ENSINO DE FÍSICA A ESTUDANTES DE AGRONOMIA: CONTEXTUALIZAÇÃO NAS AULAS PRÁTICAS

## Ensino de Física a estudantes de Agronomia: contextualização nas aulas práticas

## Ana Lúcia Figueiredo de Souza Nogueira 1 , 2 [analuf@nortecnet.com.br] Adriana Gomes Dickman 2 [adickman@pucminas.br]

1 Universidade Estadual de Montes Claros

2 Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

## Resumo

Apresentamos, neste trabalho, um método contextualizado de aulas de Física para Agronomia que permite que o estudante construa seu conhecimento por meio da realização de expxperimentos, conectando os conceitos básicos da Física com a construção e funcionamento de modelos para dispositivos usados em Agronomia. Desta maneira, a sala de aula oferece uma oportunidade única para sistematizar o conhecimento adquirido por meio da partrticipação em atividades programadas, tais como seminários e atividades experimentais. A nova abordagem permite o estabelecimento de uma conexão entre Física e Agronomia, contribuindo para a futura atividade profissional do estudante. Baseamos nosso trabalho no uso adaptado dos três "m"momentos pedagógicos" de Delizoicov e Angotti: "p "problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento", que repercutem numa opção didático-m-metodológica com a qual podemos estruturar o trabalho docente. Como exemplo, nós relatamos um projeto desenvolvido pelos estudantes, envolvendo a construção de um carneiro hidráulico, dispositivo frequentemente utilizado em fazendas, para transportar água sem utilizar combustível ou eletricidade. Esse dispositivo permite a discussão dos tópicos de hidrostática, relacionando o conceito de pressão, vazão, e os teoremas de Pascal e Stevin. A abordagem de uma Física contextualizada propiciou uma mudança drástica no comportamento dos alunos de Agronomia. Estes têm mostrado do um crescente interesse pela disciplina, compreendendo a importância desse conhecimento científico na sua prática profissional. O conhecimento, que antes era visto como "desnecessário", nas palavras dos próprios alunos, tornou-se algo mais interessante e próximo da realidade, o que motivou os estudantes a estudar Física. Esse fato é atestado pela seriedade e envolvimento manifestados durante a participação de trabalhos em grupo e melhora no desempenho nas provas.

Palavras -c -chave: Ensino de Física, Ciências A Agrárias, Ensino Superior, Experimentação

## Introdução

Questões relacionadas ao ensino e como ensinar vem conduzindo os educadores a reflexões cada vez mais profundas sobre as finalidades da Educação, e sobre seus valores e intenções. Com as inovações tecnológicas, aberturas econômicas e quebra de barreiras, observa-se um grande incremento de idéias e pensamentos, culminando em grande aporte de material humano e tecnológico em todos os continentes. Em vista deste processo irreversível, todos os setores da socociedade devem se atualizar e acompanhar as tendências deste novo milênio.

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http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xviii/

26 a 30 de Janeiro de 2009

Nesse sentido, a comunidade começa a cobrar das instituições de Ensino, profissionais no mercado de trabalho cujo perfil se adapte às novas tendências.

Concomitantemente a esse proc esso, encontramos dificuldades no ensino de Física para Agronomia provocada principalmente por uma literatura escassa, na qual se encontram poucos trabalhos relatando pesquisas feitas no assunto e nenhum livro -t -texto de Física para Agronomia. Em geral, vemos que a Física é ensinada de maneira com que os discentes não vejam sua importância para as Ciências Agrárias, provocando uma desmotivação dos mesmos.

No presente trabalho descrevemos uma abordagem contextualizada utilizada para a disciplina de Física oferecida aos estudantes do primeiro ano do curso de Agronomia da Universidade Estadual de Montes Claros - - UNIMONTES. O programa é desenvolvido em um semestre com uma carga horária de cinco horas semanais, totalizando 100 horas/aula.

