Planando com a Física - Um relato de atividades didáticas desenvolvidas junto a alunos do 4$^o$ ano de Ensino Fundamental

## PLANANDO COM A FÍSICA - UM UM RELATO DE ATIVIDADES DIDÁTICAS DESENVOLVIDAS JUNTO A A ALUNOS DO 4 4 º ANO DE E ENSINO FUNDAMENTAL

*Evelyn Marcia de Andrade a [evelyn@rc.unesp.br] Eugenio Maria de França Ramos a,b [eugenior@rc.unesp.br]

a Universidade Estadual Paulista "Julio de Mesquita Filho" (UNESP)

b Centro de Educação Continuada em Educação Matemática, Científica e Ambiental (CECEMCA UNESP)P)

## RESUMO

Será apresentado neste trabalho um relato de experiência acerca do trabalho didático realizado em uma sala da terceirira série do Ensino Fundamental, localizada em uma unidade escolar da cidade de Rio Claro - - SP, cujo público atendido apresenta uma interessante diversidade sócio-econômica. Foram tratados com as crianças conceitos de hidrodinâmica, dentre os quais se focou u a variação da prpressão ocasionada pela diferença de velocidade do ar em relação a s faces de uma superfície (asa do avião). Buscou-u-se utilizar como ferramenta de apoio didático deste conteúdo a construção e manipulação, de alguns brinquedos e experimentos de de fácil confecção, inclusive por parte dos alunos. Por mais que este possa se constituir em um complexo conceito físico, procurouuse trabalhar estes conhecimentos físicos de maneira acessível à capacidade intelectual dos alunos, instigando-os a buscar a resposta para uma pergunta simples e, ao mesmo tempo, intrigante: "como um avião voa?", pergunta a qual se encontra presente no imaginário e na curiosidade de inúmeras crianças. Neste processo, tornou-u-se fundamental a utilização de aparatos experimentais simples e de fácil construção, uma vez que desta forma poder-se-ia tornar esta experiência de aprendizado mais agradável e, empiricamente confirmado. O resultado deste trabalho comprova a possibilidade de que esse conhecimento constitui-se acessível a alunos dessa faixa etária, até mesmo no sentido de proporcionar conceitos iniciais que possam servir de subsunçores para atividades posteriores, em outras faixas de escolaridade e outros conceitos físicos. Fazzse pertinente também atentar para o fato de quque a escolha desta faixa etária e nível de aprendizado, não exclui a possibilidade de que esta atividade tenha início em faixas etárias posteriores, e por que não até mesmo anteriores, assim como apresenta a oportunidade de que, após este primeiro contato, haja uma continuidade deste tipo de intervenção .

Palavras -chave: Ensino Fundamental -séries iniciais, física do vôo, instrumentação para o Ensino de Física .

## INTRODUÇÃO

O objetivo do presente trabalho consistiu em proporcionar aos alunos de uma turma das primeiras séries do Ensino Fundamental 1 um contato prévio com alguns elementos da Física.

A unidade escolar escolhida para o desenvolvimento do trabalho atende um público economicamente diversificado (desde alunos carentes e assistidos por instituições assisistenciais, até alunos provenientes de famílias financeiramente estáveis) e habitualmente recebe estagiários da UNESP.

No início da atividade de estágio foram realizadas observações e somente depois começaram m as intervenções em forma de regência de aulas. Essa ordenação permitiu uma prévia apreensão das características e peculiaridades da unidade escolar e, mais especificamente, da sala de aula, subsidiando a posterior intervenção didática.

O conceito científico selecionado para ser apresentado aos alunos foi o p princípio do vôo. Esta escolha se deu considerando o o programa curricular desse nível educacional e, principalmente, devido ao interesse que poderia surgir nas crianças sobre como funciona o vôo. Para tanto, limitouuse o entendimento do fenômeno à ação da pressão, mais especificamente das diferenças de pressão causada por diferençnças na velocidade do ar. r.

