NOÇÕES DE ESTUDANTES ACERCA DA FORÇA GRAVITACIONAL EM UM ESPAÇO ALTERADO

## NOÇÕES DE ESTUDANTES ACERCA DA FORÇAGRAVITACIONALEM UM ESPAÇO ALTERADO

Pedro Donizete Colombo Junior a a [pedro.colombo@usp.br] Cibelle Celestino Silva b [cibelle@ifsc.usp.br]r]

a Universidade de São Paulo - Programa Interunidades de Pós-G-Graduação em Ensino de Ciências - Instituto de Física b Universidade de São Paulo -Departamento de Física Teórica - Instituto de Física de São Carlos

## RESUMO

Este trabalho analisa aspectos do ensino de física em um espaço não formal, buscando avaliar a percepção e as noções dos visitantes sobre a força gravitacional em um ambiente diferente dos espaços cotidianos. O objetivo é entender r como um espaço fisicamente alterado influencia as s noções e explicações acerca da a gravidade pelos estudantes do Ensino Médio. O local de pesquiuisa é a chamada Casa Maluca a do Centro de Divulgação Científica e Cultural da Universidade de São Paulo. A Casa Maluca é uma "casa" com piso e paredes inclinados com ângulos de 15 graus em m relação ao referencial externo, ao entrar em seu interior, os visitantes experimentam alterações na percepção de alguns fenômenos do cotidiano relacionados com a força da gravidade. Estas alterações são problematizadas através de perguntas feitas aos visitantes com o objetivo de tomarem consciência da força gravitacional e sua dependência com o referencial adotado. Tomamos como referencial teórico às noções de obstáculos epistemológicos proposta por Gaston Bachelard e metodologia de pesquisa do tipo quantitativa e qualitativa, apoiada em observação o da atividade , aplicação de de questionários, gravação em áudio e vídeo e entrevistas semiiestruturadas. Trata -se de uma pesquisa em andamento cujos primeiros resultados da pesquisa apontam à presença de alguns obstáculos epistemológicos, dentre eles: a experiência primeira e o conhec imento geral, e demonstram algumas das dificuldades dos alunos em entender o conceito gravidade e seu caráter vetorial. Ao final da pesquisa teremos desenvolvido o roteiros os de perguntas e intervenções a serem utilizadas pelos monitores e professores durante as visitas, bem como entender como a visita à Casa Maluca pode ajudar a superação das concepções de senso comum em direção ao conhecimento científico aceito atualmente sobre o assunto.

PAPALAVRAS -C -CHAVE: E: Gravidade, Gaston Bachelard, Centros de Ciências.

## INTRODUÇÃO

Apesar do grande incentivo para a criação de centros de ciências no Brasil, no final da década de oitenta do século passado (Cazelli et al. 2003), existem poucos estudos sobre pesquisas educacionais nestes locais, principalmente sobre tópicos referentes ao ensino de física. No caso do ensino de física não encontramos trabalhos que abordem o conceito gravidade em um contexto de ensino não formal, como o caso da Casa Maluca .

A presente pesquisa busca por meio de metodologia de pesquisa quantitativa e ququalitativa identificar a percepção e modelos explicativos para gravidade , elaborados pelos participantes da atividade Casa Maluca pertencente ao Jardim da Percepção do CDCC-U-USP. O intuito é é entender como um espaço fisicamente alterado influencia na percepção e nanas noções dos estudante s acerca da força gravitacional. Com isso elaborar um roteiro que subsidie a equipe de monitores na orientação das visitas à Casa Maluca .

A idéia de gravidade envolve um grande número de obstáculos epistemológicos e em geral as pessoas têm concepções errôneas a seu respeito (Palmer 2001). Muitos estudos mostram que os estudantes trazem consigo noções de senso comum a respeito de fenômenos da natureza, em especial a gravidade. Como afirma Paty (2003, p. 9) o senso comum é uma espépécie de terreno fértil para nosso pensamento e nossas ações. Em muitos casos ao destronar o senso comum é que surgem oportunidades para a incorporação de idéias atualmente aceitas pela comunidade científica como corretas.