As principais dificuldades que um docente encontra numa disciplina deste tipo são a enorme abrangência dos tópicos e a reduzida carga horária da disciplina. Os assuntos , no programa da disciplina , aparecem de forma fragmentada, dificultando assim, que os conceitos envolvidos em cada unidade sejam inseridos em um contexto mais amplo. Além disso, existe certa resistência dos estudantes aos conteúdos de Física e de Matemática, vistas como disciplinas trabalhosas, nas quais o estudante nem sempre consegue ver sua utilidade prática. Ensinar Física para estudantes de Agronomia requer, então, adaptar conteúdo e métodos de ensino de forma que o aluno/a desenvolva interesse e curiosidade ao relacionar este conteúdo à sua prática específica na Agronomia.

A reorganização da disciplina tem comomo objetivo geral estabelecer uma relação entre a Física e a Agronomia para a prática profissional do Agrônomo. Dada a limitação de tempo para um tratamento formal dos assuntos, optamos por uma abordagem diferente, introduzindo os conceitos fundamentais e ilustrando-os com demonstrações e exemplos, dando ênfase as aplicações relacionadas à Agronomia.

" De acordo com o "Proyecto IBERCIMA 1 " a ciência deve ser apresentada como sendo aberta e em construção, privilegiando a busca de soluções de problemas pelos alunos, considerando a evolução histórica dos conceitos e deve estar relacionada com a realidade do aluno. " (PORTILHO, 2005, p.2)

Em acordo com Portilho, apresentamos uma abordagem contextualizada nas aulas de Física, permitindo que o aluno construa o conhecimento por meio de experimentos, nos quais os conceitos básicos da Física são associados com a construção e funcionamento de equipamentos utilizados nas Ciências Agrárias (PORTILHO, 2005). Santini e Terrazzan discutem em seus trabalhos o ensino de Física por meio do uso de equipamentos agrícolas de uma Escola Agrotécnica (SANTINI, 2004; 2005). Neste estudo foram produzidos e implementados módulos

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didáticos baseados nos três momentos pedagógicos propostos por Delizoicov e Angotti (DELIZOICOV, 1991).

- O ensino de Física para Agronomia, portanto, passa a ser considerado como uma tarefa de construção, exigindo certa dose de criatividade por parte do professor de forma a estimular o interesse dos estudantes pela matéria, conscientizando-os da importância dela na s sua formação. Vários trabalhos apontam o aumento do interesse dos alunos quando a Física é ensinada utilizando aplicações práticas e contextualizadas no dia -a-d-dia da profissão escolhida. (OVANDO, 2006; SANTINI, 2004; 2005).

## Perfil do curso de agronomia da U UNIMONTES

- O curso de Agronomia da UNIMONTES proposto e ora em execução , contempla a formação de Engenheiros Agrônomos por meio de uma estrutura curricular bem abrangente. As disciplinas oferecidas são agrupadas em ciclos que se dividem em conhecimentos básicos e essenciais , conhecimentos profissionais essenciais e c conhecimentos profissionais específicos. As disciplinas são ministradas por meio de aulas teóricas , práticas em laboratórios e trabalho de campo. Os professores em conjunto com a Coordenação estão empenhados em propiciar ao graduando um ensino de qualidade com todas as inovações tecnológicas possíveis.
- As disciplinas assim organizadas permitem que o futuro Engenheiro Agrônomo agregue informações e conhecimentos diversificados e ordenados seqüencialmente. Além da estrutura curricular, as atividades extracurriculares, quais sejam: monitorias, iniciação científica, atividades de extensão e estágios, complementam os estudos a fim de formar um profissional que satisfaça as necessidades do mercado de trabalho atual, que se inove e modernize em tal mercado, bem como saiba analisar os problemas organizacionais, de forma gerencial, com capacidade e competência.
- A formação do Engenheiro Agrônomo não pode ser entendida como conclusiva e terminal, mas capacitadora da aprendizagem permanente que se fará ao longo da vida profissional. Assim, o professor de Física deve, além de transmitir o conhecimento da ciência Física, preparar seus alunos para atuar de modo fundamentado, consciente e responsável diante das necessidades impostas pela vida atual e profissional.

Estimula -se, portanto, a realização de atividades que incorporem abordagens práticas e problematizadoras das ciências, contextualizadas na vivência do estudante (FINKELSTEIN, 2005).