O diagrama apresentado na figura 1 ilustra os tópicos conceituais relacionados ao vôo, o qual foi i de especial utilidade na preparação da programação do trabalho. Sua confecção se deu exclusivamente para que fosse aplicado neste trabalho e para esta turma específica.

Diagrama conceitual do princípio do vôo

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## O ESPAÇO DA SALA DE AULA

Nesta a classe de terceira série do ensino fundamental havia vinte e sete alunos sendo

que, como é tradicional neststa faixa etária escolar, apenas uma professora era encarregada de ensinar todas as matérias: língua portuguesa, matemática, ciências, história e geografia. Somente educação física era ministrada por outro professor.

Quanto a organização das atividades didáticas e o comportamento dos alunos na sala, embora a presença de um estagiário em sala possa modificar a rotina a dos alunos, foi possível perceber r em dois momentos distintos que as crianças obedecem, respeitam e são respeitados pela professora.

Definida a turma onde o trabalho de regência seria realizado, partiu-u-se para a escolha do tema e a subseqüente organização das atividades didáticas. O livro didático de Ciências escolhido pela escola no Programa Nacional do Livro Didático (PNLD MEC) possuía algumas nonoções básicas de Física, algumas das quais faziam parte da programação a ser trabalhada no estágio e isso ajudou na escolha do tema para a confecção dos projetos de aula.

## As aulas organizadas para o trabalho didático

Com relação às intervenções, foi escolhlhido um tema de comum acordo com a docente responsável pela sala de aula que envolve princípios físicos do vôo. Uma das tarefas do estágio de regência foi o de tornar temas naturalmente complexos e de difícil apreensão - - relacionados ao princípio do vôo (hihidrodinâmica) - - em conhecimentos acessíveis a este nível escolar. Para enfrentar esta dificuldade didática, as intervenções deveriam utilizar uma metodologia a que estimulasse a curiosidade dos alunos, induzindo-os a se perguntar: "como o avião voa?". Além didisso, seria necessário confeccionar objetos e brinquedos que proporcionassem maior interação das crianças com a temática proposta, ou seja, brinquedos que literalmente voassem, permitindo assim um contato visual e mais próximo com o fenômeno.

Tanto para o aprofundamento teórico em Física, como em m relação a possíveis materiais didáticos, recorreuuse a bibliografia específica, dos quais se destacam GASPAR (2004), N NUSSENZVEIG G (2002) e SAAD (2005).

Na primeira aula foi construído um brinquedo voador inusitado (figura 2) utilizando copos plásticos descartáveis. Além da surpresa causada pelo brinquedo, ele tinha como objetivo que os próprios alunos o montassem, seguindo instruções prévias, e depois, interagissem com ele, sem no entanto proceder quaisquer questionamentos teóricos acerca do fenômeno observado. Foi escolhido este objeto porque este não se parece em nada com qualquer objeto voador convencional, o que é deveras interessante, uma vez que esta foi a primeira aula. Dessa forma, como um primeiro contato, buscou-u-se mostrar que há mais questões envolvidas com o fenômeno do vôo do que a asa. A realização da prática proposta se deu de maneira empolgante, não só por parte dos alunos como também da professora e os objetos funcionaram dentro do previsto, suscitandndo aspectos lúdicos importantes para o trabalho com a Física (RAMOS, 1990).

Para a segunda intervenção trabalhou-u-se o conceito de pressão, entendido como sendo a força exercida sobre uma área. No entanto, ao iniciar as explicações, pôde-se constatar que as crianças já tiveram um contato inicial com o tema, uma vez que souberam identificar a palavra pressão como sendo "pressão da panela de pressão" e "pressão atmosférica". Entretanto, eles não dominavam o conceito, eles apenas relacionavam as palavras a, respectivamente, panela de pressão e ar. Alguns comentaram, inclusive, que o

tema constava no livro didático, observação que já era esperada. Apesar deste aparente contato, houve grande dificuldade no trabalhar do tema, uma vez que eles não conseguiam relacionar "pressão" com "força". Ficou claro que os alunos ainda não tinham os elementos cognitivos necessários para o entendimento do tema.

