Construção do conhecimento em física mecânica com utilização de material digital

Título: Construção do conhecimento em física mecânica com utilização de material digital

Autor: Neiva Irma Jost Manzini* e - mail: neivam@unisinos .br UNIVIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS – – – UNISINOS

## RESUMO

O objetivo vo deste estudo é investigar as possibilidades e os limites de uma experiência de ensino -aprendizagem de conteúdos de física, gravados em CD-D-ROM, com alunos dos cursos de Engenharia da UNISINOS, no qual esses conteúdos são trabalhados com base na "Epistemolologia" de Jean Piaget e de Gaston Bachelard. Com esse intuito, foram desenvolvidos os conteúdos de física mecânica de forma interativa, com afirmações, perguntas, que propiciam as múltiplas reflexões necessárias para a compreensão do aluno.

Com este objeto de aprendizagem busca-se promover uma aprendizagem com significado e minimizar a aprendizagem mecânica e temporária.

No desenvolvimento dos conteúdos do CD -ROM, foi dada ênfase à evolução histórica dos conhecimentos de mecânica, que permitem situá-los em diferentes épocas, despertando a curiosidade do aluno.

A gravação do CD inclui experimentos, vídeos, simulações de situações-problema, links que permitem a conferência dos resultados ou assinalam caminhos a serem seguidos, bem como, a inserção de conteúdos s matemáticos que precisam ser revisados. Este recurso possibilita a revisão de conteúdos já trabalhados e a conexão dos mesmos com os novos conteúdos construídos, permitindo uma abordagem mais ampla e significativa.

Segundo depoimentos dos alunos, esse ma terial didático possibilitou um nível maior de compreensão dos fenômenos físicos estudados e uma maior facilidade para a análise de situações similares que envolvem os conteúdos abordados. E que essa metodologia torna o aluno mais participativo, mais reflexivo e que esta agrega teoria à prática .

As sugestões dos alunos, nesta pesquisa, possibilitaram a reconstrução dos conhecimentos apresentados no CD e a implementação das interações necessárias para o processo de ensino e aprendizagem.

Palavras - chave: construção, física mecânica, material digital, aprendizagem

## INTRODUÇÃO

Foi observado durante minhas s aulas ministradas na graduação, que a maioria dos alunos não conseguia transferir os conteúdos de física para situações do seu cotidiano. Verificou-use também que os alunos não dominavam certos conteúdos físicos do nível médio, o que gera dificuldade na compreensão dos conteúdos do terceiro grau. Com a carga horária destinada às disciplinas s na graduação, os alunos não conseguem sanar suas deficiências, e determiminadas lacunas vão surgindo. Em compensação, percebeu-u-se que os alunos manifestavam interesse em aprender os conteúdos de física . Por isso, a autora trabalhohou durante dois semestres, com alunos dos cursos de engenharia da Unisinos uma metodologia que utiliza material digital, l, p para mudar esse quadro.

Os alunos estão suficientemente motivados a a buscar respostas para as questões abordadas em sala de aula. No entanto, não basta o professor expor o conteúdo de forma clara e procurar modificar as estruturas cognitivas de seus estudantes, para que eles cheguem à tomada de consciência dos conteúdos estudados. É necessário que o aluno tenha ao seu alcance um material didático que possibilita a aprendizagem de conteúdos de física mecânica, na sala de aula e fora dela .

## OBJETIVO

- -elaborar material digital para a aprendizagem de conteúdos de física mecânica;
- -desenvolver r os conteúdos do CD -ROM utilizando metodologias que promovam a reflexão e a interação; através de links que propiciam esta dinâmica;
- -acompanhar de forma efetiva o processo de construção e reconstrução dos conteúdos pelos alunos, p por meio , dos questionamentos e afirmações dos mesmos, em m sala de aula;
- -detectar as possíveis dificuldades apresentadas pelo CD-ROM, por meio de entrevistas e questionários;
- -construir e reconstruir os conteúdos de física mecânica, para atender as sugestões dos alunos e as necessidades do processo de ensino e aprendizagem.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS DA METODOLOGIA A UTILIZADA PARA A ELABORAÇÃO DO MATERIAL DIGITAL

Apresentam-m-se, nenesse item m as idéias embasadoras do trabalho realizado nos dois semestres com alunos dos cursos de Engenharia da Unisinos que tem como fundamento a teoria da "Epistemologia Genética" de Jean Piaget t e Epistemologia de Bachelard .