## Contextualização e experimentação

De acordo com Lorenzetti e Delizoicov v há uma forte tendência dos professores de ciências em não se preocuparem em incluir uma discussão , conectando os conhecimentos científicos adquiridos na escola com o mundo real dos alunos (LORENZETTI, 2001).

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"O "Os alunos não são ensinados como fazer conexões críticas entre os conhecimentos sistematizados pela escola com os assuntos de suas vidas. Os educadores deveriam propiciar aos alunos a visão de que a ciência, como as outras áreas, é parte de seu mundo e não um conteúdo separado, dissociado de sua realidade. " (LORENZETTI, 2001, p.7)

Existe, portanto, a necessidade de um planejamento das atividades escolares de maneira a possibilitar que os alunos relacionem os conceitos físicos estudados aos fenômenos da natureza e aos processos tecnológicos relacionados. Sugere-se, portanto, a experimentação no ensino como atividade complementar e necessária à construção do saber, considerando que essa prática pode contribuir para o aprendizado dos conceitos físicos abordados. Principalmente quando esta aborda situações típicas encontradas no cotidiano, tornando os conceitos estudados mais concretos e despertando a criatividade dos alunos, enriquecendo o processo de ensino/aprendizagem (SANTOS, 2004; ARAÚJO, 2003). A experimentação é uma ferramenta de ensino rica em enfoques que podem ser explorados em sala de aula. Além de propiciar situações não esperadas que podem, por meio dos novos desafios a serem resolvidos, ser uma oportunidade de construção do conhecimenento (ARAÚJO, 2003).

## Referencial teórico

A sala -de -aula constitui uma oportunidade privilegiada para a sistematização do conhecimento que está sendo veiculado através de várias ações promovidas. É necessário que o aprimoramento e ampliação do vocabulário científico o dos estudantes sejam adquiridos de forma contextualizada, na qual os alunos possam identificar os significados que os conceitos científicos apresentam. O uso adaptado dos três " momentos pedagógicos", ", quais sejam, " problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento" (DELIZOICOV e ANGOTTI, 1994) repercutem numa opção didático-metodológica com a qual podemos estruturar o trabalho docente.

No primeiro momento pedagógico ou "na problematização inicial", Delizoicov sugere que sejam discutidas questões e/ou situações abordando fenômenos físicos e aplicações tecnológicas com os alunos. O objetivo das discussões é, além da motivação natural para a introdução de um conteúdo específico, favorecer a ligação desse conteúdo com situações presentes no cotidiano dos alunos. Dessa maneira, a problematização poderá ocorrer caso o aluno não tenha conhecimentos científicos suficientes para explicar corretamente as situações apresentadas. Assim a discussão despertará no aluno a necessidade de adquirir outros conhecimentos (DELIZOICOV & ANGOTTI, 1994). Tais questões são chamadas de questões problematizadoras.

No segundo momento, o conteúdo será organizado de maneira que "o conhecimento necessário para a compreensão do tema e da problematização inicial será sistematicamente estudado, sob a orientação do professor." (DELIZOICOV & ANGOTTI,1994, p.55). Assim, apresenta-se a teoria e seus fundamentos relacionados ao tema discutido na problematização inicial.

A "aplicação do conhecimento":

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"Destina -se, sob retudo, a abordar sistematicamente o conhecimento que vem sendo incorporado pelo aluno para analisar e interpretar tanto as situações iniciais que determinaram o seu estudo, como outras situações que não estejam diretamente ligadas ao motivo inicial, mas que são explicadas pelo mesmo conhecimento" (DELIZOICOV & ANGOTTI, 1994, p.55).

Com o primeiro momento pedagógico "problematização inicial" instigamos os alunos a pensarem sobre como a Agronomia pode ser relacionada com a Física. O professor apresenta dispositivos frequentemente utilizados na prática do agrônomo, e provoca discussões sobre a Física relacionada a seu funcionamento. Neste momento temos uma tempestade de idéias e tudo que é dito é guardado. A partir dessa discussão teremos um diagnóstico da turma que indicará os conceitos intuitivos dos alunos naquele momento, além de podermos introduzir a idéia inicial de articulação da Física com a Agronomia.

