamos qual a mudança na aprendizagem dos alunos. Começando com a primeira Lei de Newton, o aluno terá conhecimento sobre o conceito de inércia de Galileu, para em seguida entender o movimento constante de um corpo em uma linha reta.

Sabendo também que na escola pública o tempo que é reservado para a disciplina de física é reduzido1 o1 , muito tempo é utilizado no estudo da cinemática. Com a proposta que apresentamos o aluno terá oportunidade de assimilar os assuntos que são básicos para a compreensão de outros conteúdos tratados na física.

## DESENVOLVIMENTO E RESULTADO

O primeiro conteúdo abordado na turma A foi "Cinemática Escalar". No início do capítulo tratamos com o aluno sobre conceitos de referencial, trajetória, distância percorrida e

deslocamento. Percebemos que os exercícios existentes nos livros didáticos dão ênfase a raciocínios matemáticos, portanto para grande maioria dos alunos torna o estudo pouco interessante.

Com a turma B iniciamos o conteúdo "A primeira Lei de Newton do Movimento". Abordando os primeiros pensadores sobre o movimento dos corpos, nos quais demos ênfase as idéias de Aristóteles, Nicolau Copérnico e chegando a Galileu Galilei. Com m Galileu e suas experiência com os planos inclinados trabalhamos a idéia do movimento na ausência do atrito, em que os alunos compreenderam o conceito de inércia, entendendo melhor a primeira Lei de Newton do movimento. As questões aqui trabalhadas despertaram grandes reflexões por parte dos alunos, assim não couberam apenas respostas prontas.

Dando continuidade ao primeiro bimestre trabalhamos com os alunos da turma A o conteúdo "velocidade média". A turma apresentou grande dificuldade em lidar com cálcululo, principalmente no uso da fórmula de velocidade média.

Com uma avaliação realizada com esta turma, podemos desenhar o gráfico1, onde concluímos que muitos alunos não conseguiram atingir a nota mínima exigida pelo colégio (esta nota tem valor 6 ).

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Portanto o teste aqui aplicado comprova a baixa aprendizagem no conteúdo trabalhado de Física, onde na maior parte das questões foi exigido raciocínio matemático.

Os livros didáticos abordam o assunto de velocidade média trazendo um grande número de exercícios repetitivos e deixando abstrata a compreensão do conceito de velocidade média. O gráfico 2 mostra que o resultado da prova bimestral,não mudou muito em relação a primeira avaliação. Notamos que a maior parte dos alunos não consegue compreender ou mesmo resolver questões que envolvem cálculo.

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O rendimento da turma A continua baixo, porém este resultado já era esperado. Esta não é uma dificuldade apenas desta turma, pois pelo tempo que estamos no magistério, a disciplilina de física sempre se apresentou como disciplina crítica do ensino médio.

Na turma B percebemos um grande envolvimento da turma, apesar da aula ser expositiva, esta despertou nos alunos curiosidades sobre alguns conceitos tratados, tais como o conceito o de inércia, e qual a importância desse conceito no seu cotidiano. Resolvemos exercícios conceituais e aplicamos um primeiro teste conceitual. Vejamos o resultado:

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Pelo gráfico, podemos constatar que o resultado foi surpreendente. Percebemos que a maioria dos estudantes ficaram acima da nota 6, mostrando portanto que devemos trabalhar com mais freqüência a física conceitual no ensino médio.

Para prova bimestral ( gráfico4 ) foram cobrados os assuntos "Movimentos retilíneos, abordando do os conceitos de rapidez, de velocidade e aceleração, elaborando questões que necessitassem do aluno também conhecimentos matemáticos do uso da equação de velocidade média

.

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Neste teste abordamos questões que exige o uso da fórmula la de velocidade média, sendo o resultado parecido ao da turma convencional, como pode ser visto no gráfico 4. Mesma assim, podemos constatar um avanço, pois mesmo esta turma não tendo o foco do ensino levado para o cálculo, os estudantes apresentaram um resultado um pouco melhor que o da turma B

Este resultado mostra a problemática que encontramos em trabalhar a Física no ensino médio da escola pública, devido a grande deficiência em Matemática. Faz-z-se importante acrescentarmos nos conteúdos de física do ensino médio a física conceitual, para que os alunos venham despertar mais interesse pela disciplina. Torna-se essencial também não esquecermos a necessidade da matemática.

Já no segundo bimestre realizamos uma avaliação na turma A (gráfico 5) com o contnteúdo "equações e gráficos dos movimentos retilíneo uniforme e uniforme variado". Vale ressaltar que consideramos apenas para efeito da pesquisa a nota desta avaliação, excluindo os trabalhos efetuados em sala de aula.

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Nesta etapa, observamos que não houve mudança nas notas dos alunos, ocorrendo um elevado grau de dificuldade na interpretação de gráficos. Constatamos um obstáculo à aprendizagem dos alunos a troca de incógnita, como espaço (r(rS) ao invés de (rX)X), que já é conhecido por eles da matemática. Neste teste podemos perceber através dos gráficos que a física aqui apresentada é pura matemática.