A preocupação fundamental da Epistemologia Genética é compreender como se adquire o conhecimento. Com esse objetivo, Piaget investigou, em sua teoria cognitivista, os mecanismos que aparecem na construção do conhecimento, e como esses mecanismos começam a surgir a partir da interação entre o sujeito e o objeto.

Segundo Piaget, a construção do conhecimento inicia-se a partir da interação do sujeito com o objeto e, nesse processo, determinadas estruturas cognitivas são construídas e reconstruídas, à medida que o conhecimento vai sendo elaborado.

Bachelard afirma que o físico moderno deve fazer uma conexão estreita entre a teoria e a prática, segundo uma filosofia de dois movimentos através de um diálogo mumuito fechado entre teoria e empiriria, eliminando o confronto entre um espírito solitárário e um universo indiferente. Para ele:

"Impõe-se, hoje, situar-se no centro em que o espírito é determinado pelo objeto preciso de seu conhecimento e onde, em contrapartida, ele determina com mais rigor sua experiência" (1983, p. 109).

Piaget (1983a) considera as idéias de equilibração, descentração e reversibilidade de suma importância para a compreensão de sua teoria. Aponta, entretanto, a teoria da abstração reflexiva como a mais importante explicação para o desenvolvimento do intelecto. O conceito de abstração tem na teoria do conhecimento de Piaget um papel central. Em sentido literal, "reflexione" (refletir) significa voltar para si mesmo, pensar sobre si mesmo. Reflexão, no sentido filosófico da palavra significa atentarmos para o nosso próprio fazezer, nossos pensamentos, representações e sentimentos. Abstrair pode ser entendido como isolar uma qualidade perceptível de um objeto. Quando abstraímos a cor de uma folha, retemos o seu verde individual. Para chegar ao conceito de verde, é necessário que demos um segundo passo: a generalização. O conceito de verde representa toda uma classe de tonalidades de cor. Essa abstração é composta pelos processos de isolar e generalizar e denomina-se de abstração empírica.

Piaget t (1983a) estabelece a distinção entre a abstração empírica e a abstração reflexionante. Contrariamente à abstração empírica, em que os dados são obtidos dos caracteres

pertencentes à na tureza do objeto, da leitura dadas "experiências lógico-matemáticas", ou seja, a abstração reflexionante, recai apenas sobre as propriedades introduzidas pela ação do sujeito no objeto (ações de reunir, ordenar etc.). Uma vez que as ações são interiorizadas em operações, elas podem ser executadas simbolicamente e, portanto, dedutivamente. A maior parte dos conceitos lógico-matemáticos é derivada das abstrações reflexionantes. A abstração empírica leva à constatação. A abstração reflexionante atinge maior profundidade e leva à compreensão. Na abstração reflexionante, a construção e a reflexão atuam juntas, e, através desse processo, determinadas estruturas de comportamento e de conhecimento são projetadas a um nível superior, tornando-se conscientes. Esse processo Piaget denominou de "tomada de consciência".

## Psicogênese e a Ontogênese

A psicogênese piagetiana estabelece que estágios sucessivos da aquisição de conhecimentos pelos sujeitos são seqüenciais e passam por uma reorganização de um nível a outro. Isso significa que os estágios inferiores são integrados nos estágios superiores, sendo que a natureza desses , só é explicada pela análise dos estágios que os precederam. Piaget e Garcia (1987) concluíram que a ciência também passa de um nível a outro, fazendo, ao longo do processo histórico de sua evolução, uma reavaliação e integração dos conhecimentos. Segundo esses autores, as etapas de transformação do conhecimento científico são fundamentalmente as mesmas encontradas no desenvolvimento do pensamento infantil. Essa identificação é, ao mesmo tempo, de cunho genético e histórico-crítico.

A história da ciência constituiise em um laboratório epistemológico, e a solução de um problema científico faz surgir novas questões (de natureza científica ou epistemológica), como é o caso da teoria newtoniana da gravitação.

## Segundo Piaget e Garcia:

" No que toca às finalidades sucessivas e últimas do processo que conduz do intra, inter e ao trans, a resposta parece suficientemente evidente: tanto o matemático como a criança, de um determinado nível, não se contenta nunca em verificar ou descobrir (o que consiste em inventar): a cada etapa eles querem atingir as razões daquilo que encontram"m". (1987, p. 162).