Uma das maneiras de isso ser feito é criando situações fora do cotidiano nas quais o senso comum é fortemente questionado, como ocorre na Casa Maluca. Os primeiros resultados apontam a presença de alguns obstáculos epistemológicos, dentre eles: a experiência primeira e o conhecimento geralal, e mostram algumas das dificuldades dos alunos em entender o conceito gravidade e seu caráter vetorial.

## O CENTRO DE DIVULGAÇÃO CIENTIFICA E CULTURAL - CDCC

O Centro de Divulgação Científica e Cultural (CDCC) pertence à Universidade de São Paulo e vincula -se à Pró -R -Reitoria de Cultura e Extensão Universitária, ao Instituto de Física de São Carlos e ao Instituto de Química de São Carlos 1 . Entre suas metas, , o CDCC visa estabelecer um vínculo duradouro entre a Universidade e a comunidade. PaPara atingi-las promove e orienta atividades que visam despertar nos cidadãos, em especial nos jovens, o interesse pela ciência e pela cultura. Localizado no centro da cidade de São Carlos, em São Paulo, encontra -se instalado em um prédio histórico construído em 1902 pela Società Dante Alighieri, e adquirido em 1985 pela Universidade de São Paulo com a finalidade específica de sediar um centro de ciências.

- O CDCC é aberto à visitação pública individual ou de grupos, estudantes e professores . Anualmente o público atendido em suauas diversas atividades é estimado em 75 mil pessoas. Integram o CDCC os setores de Astronomia e seu Observatório Astronômico, Biblioteca, Biologia e Educação Ambiental, Computação, Física, Química, Matemática e o recém inaugurado Jardim da Percepção .
- O Jardim da Percepção está á localizado em uma área externa , com aproximadamente 600 metros quadrados. Contêm, entre outras coisas, expeperimentos interativos de física e réplicas de ambientes naturais. Os experimentos enfatizam as sensações e percepções de fenômenos naturais integrando os conhecimentos e habilidades pelo uso dos sentidos como forma de diálogo com a natureza na apreensão dos novos conhecimentos

## A CASA MALUCA

Uma das atividades do Jardim da Percepção é a a visita à Casa Maluca, uma "casa" com piso e paredes inclinados com ângulos de 15 graus em m relação ao referencial externo. Ao entrar em seu interior, os visitantes não percebem visualmente a inclinação e experimentam alterações na percepção de alguns fenômenos do cotidiano relacionados com a força da gravidade, tais como: levantar -se de uma a cadeira sem o auxílio das mãos; ; visualizarem sua imagem com um ângulo de inclilinação ao olhar para um espelho; a inclinação do prumo de um filete de água que sai de uma torneira colocada em uma das paredes; uma bola que sobe um plano inclinado , entre outros fenômenos. Estas alterações podem ser problematizadas através de perguntas feitas aos visitantes com o objetivo de eles tomarem consciência da força gravitacional e sua dependência com o referencial adotado.

Percebebemos o mundo através dos nossos sistemas sensoriais, processando informações obtidas pela visão, audição, tato, paladar, olfato e sistema de equilíbrio. Quando adentramos à Casa

Maluca os os mecanismos sensoriais envolvidos na manutenção de nossa postura e eququilíbrio são: a visão, a propriocepção2 2 e o aparelho vestibular.

As informações recebidas desses três sentidos são utilizadas pelo cérebro para interpretar qual a melhor posição do corpo em relação à manutenção do equilíbrio . A visão é o sentido que nos localiza no mundo exterior através da noção de distância, velocidade e movimento. A propriocepção é provocada por deslocamentos mecânicos dos músculos e das articulações, ela informa o cérebro da posição, grau de contração e tensão de cada músculo do corpo. É através deste sentido que temos a noção de onde estão nossos membros. O aparelho vestibular detecta a posição da cabeça no espaço, isto é, determina se ela está ereta com relação à força gravitacional da Terra, , se está jogada para trás, voltada para baixixo, ou em outra posição o (Fernandes et al. 2006).