Figura 2: Looping

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Como montar e utilizar o Looping:

- 1 - - Copos de plástico de 50 ml;
- 2 - - Fita adesiva (unindo a base dos copos);
- 3 - - Elástico (de dinheiro).

Após envolto pelo elástico (esticado) na região da fita adesiva e lançado (solto), o copo irá voar girando sobre seu eixo. Seu movimento giratório modifica a velocidade do ar ao seu redor causando a diferença de pressão que o mantém suspenso no ar.

Para tentar superar esta dificuldade, utilizaram-m-se exemplos do cotidiano, algo como a ação de um prego em uma tábua, explicitando a diferença entre martelar um prego na posição correta e na oposta (de cabeça para baixo - - figura 3). Alguns poucos alunos conseguiram compreender, ao menos um pouco, a relação pressão-força, no entanto foi notável o esforço em participar da aula, inclusive um aluno tido como problemático, em termos disciplinares, era um dos primeiros a dar sua ua opinião nos assuntos .

Figura 3: Pregos e pressão

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- 1 - - Prego na posição correta para ser martelado;
- 2 - - Prego em posição invertida, dificultando a penetração;
- 3 - - Tábua.

Esta ilustração mostra a relação entre a área de contato prego-tábua e a pressão, ou seja, quanto menor a área de contato, maior a pressão exercida na tábua, uma vez mantida a mesma força (princípio de funcionamento do prego).

Na terceira aula, dando continuidade ao conceito de pressão, introduziu-u-se a relação entre variação da pressão e velocidade do ar, r, mostrada a com desenhos e experiências, as quais foram realizadas pelos alunos.

Inicialmente, foi utilizada uma fita de papel sulfite, a qual foi posicionada logo abaixo da boca e soprada (como demonstrado na figura 4). A segunda parte desse experimento foi realizada com a utilização de duas fitas posicionadas paralelamente (conforme figura 5) logo à direita e à esquerda da boca, sendo também sopradas.

Figura 4: Fita unitária e seu comportamento com o assoproFigura 5: Fitas paralelas

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Figura mostrando o esquema básico de um avião e evidenciando o perfil de sua asa. a.

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O objetivo desses experimentos foi mostrar para os alunos um comportamento inesperado das tiras de papel ante o movimento do ar, decorrente do sopro. Ao senso comum, ao soprar a primeira fita, nada de especial aconteceria. Contudo foi possível observar que a fita levantou-u-se ficando em posição aproximadamente perpendicular ao rosto. Com relação ao segundo experimento, o senso comum apontaria para a separação das fitas, o que, para o espanto dos alunos não ocorreu, uma vez que elas se uniram.

Esse comportamento incomum possibilitou uma primeira aproximação empírica da relação entre a diminuição da pressão com o aumento da velocidade do ar. Evidentemente que somente esta intervenção não lhes possibilitou compreensão da referida relação, e sim apenas aceitar sua existência.

A simplicidade e rapidez de realização desses dois experimentos permitiram que se planejasse chegar enfim ao avião. O primeiro contato se deu utilizando-se de desenhos, os quais mostravam o avião e sua asa de perfil (figura 6), podendo-se explorar o movimento das moléculas de ar em seu entorno (figura 7) . Neste momento foi explicada de maneira básica a hidrodinâmica do princípio do vôo.

Figura 6: Avião de perfil

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Figura 7: Perfil da asa e movimento das moléculas de ar

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Esta figura mostra o comportamento do ar em relação à asa com o avião em movimento. Essa diferença de pressão é responsável por sustentar o vôo do avião.