Na "organização do conhecimento", apresentamos a Física formalmente, suas leis, conceitos básicos e equações. A discussão seria feita de modo que os alunos sejam capazes de identificar fenômenos pertencentes aos diversos campos conceituais da Física; aplicar as leis da Física na explicação e interpretação destes fenômenos; resolver problemas e analisar gráficos; relacionar conceitos e unidades de medida; reconhecer as interações fundamentais na Natureza; interpretar fenômenos da Natureza usando a linguagem da Física e compreendê-los por meio de modelos físicos explicativos.

No terceiro momento pedagógico, o, o conhecimento é aplicado quando analisamos uma nova situação problema e chegamos a um resultado relevante. Assim, solicitamos aos alunos que apliquem o conhecimento incorporado, apresentando para a turma, na forma de seminário, trabalhos cujos temas relacionem a Física com a Agronomia. Incentivamos que os alunos reproduzam réplicas dos dispositivos discutidos, quando o tema permite, e tais demonstrações são apresentadas junto aos seminários, incluindo uma discussão da Física relacionada com a construção dos aparelhos.

## Metodologia

Como objetivos gerais da disciplina procuramos estabelecer uma relação entre a Física e a Agronomia para a prática profissional do agrônomo. O tempo escasso limita o tratamento formal dado aos assuntos, impedindo, por exemplo, aulas dedicadas à dedução de fórmulas. Assim, optamos por uma abordagem diferente, introduzindo os conceitos fundamentais e ilustrando-os com demonstrações e exemplos, como será mostrado adiante, dando ênfase às aplicações relacionadas à Agronomia.

Estimulamos uma atitude crítica, um questionamento reflexivo em relação aos resultados numéricos obtidos de seus cálculos e estimativas. Propomos a realização de seminários em grupo durante toda a disciplina com o objetivo de

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facilitar a construção e consolidação dos conceitos, assim como vivenciar a Física de forma mais concreta, interessante e próxima do cotidiano. Desta maneira o conhecimento adquirido torna o cidadão mais atento para a Ciência e seus problemas, de modo que ele e seus representantes possam tomar decisões mais bem informadas .

" O cidadão é capacitado a tornar-se mais informado sobre a ciência e as questões relacionadas a ela, tanto que ele e seus representantes possam trazer seu senso comum para apreciá -lo e, desta forma, participar mais intensamamente no processo democrático de uma sociedade crescentemente tecnológica". (SHEN, 1975, p.266)

A ementa da disciplina compreende Mecânica, Termodinâmica, Óptica, Eletromagnetismo e Física MoModerna. A disciplina tem carga horária de 100h/a, dividida em 3h/a teóricas e 2h/a práticas por semana. Não utilizamos formalmente esta divisão, pois as práticas se fundem à teoria, uma vez que consideramos como prática todas as atividades relacionadas com aplicação da Física na Agronomia, tais como: seminários, resoluçõeões de problemas ou pesquisas feitas pelos alunos sobre temas associados à Agronomia. A turma é dividida em grupos de quatro a cinco alunos. Cada grupo fica responsável pela pesquisa, construção e exploração de um tema que deverá ser apresentado aos demais n na forma de seminário.

Por exemplo, após abordar um determinado conteúdo ilustramos os conceitos discutidos com um seminário sobre um dispositivo que envolva tais conceitos. Nesse processo, fazemos um levantamento de como o dispositivo pode se encaixar no tema exposto. Em um segundo momento sugerimos que os alunos pesquisem seu funcionamento, se possível construam uma réplica com materiais recicláveis, para finalmente compreender seu funcionamento e dimensionar seu uso.

Dentre os temas explorados pelos alunos na disciplina podemos citar: carneiro hidráulico -dispositivo para a elevação de água, bastante utilizado no abastecimento de água no meio rural; a erosão do solo - estudo do impacto das gotas de água no solo envolvendo colisão de partículas; e irrigação -dimensionamento e estudo do tipo de aspersores utilizados, de acordo com as várias finalidades possíveis.