Uma vez no interior da Casa Maluca, o indivíduo tenta se orientar pelas paredes e piso neste novo referencial, sendo que o estímulo visual tende em alguns momentos a se sobrepor aos demais sentidos para a manutenção do equilíbrio. A nova orientação em relação ao referencial da superfície da Terra terá efeitos diferentes em cada pessoa, ocasionando em alguns casos algum mal estar e até mesmo náuseas (Oliveira 2005). Podemos atribuir o desconforto ao conflito entre o que é percebido pelos olhos, os quais informam o sistema nervoso que estamos no piso horizontal, e o detectado pelo labirinto, o qual informa que estamos em um piso inclinado.

## A EPISTEMOLOGIA DE GAGASTON BACHELARD

Buscando identificar os modelos explicativos elaborados pelos estudantes quanto à percepção da força gravitacional na atividade Casa Maluca, adotamos como referencial teórico o conceito de obstáculos epistemológicos e perfil epistemológico introduzidos pelo francês Gaston Bachelard (1884 - 1962).

Para Bachelard (1996, pp. 17-7-20) o problema do conhecimento se coloca através de "obstáculos epistemológicos", sendo que a presença de obstáculos epistemológicos é inerente ao desenvolvimento do conhecimento científico, tanto do ponto de vista histórico quanto da prática pedagógica. Assim, é a superação de obstáculos epistemológicos que propicia o avanço do conhecimento. Dentre os obstáculos epistemológicos propostos por Bachelard encontramos:

A experiência primeira: é o início dos obstáculos na formação do espírito científico, é a experiência colocada antes e acima da crítica (Bachelard 1996, p. 29). Podemos entendê-la como sendo inferências imediatas, ligada ao natural, concreto, resultado de uma atividade pouco pensada.

- O conhecimento geral: a geneneralização é colocada por Bachelard como outro obstáculo epistemológico, , podendo sua utilização ser impeditivo na formação do espírito científico, uma vez que generalizações tornam as leis tão clarasas, completas e fechadas, que dificilmente levanta -se o interesse por questionar suas premissas (Gomes & Oliveira 2007, p. 98).
- O susubstancialismo: o qual leva à atribuição de qualidades diversas e até opostas a uma mesma substância ou relaciona uma substância a qualidades diversas. Para Bachelard um dos sintomas mamais claros da sedução substancialista é o acumulo de adjetivos para um mesmo substantivo, sendo essa uma tendência geral que se encontra em campos bem afastados do pensamento científico. Quanto menos precisa for uma idéia, mais palavras existiram para expreressála (Bachelard 1996, p. 140).

- O ananimismo: resultado da aplicação de características de seres vivos aos mais variados fenômenos. Também denomina de obstáculo epistemológico animista ao fato de que atribuir vida daria relevância a um determinado fenômeno (Gomes & Oliveira 2007, p.98).
- O rerealismo: podemos entender o obstáculo realista sendo associado àquilo que Bachelard chama de realismo ingênuo, ou seja, diretamente associado ao conhecimento comum ou a noção do real, o qual obstrui a abstração, a racionalização do fenômeno observado, acarretando a uma conclusão a partir daquilo que se observa.

A epistemologia de Bachelard foi escolhida, pois este autor considera que obstáculos epistemológicos inevitavelmente surgem nas relações entre os sujeitos e o objbjeto do conhecimento (no presente caso, entre estudantes e a força da gravidade em espaços cotidianos e alterados). Segundo Bachelard d o progresso do conhecimento depende da superação de obstáculos, que nunca é definitiva. Sendo assim, a problematização das noções dos estudantes sobre gravidade em um ambiente físico alterado pode nos ajudar a compreender como os perfis epistemológicos dos estudantes mudam (ou não) em função da visita à Casa Maluca .

## METODOLOGIA

A metodologia adotada na pesquisa é uma combinação de metodologias de pesquisa qualitativa e quantitativa. Como afirma Ludke & André (1986) esta combinação é fundamental, pois fornece subsídios básicos para a coleta e análise dos dados. A pesquisa quantitativa é realizada com a utilização de questionárioios (piloto e definitivo). A aplicação de questionários possibilita atingir um grande número de pessoas em um curto espaço de tempo, além de permitir às pessoas entrevistadas tranqüilidade na hora de responder e garantir o anonimato das respostas enunciadas Gil (1999) .

Como um dos objetivos desta pesquisa é conhecer as concepções dos estudantes sobre gravidade em um espaço físico alterado, os dados qualitativos são cruciais. Compreendem observações sobre o público visitante, gravações em áudio e vídeo , , e entntrevistas semi -estruturadas com alguns estudantes em suas escolas após a visita à Casa Maluca .