Utilizando -se a figura 7 foi explicado que o caminho percorrido pelo ar na parte superior da asa é maior, no entanto, é percorrido no mesmo tempo que o ar percorre a parte inferior, a qual constitui um percurso menor. Dessa forma, a velocidade do ar na parte superior é maior o que ocasiona uma diminuição da pressão em relação à parte inferior, onde a velocidade do ar é menor. Essa diferença de pressão é responsável por sustentar o vôo do avião.

Era de se esperar que o tema escolhido despertasse a curiosidade, entretanto, esta atenção transpôs a mera a observação dos objetos, levando a uma intensa participação por parte das crianças .

Visando introduzir a próxima aula, os alunos receberam a incumbência de produzuzir aviõezinhos de papel (observar figura 8) para brincarem ali, sendo que após a aula, já em casa, eles deveriam observar o vôo do brinquedo em diferentes situações:

- a) Com as duas abas (f(flaps) dobradas para cima;
- b) Com as duas abas (f(flaps) dobradas para baixo;
- c) Com uma aba dobrada para cima e a outra para baixo.

A função dos f flaps é a de ajudar na decolagem e no pouso dos aviões posicionandoos para baixo e para cima respectivamente. Já quando posicionados opostamente, ajudam na realização das manobras. Assim como nos aviões, nos aviõezinhos de papel os flaps desempenham a mesma função.

Figura 8: Aviãozinho de Papel

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Na parte traseira do aviãozinho de papel foram feitos flaps em ambas as asas da seguinte maneira: dois picotes de aproximadamente 1 cm, distanciados entre si em 3 cm, dobrando -os por último.

No inicio da quarta aula, as crianças estavam ansiosas para falar sobre a experiência que fizeram em casa com os aviõezinhos de papel, queriam contar o que ocorreu em cada uma das três situações propostas, e outras histórias, como o caso em que um aviãozinho

caiu em cima do telhado da casa do aluno.

Deve -se aqui exaltar a empolgação do aluno, nas primeiras observações de aula classificado como problemático pela professora, sempre interessado em contar suas experiências, evidenciando o fato de ter "feito a lição de casa". Infelizmente nem todos, incluindo -se os comumente classificados como "não problemáticos" procederam da mesma forma.

Após os relatos, iniciou-u-se a confecção de outro modelo de aviãozinho de papel, chamado de aviãozinho -do -rei, cujo nome provém m de seu formato parecido com m uma coroa (figura 9).

Figura 9: Aviãozinho-do-rei

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Este modelo de avião de papel foi escolhido devido o fato de ter o que se pode chamar "asas perfeitas", isto é, não há turbulência na ponta da asa. A turbulêncncia é o nome dado a movimentação desordenada do ar próximo a ponta das asas do avião. Como neste modelo as pontas se encontram e "desaparecem" formando um círculo, a turbulência não ocorre e assim o avião voa por mais tempo.

Esse experimento fez muito sucesso entre os alunos , pois não se parece em nada com um avião e, seu fácil manuseio possibilita que as crianças consigam manipulá-lo com maior desenvoltura. A surpresa quanto a sua forma peculiar contribuiu para despertar o interesse dos alunos. Ao serem questionados sobre onde se localiza a asa deste modelo de aviãozinho de papel, os alunos ficaram confusos, deram respostas como "a ponta traseira". Ao explicar a localização exata da asa deste modelo houve estranhamento por parte das crianças. Entretanto, uma vez mostrado a eles que , ao abrir as pontas do aviãozinho (ilustração 2 da figura 9), estas são semelhantes às asas de um avião normal, isto lhes possibilitou um entendimento mais fácil de questões sobre turbulência e a razão de maior permanência no ar.

Na quinta e última regência, a aula teve início com explicações acerca do funcionamento de um helicóptero, cujas hélices superiores possuem o mesmo formato da asa de um avião, sendo que a velocidade do giro das pás causa a diferença de pressão necessária a ao vôo do helicóptero. As hélices laterais são posicionadas perpendicularmente as superiores , de modo que este não gire em sentido contrário as pás superiores.