## Carneiro hidráulico: Exemplo de uma abordagem temática

Um exemplo da abordagem contextualizada é o Carneiro Hidráulico ou Aríete Hidráulico, envolvendo o conteúdo de hidrostática (mecânica), relacionando o conceito de pressão, os teoremas de Pascal e Stevin.

Tal equipamento, inventado em 1796 , pelos irmãos Mongolfier na França, é uma máquina muito simples e de grande utilidade para elevação de água nas propriedades rurais. A queda, ou diferença de nível é, em geral, produzida artificialmente por meio de pequenas barragens. O carneiro , uma vez instalado , trabalha noite e dia, não necessitando de eletricidade ou combustível para funcionar, pois utiliza como energia a própria queda de água, elevando automaticamente parte desta.

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O seu funcionamento consiste em um fluxo de água que desce pelo tubo de alimentação e escapa pela válvula de escape, até que a velocidade crescente do escoamento do líquido seja capaz de erguer esta válvula , fechando -a bruscamente. Ver esquema da Figura 1.

Figura 1: Esquema funcional de um carneiro hidráulico.

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Um corte repentino do fluxo de água produz o que denominamos golpe de aríete. A pressão elevada no momento, força e abre a válvula de recalque que dá passagem à água para a campânula. Em conseqüência, o ar existente na câmara é comprimido na parte superior da campânula, oferecendo uma resistência crescente à entrada da água até o ponto de cessar, no fechamento da válvula la de recalque. Ao processo segue -se uma onda rápida de pressão negativa devido ao efeito de compressibilidade da água e da elasticidade da tubulação que atua na válvula de escape, fazendo-a abrir e dando seqüência a novo ciclo. Com a sucessão de ciclos, a água que penetra na campânula vai subindo no tubo de elevação. Quando a pressão na campânula for igual à soma da pressão de recalque e a perda por atrito no tubo da elevação, a água fluirá no reservatório superior. O rendimento (R) do carneiro hidráulico dedepende da vazão elevada (q), medida em litros/min, da vazão recebida (Q), medida em litros/min, e das alturas da queda de água (h) e da elevação da água (H), e pode ser calculado pela expressão:

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Assim, vemos que a água penetra intermitentemente, em cada golpe de aríete, na câmara de ar e é elevada de forma contínua, embora oscilante, até o reservatório superior, r, graças à força elástica do ar da campânula que funciona como um amortecedor. A escolha do tamanho do carneiro deve ser feita de acordo com o volume de água disponível. A capacidade de elevação pode ser calculada, porém não se obterá resultado satisfatório com uma queda inferior a um metro.

Os alunos, portanto, devem construir um exemplar do carneiriro hidráulico, a partir de uma situação hipotética: "D"Deseja-se instalar um carneiro em uma fazenda cuja finalidade é abastecer duas moradias, sendo o desnível do tubo de alimentação de seis metros e de quarenta e seis metros a altura de recalque (elevação)". A partir da proporção entre queda e elevação, aproximadamente 1:8, os alunos têm que estimar o rendimento - - esses dados podem ser encontrados em tabelas que utilizam uma fórmula teórica para o cálculo da porcentagem de água aproveitada. Esses dados são utilizados para encontrar o volume de água que pode ser elevada, conhecendo o volume de água de alimentação disponível.

Na apresentação da montagem do trabalho experimental desenvolvido, os alunos discutem os cálculos feitos no dimensionamento do dispositivo, dadas as condições supostas e explicam o seu funcionamento indicando a física envolvida no processo. A montagem foi feita utilizando garrafas PET e material de baixo custo.

Com este exemplo, a Física é consagrada dentro do curso de Agronomia. Com uma linguagem clara e objetiva explica-s-se o funcionamento e a necessidade do conhecimento físico para compreender este aparelho. Como extensão dessa aplicação, podemos compreender que a Física estará presente na maioria dos fenômenos que analisarmos, desde o ato de cavar a terra para o plantio, como para irrigar, construir, drenar e mecanizar. Tudo isso exige um conhecimento das leis e princípios da Física, que regem processos básicos e tecnológicos em prol do desenvolvimento.