Para o estudo das noções sobre gravidade por parte dos visitantes na atividade Casa Maluca , dividimos a avaliação em três etapas (Studart et al. 2003):

Avaliação preliminar: tem a função de diagnosticar as noções prévias dos alunos sobre o tema e balizar as outras etapas da pesquisa. Para isso foi elaborado um questionário, simples e objetivo, para ser r respondido logo após a visita.

Também faz az parte da avaliação o preliminar r a observação de atitudes e comentários dos visitantes durante a visita. Como afirmam Ludke & André (1986, p. p. 25) é fato bastante conhecido que a mente humana é altamente seletiva, a seleção de um ou de outro objeto tem muito a ver com a bagagem m cultural e com a história pessoal de cada pessoa. Sendo assim cada pessoa centra sua atenção em determinados aspectos da realidade desviando-o-se de outros. A observação além de possibilitar um contato pessoal e estreito do pesquisador com o fenômeno pesquisado o é é uma forma direta de perceber as emoções, sentimentos e motivações expressadas pelos visitantes frente à atividade.

Avaliação formativa: trtraz uma importante ferramenta de coleta de dados: a gravação da s visitas em áudio e vídeo. Esta etapa busca não perder nenhum detalhe da visita quanto a a aspectos cognitivos, relacionais e afetivos. A gravação em áudio e vídeo possibilita uma análise mais precisa e cuidadosa dos dados. DuDurante uma visita há toda uma gama de gestos, expressões, entonações, sinais nãooverbais, hesitações, alterações de ritmo, , enfim , toda uma comunicação não apenas verbal

cuja captação é muito importante para a compreensão e a validação do que foi anotado durante as observações (antes e após da visita) e respondido nos questionários (Ludke & André, pp. 36-6-7).

Entrevistas semiiestruturadas: realizada com alguns visitantes, após a visita à à Casa Maluca, tem o intuito de verificar o impacto da visita quanto a ganhos cognitivos (aprendizagem de conceitos) e afetivos (emoção, motivação em buscar mais sobre ciência). A entrevista semi-iestruturada busca entrar em detalhes sobre o que o entrevistado respondeu nos questionários aplicados, além de levantar pontos oriundos da análise da gravação em áudio e vídeo. o.

A entrevista semiiestruturada foi escolhida como uma das formas de coleta de dados, pois este modelo possibilita ao entrevistado responder dete rminadas questões pré-definidas e ao mesmo tempo ter liberdade para falar sobre outros pontos que considera importante.

## RESULTADOS

## O conceito gravidade

Antes de apresentar alguns resultados , frutos da aplicação e análise de questionários e da gravação em áudio e vídeo, acreditamos ser muito importante explicitar o resultado de um levantamento bibliográfico sobre as noções que os estudantes têm m acerca do conceito gravidade.

A idéia de gravidade é um conceito de difícil acesso e que envolve um grande número de obstáculos epistemológicos, haja vista o longo desenvolvimento científico e filosófico pelo qual atravessou. Constatamos pelo levantamento e análise de alguns artigos nacionais e internacionais que em geral as pessoas têm concepções errôneas a respeito da gravidade.

Estudos realizados por Palmer (2001) mostraram que estudantes freqüentemente têm concepções múltiplas na ciência e muitas vezes aplicam uma concepção em um problema e outra diante de outro problema relacionado, por exemplo, a ação da gravidade sobre uma série de objetos móveis e/ou nãoomóveis em situações diárias.

As concepções que os estudantes têm sobre gravidade geralmente coincidem com idéias formuladas por pensadores do passado, particularmente Aristóteles. As palavras "gravidade" e "levita" são derivadas das palavras do Latim gravitas e levitas s usados nas traduções dos trabalhos originais de Aristóteles para descrever as qualidades do peso e da leveza. Estas qualidades caracterizaram a natureza das substâncias que determinaram seu movimento (Kavanagh & Sneider 2007, pp. 22-3). Hoje no ensino básico de física a idéia de gravidade se refere ao conceito de força ou atração gravitacional, baseadas na lei de gravitação universal elaborada por Isaac Newton no século XVII (Martins 2006).