Na etapa "intra", aparece somente a negação das classes, existindo dificuldades na regulação das negações. As reciprocidades, às quais se constituem em transformações

gerais, são facilmente encontradas nos agrupamentos de relações, característicos da etapa "interoperacional".

Na etapa "transoperacional", há as transformações e a síntese entre elas, chegando-se à construção de "estruturas". A mais notável das estruturas é aquela que relaciona as partes e o todo sem se limitar às classes e relações disjuntas ou encaixáveis, unindo num todo as inversões (negações) e as reciprocidades. Evidencia assim, a estrutura de grupo designada de INRC, em que uma operação pode permanecer inalterada I, invertida N, transformada na sua recíproca R ou na sua correlata C.

Segundo Piaget e Garcia (1987), a tríade intra, inter e trans é uma sucessão dialética e utiliza os seguintes símbolos: Ia (intra), Ir (inter) e T(trans). A tríade IaIrT obedece a a essa ordem necessariamente, uma vez que a elaboração de T numa totalidade com as propriedades supõe a formação de algumas destas transformações em Ir e que estas implicam o conhecimento das características analisadas em Ia.

## Objetividade segundo Bachelard

Segundo Bachelard (1983), é necessário aceitar que o objeto não poderia ser designado como um objetivo imediato. Ele critica as tendências normais do conhecimento sensível, que, embora carregadas de pragmatismo e de realismo imediato, elas só determinam uma falsa partida, uma falsa direção. A imediata adesão a certo objeto concreto, apreendido como um bem, empenha fortemente o ser sensível; é a satisfação íntima, e não é a evidência racional. Essa necessidade de sentir o objeto, essa curiosidade indeterminada não corresponde a um estado de espírito científico.

Quando existe fracasso, a estimulação é freada e, sem esse fracasso, a estimulação seria embriaguez. Para o autor, o homem que tivesse a impressão de não se enganar jamais, enganarrse-ia sempre. Acrededitando que o objeto nos designa mais do que o designamos e que, muitas vezes, nos maravilhamos diante de um objeto, fazemos hipóteses e devaneios, mas a evidência primeira não é uma verdade fundamental. Para Bachelard:

" Tudo se irá esclarecer se colocarmo s o objeto de conhecimento numa problemática, se o indicarmos num processo discursivo de instrução, como elemento situado entre racionalismo docente e racionalismo ensinado. Evidentemente, trata -se agora de um objeto interessante, objeto para o qual não se acabou o processo de objetivação, objeto que não remete pura e simplesmente a um passado de conhecimento incrustado num

nome. De passagem, diga-se, não será ironia de uma espécie de filosofia que muitos existetencialismos sejam nominalistas?" (1983, p. 121) .

A posição do objeto científico é complexa, muito mais comprometida e exige certa solidariedade de método de experiência; logo, é preciso conhecer o método de conhecer para captar o objeto a conhecer, isto é, uma metodologia valorizada, o objeto suscetíve l de transformar o método de conhecer. O autor quer, com essa problemática, chamar a atenção do leitor à idéia necessária de uma problemática antecedente a toda experiência que pretenda ser instrututiva, uma problemática que se fundamenta, antes de se tornar rigorosa, numa dúvida especificada pelo objeto a conhecer, ou u numa dúvida aplicada ao objeto. Segundo Bachelard, totodos os métodos científicos atuantes são em forma de ponta. Não se trata da sabedoria intelectual adquirida. O método é verdadeiramente uma astúcia de aquisição de e um estratagema novo, útil na fronteira do saber.

O pensamento científico é um pensamento comprometido, o que parece constituir um paradoxo, porque o espírito científico vive na esperança de que o método fracasse totalmente, uma vevez que um fracasso significa um fato novo.

## ATIVIDADE DESENVOLVIDA PELA AUTORA

1.Elaboração e utilização da metodologia com material digital.

Atualmente alguns livros de física são de difícil compreensão e por isso exigem que determinadas estruturas cognitivas sejam construídas, para que o aluno tenha uma base científica para assimilar conhecimentos científicos mais elaborados. Devido a esta complexidade, precisamos apresentar possibilidades ao indivíduo que aprende e ensiná-lo a estudar.

