Experimentos e Conceitos de Mecânica para o Ensino Médio

## Experimentos e Conceitos de Mecânica para o Ensino Médio

Vera Henriques [vhenriques@if.usp.br] Eduardo Watanabe [etwifusp@gmail.com] Érica Sousa Miguel [erica.ssm@gmail.com] Paulo Henrique Acedo [pauloacedoph@gmail.com]

Instituto de Física, USP

## Resumo

A aprendizagem, entendidida como generalização, implica em construir o olhar para o fenômeno físico real, "fora de controle", a capacidade de enxergar nele leis e relações físicas, base da descrição matemática das teorias estabelecidas, apesar dos contornonos indefinidos e sujeitos a variações que a realidade impõe. A construção desse olhar se faz em situação de interação alunos-professor-experimento, diante do fenômeno real, de observação, análise, experimentação e nas tentativas de estabelecer relações e imimagens. A busca de relações e "explicações" requer uma introdução prévia ao assunto, por parte do professor. A observação e experimentação, na sala de aula, constituem um momento ímpar para discussão e confronto de hipóteses sobre idéias, modelos, conceitos e teorias, na construção, por parte dos alunos, de imagens e linguagem científica. Neste trabalho, apresentamos os resultados de um projeto que é ao mesmo tempo um projeto de produção de material didático, bem como um projeto de formação de licenciandos, baseado nas idéias sobre aprendizagem resumidas acima. O grupo Experimentando-Mecânica a é constituído, atualmente, de licenciandos e de uma professora, e foi formado no espaço Profis do Instituto de Física da USP em 2003. O grupo desenvolve atividades para utilização no Ensino Médio centradas em experimentos qualitativos e discussão de conceitos. A atividade de criação e divulgação deste material pode ser considerada uma atividade de formação, na medida em que envolve aprofundamento do conhecimento específcfco, reflexão sobre a aprendizagem deste conhecimento e exercício de reflexão sobre práticas pedagógicas, a partir das oficinas ministradas em diversas ocasiões. Ambos os aspectos, material produzido e formação dos licenciandos, serão discutidos.

## 1. Introdução

O Grupo Experimentando, formado em 2003 por alunos da licenciatura em Física da USP, sob coordenação da professora Vera Bohomoletz Henriques, é um dos projetos desenvolvidos no PROFÍS. O PROFÍS - Formação e Cooperação de Professores de Física - é um espaço de investigação científico-pedagógico para alunos da Licenciatura do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, que visa promover projetos de inovação e aperfeiçoamento do ensino, com a participação de estudantes de graduação, professores do ensino médio e superior. As propostas centrais do PROFIS são: proporcionar aos alunos do curso de licenciatura um espaço de cooperação, de investigação educacional e de apoio didático -pedagógico; estimular projetos de desenvolvimento de recursos didáticos ou u de pesquisa educacional; oferecer a professores que ensinem física na educação básica e superior, a estudantes que já atuem como professores e a educadores envolvidos com essa

ciência, elementos para seu aperfeiçoamento e sua formação continuada e construir um canal para a participação de docentes do Instituto de Física.

O trabalho do Grupo Experimentando tem três objetivos integrados: a produção de material para ser utilizado em sala de aula do ensino médio, a formação dos futuros professores participantes do projeto e o oferecimento de cursos e oficinas para formação continuada dos professores. O desenvolvimento de material para trabalho em sala de aula envolve pesquisa bibliográfica, o estudo dos temas propostos, pesquisa de materiais e montagem de experimentos qualitativos e discussão, na equipe, da interpretação desses experimentos, da abordagem possível na sala de aula, com foco no desenvolvimento de idéias, conceitos, modelos e teorias científicas.

## 2. O experimento - ação e reflexão

O trabalho na sala de aula de Física, no ensino médio da escola brasileira, tem deixado de lado uma das bases da ciência, que é a experimentação. Além disso, o livro didático de Física que contém sugestão de experimentos freqüentemente relega-os para o final do capítulo, estando ausente, no mais das vezes, uma discussão conceitual sobre os mesmos. Por outro lado, a realização de um experimento por si só não garante que o aluno amplie seu entendimento sobre o assunto abordado. O que o torna uma ferramenta interessante para o aprendizado é a possibilidade de o aluno explorar os conceitos físicos envolvidos e, através da observação, reflexão e discussão com os colegas e o professor, levantar hipóteses e testá -las, propondo novas observações, desenvolvendo assim a capacidade de rereflexão e argumentação, ao mesmo tempo que percorre o caminho da generalização. É nesta perspectiva, de contribuir para fortalecer as salas de aula em que o aluno observa, experimenta, discute teorias e modelos físicos, faz hipóteses, constrói imagens e exexercita a linguagem(Ogborn e col., 1996), que desenvolvemos nosso projeto.