São inúmeros os trabalhos que pesquisaram as concepções dos estudantes sobre gravidade considerando o espaço cotidiano. Estes trabalhos analisam sob os ma is variados pontos de vista as idéias que os estudantes têm sobre gravidade e mostram, entre outras coisas, que os estudantes têm grandes dificuldades em entender o que é a força gravitacional e sua ação sobre os corpos terrestres.

Nardi & Carvalho (1996) em um estudo realizado no Brasil, com estudantes de várias idades, chegaram à conclusão que os estudantes trazem concepções conflitantes a respeito da gravidade. Entre seis e oito anos de idade as crianças não entendem a atração de um objeto para o centro o da Terra, sendo improdutiva a utilização de termos como gravidade. Por volta dos onze anos embora entendam que os corpos são atraídos na direção do centro da Terra, muitas vezes apresentam um limite para a ação à distância. Já Kavanagh & Sneider (2007) mosostraram m que alunos com conhecimementos formais em ciência tendem a usar r um vocabulário mais sofisticado, porém os tipos de

erros de raciocínio que fazem são similares aos erros feitos por alunos mais novos e que ainda não estudaram ciências.

Outros autores já haviam chegado a conclusões pararecidas em seus trabalhos, por exemplo, Mali & Howe (1979) ao estudarem o desenvolvimento dos conceitos de gravidade e Terra entre crianças do Nepal, e Nussbaum (1979) com estudantes israelenses.

Muitos estudos relatam alguns dos problemas mais comuns observados no ensino e na aprendizagem do conceito gravidade, mostrando as resistências exibidas pelos estudantes em deixarem m as noções de senso comum e adotarerem m as noções cientítífíficas aceitas atualmente sobre gravidade.

- · A gravividade requerer ar para transmitir sua força (Ameh 1987; Bar & Zinn 1998; Minstrell 1982);
- · Objetos mais pesados caem mais rapidamente (Bar et al. 1994; Champagne et al 1980; Gunstone & Watt 1985; Halloun & Hestenes 1985);
- · Peso como sendo igual à força de gr avidade (Galili 1993; Watt 1982; Watts & Zylbersztajn 1981);
- · Concepções alternativas e concepções científicas convivem na estrutura cognitiva dos estudantes (Palmer 2001);
- · As idéias dos estudantes sobre gravidade têm paralelos com idéias aristotélicas (Hülslsendger 2004);

Quando se trata do estudo da queda dos corpos muitas vezes os alunos têm dificuldades em romper com idéias baseadas na simples observação do fato, ou seja, romper com o senso comum (Matthews 1995, p. 183). Sendo assim, a visita à Casa Maluca se apresenta como um excelente recurso didático o (dentre os vários que os centros de ciências dispõem) onde os estudantes têm a oportunidade de perceberem que a gravidade se manifesta o tempo todo, mesmo quando aparentemente não sentimos seus efeitos .

## A visita a Casa Maluca

Durante o primeiro semestre de 2008 acompanhamos a visita de 263 alunos à à Casa Maluca, com a aplicação de 97 questionários e gravação em áudio e vídeo de algumas visitas. É oportuno destacar que a visita ocorre com grupos de no máximo cinco pessoas, e dura em média 20 minutos.

Uma particularidade na aplicação destes questionários prende -se ao fato de que as escolas que participaram da atividade eram oriundas de diferentes cidades, tais como: Ibaté/SP, Mogiguaçu/S/SP, Novo Horizonte/SP , Bebedouro/o/SP, São Carlos/S/SP e e Dobrada/S/SP. Devido a este fato não foi possível aplicar questionários para todas as turmas visitantes, uma vez que algumas escolas tinham horários pré-definidos para retornarem. Do total de questionários aplica dos s 85% foram para alunos do terceiro ano do Ensino Médio, os quais já haviam tido contato com o conceito gravidade no âmbito escolar.

Com a análise dos questionários aplicados foi possível extrair algumas considerações interessantes , tais como a definição do termo gravidade por parte dos estudantes. Para orientar e ilustrar nossa análise, a tabela 01 traz algumas respostas enunciadas pelos alunos.