Assim, trtrabalhouuse uma a metodologia que permite ao professor acompanhar a construção e reconstrução dos conteúdos de fífísica, com o uso de tecnologias e material digital, l, o que implica em m procedimentos e que permitem as múltiplas reflexões dos alunos, necessários para o prorocesso ensino-aprendizagem com significado. Esse material didático foi elaborado durante uma experiência de ensino-aprendizagem de conteúdos de física mecânica, realizada durante dois semestres, com alunos do dos cursos de engenharia da Unisinos . Ele permite a inserção de perguntas, afirmações e procedimentos que simulam as ações do professor r em sala de aula . Além, de possibilitar a implementação de experimentos, vídeos, simulações de situações problema e de reflexões sobre ações dos alunos, bem como, a

auto -avaliação dos mesmos. Os inúmeros links permitem estabelecer esta configuração do CD D e estabelecer as conexões entre a teoria e a prática ouentre a física e a matemática.

Para o desenvolvimento dos conteúdos de física mecânica é preciso entender como o o aluno pensa, porque sem essa compreensão inviabiliza qualquer ação pedagógica comprometida com a verdadeira função do professor, que é a de formar um cidadão reflexivo, implicando no desenvolvimento de atitudes, de interesse e de respeito pelo conhecimento científico e suas repercussões na vida cotidiana. Com este comprometimento o material digital é elaborado com o objetivo de permitir que o conhecimento adquirido pelo aluno, passe por diferentes níveis de compreensão, conforme a necessidade do mesmo.

Com m essa metodologia o aluno pode construir e reconstruir o conhecimento científico e romper com idéias errôneas.

Essa metodologia apóia-se nos seguintes pressupostos:

## 1.1 - - O conhecimento como construção

No processo de desenvolvimento cognitivo, o sujeito participa ativamente na construção e reconstrução do conhecimento, refletindo sobre suas ações e fazendo reflexões sobre reflexões, a partir dos fatos observados.

## 1.2 - - A A utilização de material digital, l, com links e vídeos

Nesse ambiente são utilizados vídeos, simulações, textos, possibilitando ao ao aluno refletir sobre os problemas apresentados e trabalhados em sala de aula ou do seu cotidiano, atuando como um mecanismo alternativo para a construção do conhecimento. A forma com que os conteúdos são apresentados permite a repetição das ações, a compreensão da explicação causal e contempla a reversibilidade dos fatos estudados.

A A partir dessa interação, o aluno tem a possibilidade de observar e refletir com maior facilidade sobre as grandezas físicas envolvidas, estabelecendo as relações lógicomatemáticas entre elas necessárias para obter uma aprendizizagem efetiva dos conteúdos de abordados .

## 1.3 - - Motivação para a utilização de material digital

A utilização do material digital, que aproxima a vivência de determinadas situações do cotidiano do aluno, é necessária para se conseguir uma aprendizagem efetiva, com construção e reconstrução das s estruturas cognitivas. O aluno através dessa interação, sente a necessidade de buscar conhecimentos que explicam os fatos observados.

## 1.4 - - A psicogênese e ontogênese

Segundo Piaget (1987), um processo semelhante à aquisição do conhecimento pelo indivíduo é observado na evolução histórica das ciências. Assim como o conhecimento construído pelo sujeito passa por estágios sucessivos, mediante regulações e autoregulações, a ciência também passa de um nível a outro, fazendo uma reavaliação do conhecimento científico já adquirido. Então, se faz z necessário a utilização de uma metodologia que privilegia a categorias , tais como: : a repetição, a causalidade, a explicação causal, l, as múltiplas reflexões s e outras. Estas categorias, possibilitam a construção e reconstrução dos conceitos científicos trabalhados pelos alunos passando por diferentes níveis de compreensão dos fatos observados.

## 2. Metodologia de trabalho

Nesse ambiente procura-se promover r a motivação dos alunos na busca das soluções das situações-problema apresentadas. Também possibilitar ar o atendimento de um número maior de alunos e acompanhar o processo ensino-aprendizagem, m, dentro e fora da sala de aula , respondendo as dúvidas geradas pela interação com o material do CD, na modalidade on-nline ou presencial .

## 2.1. Seleção dos alunos

## 2.1.a. Alunos dos cursos de engenharia, da Unisinos .

Trabalhouuse o CD -ROM com turmas da disciplina Física Mecânica I, com 34 alunos em média, do segundo semestre dos cursos de engenharia da UNISINOS, que aceitaram voluntariamente utilizar o CDDROM, durante dois semestres .