Como experiência desta aula, foi produzido um helicóptero de papel, ou melhor, apenas as hélices superiores (figura 10).

Após as brincadeiras com o helicóptero de papel, retomou-u-se a questão acerca do fenômeno responsável pelo vôo do brinquedo Looping (copos descartáveis). As crianças responderam prontamente que era por diferença de pressão, inclusive os detalhes como "em baixo é maior e em cima menor por causa da velocidade".

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Como fazer o helicóptero:

- 1 - - Folha de sulfite inteira. Cortar ao meio deixando aproximadamente 10 cm sem cortar.
- 2 - - Dobre a parte superior no estilo lo "sanfoninha" (detalhe mostrado em {a}) até chegar ao recorte.
- 3 - - Coloque cada aba para um lado da sanfoninha e o helicóptero estará pronto.

Para utilizáálo, abandone -o na posição indicada na ilustração {3}, de uma altura mínima de 1,5 m e ele descerá girirando. Quanto mais alto, maior a chance de voar perfeitamente

Uma vez parabenizados por estarem corretos, foi acrescida à explicação o fato de que neste caso o que causa a diferença na velocidade das moléculas de ar em torno do brinquedo é o seu girar. Assim concluiu-u-se a seqüência de aulas que abordavam o tema vôo pela diferença de pressão.

Fazzse pertinente lembrar que se cogitou, durante a programação das aulas , trabalhar com balão, mas este não tem o mesmo principio físico, pois seu funcionamento difere do avião uma vez que o balão voa a por causa do ar quente presente em seu interior, e o avião por diferença de pressão.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

É fato que a disciplina de Física desperta muito temor, e até aversão, nonos alunos. Essa dificuldade apresentada leva os alunos a se desinteressarem e a não perceber o quanto este conhecimento lhes poderia ser útil e culturalmente desafiador. Muitas ações são tomadas visando solucionar este problema, sendo em geral ligadas à metodologia e prática de ensino desta disciplina. Dentre as diversas propostas, discutimos com este trabalho que um contato prévio, e até mesmo prematuro, com a disciplina, possa ocorrer a partir do Ensino Fundamental.

Dentre os questionamentos, problemas e soluções surgidos no decorrer deste trabalho, há de se dar especial atenção para a capacidade de surpreender a professora, e de exceder as expectativas, que possuem os alunos. Quem poderia imaginar que a apreensão de conceitos complexos (até mesmo confusos), vistos apenas no ensino superior, se daria em crianças da terceira série do Ensino Fundamental?

Ademais a orientação e estímulo da curiosidade dos alunos acerca do assunto, forammlhes apresentados conceitos novos que, além de de possuir sentido para eles, poderão servir aos aprendizes como subsunçores para uma aprendizagem significativa a dos princípios físicos do vôo, numa perspectiva ausubeliana, em que

"(...) a aprendizagem significativa ocorre quando a tarefa de aprendizagem implica relacionar, de forma não arbitrária e substantiva (não liliteral), uma nova informação a outras com as quais o aluno já esteja familiarizado (...) Aprendizagem automática, por sua vez, ocorre se a tarefa consistir de associações puramente arbitrárias, como na associação de pares, quebra-

## cabeça, labirinto (...)." (AUSUBEL et al., 1980: 23)

De acordo com o pensamento de Ausubel (AUSUBEL et al., 1980; MOREIRA e MASINI, 1982) o elemento mais importante no processo de aprendizagem consiste nos conhecimentos prévios dos alunos, ou seja, o que já é sabido previamente ajajuda a entender os novos conceitos. Partindo deste pressuposto, acredita-se que um possível conhecimento prévio, mesmo que superficial e empírico, pode ser muito útil para facilitar o entendimento dos outros conceitos a eles relacionados.