Os experimentos e os roteiros desenvolvidos oferecem ao aluno a possibilidade de uma postura ativa, na medida em que ele constrói, observa e analisa, ao mesmo tempo em que desenvolvlve a capacidade de discutir e trabalhar em grupo. Propomos experimentos com material de baixo custo e de fácil obtenção, visando não só tornar a atividade acessível, mas principalmente permitir que o aluno incorpore a seu modo de pensar a generalidade das leis da física, aplicáveis a situações simples, quase triviais, do ponto de vista do "senso comum", e não somente às situações que envolvem dispostivos sofisticados, de análise permitida apenas aos iniciados, capazes de desvendarem os segredos das "caixas-p-pretas", tão presentes no cotidiano atual, carregado de dispositivos de alta tecnologia. Compreender, não apenas memorizar, o funcionamento destas "caixas-pretas" requer uma generalização dos conceitos físicos básicos que vai muito além da memorização. Generalização esta que se dá na medida em que o aluno encontra a mesma idéia em momentos, contextos, formas diferentes. Encontro este que deve necessariamente incluir a expressão do aluno, tanto oral, quanto escrita ou gráfica, dado o emaranhamento da formação do pensamento e da linguagem(Vigotski, 1962) .

Assim, os roteiros são elaborados imaginando-se a expressão do aluno de diversas formas, a retomada de conceitos em diversos momentos, o foco em poucas idéias principais, a formulação de hipóteses. Estes seguem uma estrutura em comum, contendo as seções: Material utilizado, Montagem, Colocando para funcionar e analisando, Pense nisso, Relacionando com o cotidiano, experimente também e diagramas das áreas relacionadas.

O objetivo do "Colocando para funcionar e analisando" é que, concomitante à realização do experimento, os alunos reflitam sobre questões que abrangem tanto a observação direta dos fenômenos, quanto a sua análise racional. Também estão presentes questões que dirijam o olhar dos alunos para as variriáveis relevantes ao fenômeno observado, através da comparação entre diversas situações possíveis num mesmo experimento. A seção "Pense nisso" traz questões que extrapolam a simples observação dos experimentos, levando o aluno a buscar relações gerais por trás dos fenômenos e, ainda, do que ele vê no mundo ao seu redor.

Os experimentos e roteiros são complementados por alguns textos que ilustram alguns aspectos da evolução das teorias físicas relacionadas com os temas abordados nos experimentos.

De 2003 a 2006, o grupo Experimentando-Mecânica elaborou 16 atividades experimentais, complementadas por 5 textos históricos. O diagrama a seguir esquematiza os roteiros desenvolvidos:

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## * em desenvolvimento

Os experimentos propostotos são em parte recolhidos de outros autores e adaptados e em parte desenvolvidos pelo próprio grupo. Adaptar e produzir novos experimentos envolve uma parte do tempo de trabalho da equipe, mas uma parcela ainda maior do tempo é requerida pela discussão de e quais são os conceitos centrais a abordar e de que forma. Esse longo tempo de discussão é necessário, pois acreditamos que aquela deva susurgir do grupo de licenciandos, sendo apenas orientada pela coordenadora, sob a forma de questões.

O grupo escolheu iniciar o projeto com as leis de conservação. A idéia de conservação do movimento linear é apresentada com "movimentos inexistentes que surgem", no experimento com " barco à água", junto com uma introdução da representação vetorial do movimento de forma ainda quase qualitativa. A conservação é retomada com "movimentos que se transferem", no "jogo de bolinhas", atividade na qual também são evidenciados os papéis da massa e das velocidades. A conservação em situações em que aparentemente não ocorre, como no camiminhar, por exemplo, é explorada na atividade "andando de carrinho". A conservação do momento angular é apresentada utilizando-se seqüência análoga, isto é, "movimentos que surgem", "movimentos que se transferem" e separação das grandezas envolvidas (massa, a, velocidade e distância ao eixo de rotação), e "movimentos que parecem violar a conservação", através das atividades "garrafinha giratória", "dança das velas" e "placa maluca". A conservação de energia mecânica é introduzida com o pêndulo de Galileu, no ququal a assimetria ajuda a focalizar r a atenção no papel da altura na descrição da energia gravitacional sob transformação em cinética. "Moedas ligadas" é uma atividade em que os papéis da massa, da velocidade e da altura são evidenciados, por comparação de didiferentes montagens. "Corrida de bolinhas" exige dos alunos uma análise minuciosa das transformações de energia mecânica sobre trajetórias distintas, em um exercício de hipótese e previsão mais complexo.