## Discussão

A abordagem de uma Física contextualizada propiciou uma mudança drástica no comportamento dos alunos de Agronomia. Estes têm mostrado um crescente interesse pela disciplina, compreendendo a importância desse conhecimento científico na sua prática profissional. O conhecimento, que e antes era visto como "desnecessário", nas palavras dos próprios alunos, tornou-s-se algo mais interessante e próximo da realidade, o que motivou os estudantes a estudar Física.

Esse fato é atestado pela seriedade e envolvimento manifestados durante a participação de trabalhos em grupo e melhora no desempenho nas provas. Segundo dados de desempenho dos alunos na disciplina, o índice de alunos reprovados na disciplina, antes da abordagem contextualizada era em torno de 12%, com 17% dos alunos necessitando das notas do exame especial para ser aprovado. Após a abordagem contextualizada apenas 1,5% dos alunos foram reprovados, com 1,3% necessitando do exame especial para aprovação. Vale ressaltar que o método de

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avaliação não foi alterado, indicando assim, uma mudança real na postura dos alunos.

Os recursos disponíveis para uma mobilização ao abordar uma situação complexa são: conteúdos específicos, linguagens e valores culturais. Sendo assim, a adaptação aqui apresentada procura mostrar a Física de uma maneira tal que, desde o início, sejam claras sua relevância prática e sua universalidade, para que a competência seja alcançada.

A proposta é tornar significativo esse aprendizado científico, pois a Física pode ser vista como um instrumento para a compreensão do mundo em que vivemos. Acredita -se que, partir sempre que possível de elementos vivenciais e mesmo cotidianos, os princípios gerais da Física serão formulados com uma consistência garantida pela percepção de sua utilidade e de sua universalidade (GREF, 1998).

## Referências bibliográficas

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FINKELSTEIN, N. Learning physics i in context: a study of student learning about electricity and magnetism. Internacional Journal of Science Education, v.27, n.10, p.1187-1209, ago. 2005.

GREF (Grupo de Reelaboração do Ensino de Física). Leituras de Física. São Paulo: USP, 1998.

DELIZOICOV, D. e ANGOTTI, J.A. Metodologia do Ensino de Ciências. São Paulo: Cortez, 1994.

LORENZETTI, L.e DELIZOICOV, D. A Alfabetização científica no contexto das séries iniciais . E ENSAIO - - Pesquisa em Educação em Ciências, v v.3, n.1, p.1-17, jun. 2001.

OVANDO, M.M. e CUDMANI, L.C. P Primeros resultados de uma experiencia piloto sobre enseñanza de la física em carreras de ingeniería agronómica. a. Investigações em Ensino de Ciências, v.9, n.3, pp.1-2-20, 2006.

SANTINI, N.D. e TERRAZZAN, E.A. Uso de equipamentos agrícolas para o ensino de física. In: Atas do IX Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Física, Jaboticatubas, 2004.

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SANTINI, N.D. e TERRAZZAN, E.A. Estudo de equipamentos agrícolas para o ensino de física: produção e implementação de módulos didáticos em escolas agrotécnicas. In: A Atas do XVI Simpósio Nacional de Ensino de Física, R Rio de Janeiro, 2005.

SANTOS, E.I.; PIASSI, L.P.C. e FERREIRA, N.C. A Atividades experimentais de baixo custo como estratégia de construção da autonomia de professores de física: uma experiência em formação continuada. In: Atas do IX Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Física, Jaboticatubas, 2004.

SHEN, B.S.P. Science Literacy. A American Scientist, v.63, p.265-268, may.jun. 1975.

PORTILHO, A.P.O Currículo de Física: uma abordagem para a formação do Técnico em Agropecuária. In: A Atas do XVI Simpósio Nacional de Ensino de Física, Rio de Janeiro, 2005.

## Sites Consultados

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Cataventos Kenya. CARNEIRO HIDRÁULICO. Disponível em: &lt;http://w/www.cataventoskenya.com.br&gt;r&gt;. Acesso em: 28 jul. 2007.

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