Tabela 01: Respostas enunciadas pelos alunos

Como já era esperado um número muito pequeno de alunos tinha o entendimento correto do conceito gravidade. A maioria dos alunos traz o entendimento do conceito gravidade parcialmente desenvolvido, e em alguns casos ocorre uma confusão generalizada de conceitos. Analisando os dados vemos que a maior parte dos alunos explica a gravidade como "a"algo" que "t"tende a puxar para baixo " ou explicações parecididas. Tal generalização constitui-se um obstáculo epistemológico bem acentuado e enraizado, onde , apesar de facilitar momentaneamente o entendimento do conceito, acaba por bloquear o interesse pelo estudo mais aprofundado sobre a gravidade.

Em outro momento foi pedido para os alunos indicarem, dentre os dedesenhos da figura 01, em quais casos a gravidade atuava e indicar com um vetor a orientação da gravidade. Ressaltamos que na Casa Maluca há, entre outros objetos, uma cadeira onde o aluno encontra dificuldades em levantar -se sem o auxílio das mãos e uma tororneira colocada numa das suas paredes onde se visualiza a inclinação do prumo de um filete de água saindo .

Figura 01: Desenhos apresentados aos alunos

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Tabela 02: Em quais casos a gravidade atua?

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O que chama a atenção nesta questão, é que a maioria dos alunos acredita que a atuação da gravidade restringe-e-se a região próxima da superfície da da Terra, não atuando sobre um astronauta no espaço. A priori entendemos que tal postura possa estar associada a um obstáculo epistemológico que Bachelard chama de experiência primeira, onde as impressões e noções que constroem acerca do conceito gravidade estão intimamente relacionadas com as experiências cotidianas. Este fato se torna mais evidente ao se observar que quauase a totalidade dos alunos (em alguns casos 100%) ) aceita que a gravidade atua sobre objetos na a superfície da Terra.

Quanto à segunda parte da questão, o caráter vetorial da gravidade, houve uma variedade imensa de respostas, deixando clara a dificuldade dodos alunos em se trabalhar e entender o caráter vetorial da gravidade, ou ainda, abstrair e racionalizar um fenômeno observado, o que é caracterizado por Bachelard como um realismo ingênuo.

Um dado quantitativo que chama ma a atenção é o fato de que a maioria dos alunos, cerca de 90%, apesar de nunca ter visitado o CDCC-U-USP, demonstraram grande entusiasmo em retornar, deixando claro o caráter motivador da visita quanto ao ensino de ciências.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

São inúmeros os trabalhos que pesquisaram as cononcepções dos estudantes sobre gravidade considerando o espaço cotidiano . Estes trabalhos relataram , , entre outras coisas , que os estudantes têm grandes dificuldades em entender o que é a força gravitacional e sua ação sobre os corpos terrestres. Assim, o cononceito de gravidade é um conceito de difícil acesso e seu entendimento envolve a superação de um grande número de obstáculos epistemológicos.

No ensino de ciência não se deve apenas privilegiar a memorização, deve -se buscar situações que possibilitem o desenvolvimento cognitivo no aluno. Este tipo de situação ocorre quando se dá uma compreensão de fatos e conceitos fundamentais de forma gradual e concisa (Bianconi &amp; Caruso 2005, p. 20). Neste contexto, a a visita à Casa Maluca pode ajudar por meio da vivência ia da gravidade em um espaço alterado, a superação de concepções trazidas pelo senso comum em direção ao conhecimento científico aceito atualmente .

Os contextos fora da sala de aula a estimulam os estudantes a promoverem novas conexões entre a ciência e o cototidiano, pensando mais sobre o tema ma trabalhado e suas implicações. Sobre este aspecto, constatamos em nossa pesquisa, que a maioria dos alunos demonstrou grande entusiasmo em retornar à Casa Maluca, deixando claro o caráter motivador da visita quanto ao ensnsino de ciências . Enfim , , acreditamos que a visita à Casa Maluca apresenta-se como um excelente recurso didático, onde os estudantes se vêem questionados sobre suas idéias trazidas pelo senso comum.

## AGRADECIMENTOS

Agradecemos à FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) e a equipe do do Centro de divulgação Científica e Cultural (CDCC-U-USP) pelo apoio recebido .

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