Depois de desenvolver o grupo de experimentos-conceitos no bloco de conservações, o grupo de licenciandos optou por desenvolver um conjunto de atividades relativas às leis de Newton. Depois de algum tempo percebeu a necessidade de criar um bloco de atividades para explorar o próprio conceito de força. Assim, m, em "identificando forças verticais" exploram-se diversas situações em que forças de tração, elásticas, elétricas e magnéticas competem com a força gravitacional. Em "identificando forças de atrito", explora-se o papel do peso e do tipo de superfície, bem m como a utilização da elasticidade como instrumento de medida da força, ainda que sem o intuito de obter resultados numéricos. A competição entre os vários efeitos pode ser analisada na "balança de forças". Pudemos então finalizar as quatro a atividades propostas para as leis de Newton.

Os roteiros e alguns dos experimentos serão apresentados junto ao pôster.

## 3. Formação de Licenciandos, Extensão Universitária e Formação Continuada de Professores

O material desenvolvido pelo grupo tem sido apresentado a professores do Ensino Médio da rede pública e a licenciandos do próprio IF-USP, através de cursos e oficinas. Já oferecemos 4 cursos, todas durante o período de férias escolares da rede pública, e 3 oficinas, uma delas no XVI SNEF, em 2005, e outras duas durante te o período acadêmico, oferecida aos estudantes. Nestas oportunidades, os professores ou licenciandos tomam conhecimento de nossa proposta e experimentam as atividades que produzimos, realizando

os experimentos e fazendo a discussão conceitual a partir dos s roteiros desenvolvidos por nós. A frequência aos cursos de férias, semanais tem sido em torno de 20-25 alunosprofessores, que representam cerca de 80% dos inscritos.

Os cursos têm se mostrado muito ricos tanto para a formação continuada dos professores, quanto para os integrantes do próprio Grupo. Os professores conhecem uma proposta diferente de atividade experimental e têm a oportunidade de trocar opiniões com outros professores. Os integrantes do Experimentando-Mecânica adquirem experiência na organização de um curso, no desenvolvimento de uma atividade docente, bem como têm a oportunidades de repensar o material a partir de uma análise da atividade e das sugestões e críticas.

A atividade de cursos e oficinas pode cumprir vários papéis na própria formação do grupo de licenciandos. O material produzido é testado, mas também as hipóteses dos alunos -professores a respeito do desenvolvimento da atividade. Os propósitos imaginados em relação a desenvolvimento de hipóteses frente ao experimento se realizam? A discussão conceitual ocorre? Como conquistar os alunos-professores para o envolvimento com a atividade e com uma discussão livre? Como contribuir para manter o foco dos alunosprofessores no conceito que é objeto da atividade, sem limitar a livre e expressão das idéias? Que dificuldades conceituais ocorrem? Que tempo é necessário para que a troca de idéias ocorra com liberdade? Como organizar o momento de troca de idéias de todo o grupo de alunos -professores? Qual é o momento "certo" para intervenção dos "professores-alunos"? Como lidar com situações imprevistas no planejamento - - experimentos em que o comportamento é diferente do previsto ou questões não imaginadas? Estas questões, típicas da prática do professor que propõe atividades em sala de aula com as características das que propomos aqui, surgem naturalmente e são discutidas durante o curso. Além disso, as dificuldades de implementar esta proposta na sala de aula da escola pública atual são discutidas, propiciando oportunidade de pensar possibilidades para a transformação da prática, apesar das condições adversas atuais.

Além disso, limitações conceituais dos materiais propostos surgem das discussões nos cursos para professores. Exemplos são a presença de aparente transformação de movimento vevertical em horizontal, no barco movido à água, exatamente no momento em que se pretende introduzir a idéia de conservação de vetores. Ou da dificuldade na interpretação da relação peso-atrito dos mesmos barcos, para ficar em apenas um experimento.

## 4. Comentários Finais

Acreditamos que o trabalho desenvolvido pelo grupo Experimentando pode subsidiar propostas de introdução, no currículo dodos cursos de formação de professores, de uma "disciplina" em que estejam integradas atividades ligadas ao desenvolvimento de conhecimento de conteúdo da física com atividades de desenvolvimento de conteúdo pedagógico (Shulmam, 1986) .

## Referências

L. S. Vigotski, Thought and Language, MIT, 1962

- J. Ogborn, G. Kress, I. Martins e K. McGillicuddy, Explaining Science in The ClClassroom Open University Press, 1996

L.S. Shulmam, Educational Researcher r 15, 4 (1986)

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