## 2.1. Aplicação do CD-ROM.

Aos alunos foram fornecidos os CD -ROM M para que eles interagissem com os mesmos e avaliassem a metodologia utilizada. Foram realizados encontros sesemanais, nesses foram realizadas entrevistas com os alunos e avaliações individuais por escrito.

## 2.3. Função da autora do CD-ROM

A autora teve a função de observar e orientar os alunos, quanto à utilização do material digital e avaliar o processo ensino e aprendizagem dos mesmos . Além de, construir e reconstruir os conteúdos do CD -ROM, implementando simulações de situações problemas e experimentais, bem como procedimentos se assemelham à à função do professor reflexivo.

O registro das observações das ações dos alunos , as entrevistas com eles s e as avaliações escritas, que foram m realizadas durante o processo da experiência, constituíram-m-se no material de análise.

## RERESULTADOS

A metodologia utilizada para o desenvolvimento de mecânica do CD-ROM procura orientar e facilitar a visualização do fenômeno físico abordado em sala de aula e a compreensão dos alunos das grandezas físicas envolvidas nos fatos observados .

## Resultados dos alunonos dos cursos de Engenharia

Verificouuse que, no início do processo ensino-aprendizagem do ensino de física mecânica , a maioria dos alunos encontraase na fase "intra" e, conforme vão avançando nesse processo de construção do conhecimento, atingem a fase "inter", sendo que, somente mais para o final do semestre, chegam à fase "trans" do conhecimento físico então construído.

Em geral, numa aula tradicional, o professor passa a informação e o aluno repete esta informação utilizando freqüentemente apenas a memomorização. Na avaliação, se o aluno acerta a resposta, o professor pensa que o aluno compreendeu.

Constatouuse que, durante as aulas e, através das s perguntas e respostas dos alunos e correções das provas, que os mesmos fazem inúmeras construções, o que é relevante p para a compreensão das grandezas físicas envolvidas e para o estabelecimento das relações lógicomatemáticas entre elas, para a resolução de problemas .

Constatarammse, com esses alunos, através de avaliações individuais respondidas por eles, os seguguintes resultados:

96% afirmou que essa metodologia torna o aluno mais participativo, mais reflexivo e que esta agrega teoria à prática;

4% mencionam que consideram importante a utilização do material digital, mas que eles têm pouco tempo para estudar fora ra da sala de aula.

O CD -ROM M pode ser ampliado com um maior número de questões, de situações problemas e experimentos, bem como links que agregam conteúdos matemáticos, vídeos, applets e procedimentos interativos que visam m à à reflexão .

Como o professor tem o papel de facilitador no processo ensino-aprendizagem, m, ele encontra -se em permanente busca de metodologias que promovam uma aprendizagem

significativa . E E oferecer aos professores do Ensino Médio e da Graduação diferentes materiais didáticos, pode contribuir para uma construção permanente de conhecimentos de física a mecânica .

## CONCLUSÃO

A utilização de material digital tem por objetivo propiciar ao aluno que ele vá gradativamente construindo os seus conhecimentos e aplicando-os em situações do seu cotidiano . Com este recurso os alunos têm possibilidade de testar os seus conhecimentos, aplicá-los em diferentes situações-problema, refletir sobre os seus procedimentos , revisar determinados conceitos, construir e reconstruir conteúdos de física .

O professor que constrói o conhecimento com m seus alunos precisa conhecer profundamente o conteúdo a ser desenvolvido e também os processos cognitivos envolvidos na aprendizagem desse conteúdo. Muitas vezes, essa necessidade é desconhecida por aquele professor que simplesmente "transmite" os conhecimentos.

Observamos que, no início do processo ensino-aprendizagem de Física, os alunos encontrammse na fase "intra" e, conforme vão avançando nesse processo de construção, atingem a fase "inter", sendo que, somente na última etapapa do experimento, quando respondem à última parte do roteiro pedagógico, chegam à fase "trans" do conhecimento físico então construído.

Este e trabalho que se constitui num passo para uma ação pedagógica voltada para a compreensão de conteúdos físicos. No entanto, esse material poderá ser melhorado com a inserção de novas ferramentas, procedimentos e conteúdos a partir das sugestões dos alunos.

## BIBLIOGRAFIA

BACHELARD, G. Epistemologia. Rio de Janeiro: Zahar Editores, 1983.

PIAGET, Jean. Os pensadores. São Paulo: Vitor Civita, 1983a.

PIAGET, J.; GARCIA, R. Psicogênese e história das ciências. Lisboa: Dom Quixote, 1987.