Acrescenta -se aininda que, uma vez comprovada a capacidade das crianças de compreender alguns rudimentos de complexos conceitos físicos, faz-z-se deveras relevante dar continuidade e estímulo a este tipo de trabalho junto ao Ensino Fundamental, de forma que possa tornar-se comum às unidades de ensino aplicarem m a metodologia aqui proposta. É possível que isso seja uma contribuição para diminuir as dificuldades e a aversão que muitos alunos do Ensino Médio apresentam em relação à disciplina de Física.

Para além das atividades de ensino aqui descritas analisando novamente a figura 1, após os estudos teóricos da disciplina Prática de Ensino de Física, percebe-se que o diagrama que auxiliou na preparação das aulas serviu como um rudimentar mapa conceitual do planejamento das atividades didáticas. Com tal quadro foi possível organizar os conceitos relacionados ao princípio do vôo bem como auxiliar a preparação das intervenções. É importante salientar que não se pretendeu com esse diagrama uma ordem rígida de aulas, uma vez que é possível l iniciar as atividades didáticas tanto do topo como de qualquer outro elemento, ou seja, pode-se começar explicando "pressão" ou "vôo".

No caso descrito, supôs-se, para uma organização inicial das atividades de ensino, que o conhecimento dos alunos sosobre o vôo de aviões, mesmo os planadores de papel, poderiam ser elementos que auxiliassem o processo educacional.

Dessa forma a primeira confecção de um mapa conceitual na fase de planejamento possibilitou uma visão integrada dos conceitos inter-relacionanados de um tema, facilitando à futura professora (como estagiária da Licenciatura em Física) a organização das atividades de ensino e, até mesmo trabalhar, do ponto de vista ausubeliano, os conceitos mais inclusivos, partindo depois para detalhes e especifificidades fazendo uma diferenciação progressiva a e, posteriormente, agrupando-os em uma reconciliação integrativa .

"Segundo Novak, para se conseguir a 'reconciliação integrativa' de maneira mais eficiente, a instrução deve ser organizada de tal forma que se 'desça e suba' nas hierarquias conceituais, à medida que a nova informação é apresentada. Isso significa que, embora de acordo com a abordagem ausubeliana se deva começar com os conceitos mais gerais, é necessário que se mostre logo como estão relacionados os conceitos subordinados a eles e, então, se volte, por meio de exemplos, a novos significados para os conceitos de ordem mais alta na hierarquia. Em outras palavras, deve-e-se 'descer e subir' no mapa, explorando explicitamente as relações de subordinação e superordenação entre os conceitos". (MOREIRA e MASINI, 1982: 51)

- O diagrama contribuiu sobremaneira na preparação do material didático, aulas e, posteriormente, na aprendizagem, facilitando as inter-relações entre o novo e o que se supunha conhecido pelos alunos. A utilização do mapa conceitual - - mesmo que em uma forma preliminar e com a suposição de elementos de conhecimento prévio dos alunos - mostrouuse uma ferramenta interessante, neste caso, como um organizador didático prévio para as atividades de estágio e regência.

## BIBLIOGRAFIA

AUSUBEL, D. P., NOVAK, J. D. e HANESIAN, H., Psicologia Educacional. Editora Interamericana, Rio de Janeiro - - RJ, 1980.

GASPAR, A., Física, Série Brasil, Ensino Médio, Editora Ática, São Paulo - - SP, 2004.

MOREIRA, M. A. e MANSINI, Elcie F. S., Aprendizagem Significativa, a teoria de David Ausubel. Editora Moraes Ltda, São Paulo - - SP, 1982.

NUSSENZVEIG, M., Curso de Física Básica: Fluídos, oscilações e ondas, calor. Editora Edgard Blücher, São Paulo, 2002.

RAMOS, E. M. de de F., Brinquedos e Jogos no Ensino de Física, dissertação (mestrado), USP: São Paulo, 1990.

SAAD, F. D., Demonstrações em Ciências: Explorando os fenômenos da pressão do ar e dos líquidos através de experimentos simples. Editora Livraria da Física, São Paululo, 2005.