Na turma B trabalhamos o conceito de queda livre e a segunda Lei de Newton do movimento. Realizamos também uma avaliação para constar como nota do segundo bimestre. Neste bimestre vejamos o resultado no gráfico 06.

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Neste teste foi abordado conceitos teóricos como a compreensão sobre a segunda Lei de Newton do movimento e também raciocínio matemático sobre a força de tração e força de atrito (cinético e dinâmico). Notamos pelos resultados obtidos a importância da inclusão dos conceitos de física no contexto curricular da disciplina.

Percebemos até este momento do trabalho, que o ensino de mecânica pelo método tradicional nos pepermitiu chegar somente até o estudo da queda livre. Na proposta aqui apresentada (turma B) chegamos ao estudo da terceira Lei de Newton do movimento e concomitantemente ao estudo do Momento Linear. É incontestável o ganho de conteúdos que temos para apresentar aos alunos, vale lembrar de que não existe nenhuma intenção de querer acelerar os conteúdos, sendo apresentados no mesmo ritmo do ensino convencional.

## CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS

A análise de trabalhos escritos e testes realizados com a turma do mé todo tradicional nestes dois bimestres de 2006 permitiram concluir que os alunos apresentam uma baixa aprendizagem em relação aos conteúdos. Durante esse tempo percebemos que há a necessidade de mudança na metodologia do ensino de Física no ensino médio.

Percebemos que o aluno que vem a freqüentar o 1º ano do ensino médio perde o gosto em estudar esta disciplina, em parte pelo grau de dificuldade como é apresentada a cinemática. Os professores seguem os conteúdos propostos pelos livros didáticos, que são textos que valorizam o ensino matemático, deixando de lado o verdadeiro significado da física conceitual, e distanciando a disciplina do cotidiano do aluno.

Verificamos ainda que no 1º ano do ensino médio trabalha -se basicamente o ensino da cinemática. Com a turma convencional (A), no primeiro bimestre conseguimos apresentar somente até o capítulo de Movimento Uniforme, isso devido ao grande número de exercícios que exige do aluno raciocínio matemático. No final de maio concluímos a parte de gráficos do Movimento Uniforme. Na explicação de gráfico notamos que a turma apresentava dificuldade para compreensão do movimento de um móvel em um gráfico.

O resultado do teste realizado na turma A no segundo bimestre, mostra que apenas 15 % dos alunos obtiveram m rendimento acima da nota 6, ratificando a dificuldade apresentada no aprendizado das equações e gráficos de movimento retilíneo variado. Esse resultado mostra-se semelhante aos outros testes realizados nesta turma.

No segundo bimestre, 46 % dos alunos da turma B ficaram acima da média, com os conteúdos "queda livre e segunda lei de Newton", onde abordamos conceitos e também raciocínio matemático como a equação da força de atrito. Notamos que aqui houve uma melhora em relação a avaliação anterior, e um ganho de tempo para exposição de outros conteúdos, apesar do aproveitamento não ter sido tão bom quando da primeira avaliação desta turma, quando tivemos 69% da turma com nota 6.

Dessa forma, observamos que o método convencional dificulta a explanação de de todo o assunto de mecânica. Em conversas com professores de Física da escola onde foi realizado o estudo, constata -se que dificilmente trabalha -se todo conteúdo proposto no programa da disciplina. No final do 1º ano do ensino médio, chega -se pelo método convencional somente até as Leis de Newton, e raramente até Trabalho e Energia.

Constatamos que há uma aprendizagem significativa dos alunos com a proposta que defendemos, possibilitando um maior aprendizado dos conceitos e acesso aos conteúdos de mecânica. Neste ínterim, compreendemos que a introdução da Física conceitual despertou um maior

interesse no estudo da disciplina de Física. Geralmente a grande rejeição por parte dos alunos é devido ao caráter matemático de como vem sendo trabalhada a Física do ensino médio.

Concluímos que para melhorar o ensino de Física no ensino médio, é necessário inserção no currículo a Física Conceitual.

## BIBLIOGRAFIA

- [1] NOBRE, F.A.S. e GUEDES, C.A. Problemática do Ensino de Física na Micro-R-Região do Cariri - CE, Anais do XII Simpósio Nacional de Ensino de Física, 1997.
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- [3]. LIBÂNEO, José Carlos. Didática. São Paulo: Cortez, 1994.
- [4].HEWITT, Paul G. Física Conceitual; Trad. Trieieste Freire Ricci e Maria Helena Granina. 9 ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.
- [5].PCN + ENSINO MÉDIO: Orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais, Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias./ Secretaria de educação média e tecnológica-Brasília: MEC; SEMTEC, 2002.
- [6].CHERMAN,Alexandre. Sobre os Ombros de Gigantes: Uma história da Física. 2 ed.- Rio de Janeiro: Jorge Zahar ed., 2005.
- [7].NARDI, Roberto. Pesquisa no ensino de física. - 2. ed. - São Paulo:Escrituras Editora, 2001.