MÃO NA MASSA APLICADA AO ENSINO MÉDIO

## MÃO NA MASSA APLICADA AO ENSINO MÉDIO

## Antonio Luiz Fernandes Marques , Danilo dos Santos Carvalho 1 2

- 1 Universidade Federal de Itajubá/Instituto de Ciências Exatas/Departamento de Física e Química, amarques@unifei.edu.br

2 Escola Municipal Frei Osmar Dirks - São Lourenço (M. G.), dcarvalho@unifei.edu.br

## Resumo

No Brasil a preocupação com a qualidade do ensino e das técnicas pedagógicas vem se evidenciando cada vez mais. Nos Estados Unidos, uma atividade pioneira teve início e foi desenvolvida pelo pesquisador Leon Lederman, Prêmio Nobel de Física, recebendo o nome de Hands-on. Posteriormente adotado no Brasil como Mão Na Massa. Essa atividade é baseada no ensino de ciências através de experimentos investigativos. O professor promove o interesse dos alunos, do ensino fundamental, a partir de uma situação-problema, e a busca da resposta dessa questão leva os alunos à elaboração de suas hipóteses (concepções prévias). Os momentos fundamentais do projeto Mão na Massa são: a) construção do problema, b) questionamento livre ou semi-dirigido proposto pelo professor, c) resolução experimental do problema (fazer com que sejam expressas as concepções iniciais dos alunos), d) formulação das aquisições (reorganizar os conhecimentos, estruturar e fixar o saber construído), e) registro pessoal, f) registro coletivo. A realização do experimento, a análise dos resultados obtidos e a pesquisa documental podem confirmar ou não as hipóteses. Esse trabalho tem como objetivo favorecer e estimular a articulação entre a realização da experimentação e o desenvolvimento da expressão oral e escrita na construção do conceito científico. O início deste projeto deu-se na disciplina Prática de Ensino IV (FIS461) do curso de Licenciatura em Física da Universidade Federal de Itajubá que teve início em 2001. Neste artigo apresentamos os resultados de um Trabalho de Final de Graduação onde foi utilizado o projeto Mão Na Massa, em atividades experimentais envolvendo resolução de situações-problema em um módulo de Física do Ensino Médio, e discutiremos sobre sua aplicabilidade.

Palavras-chave : Mão na Massa, Ensino de Física, Atividade Experimental, Ensino Médio, Formação e Prática Profissional.

## Justificativa

O projeto Mão na Massa teve início e foi desenvolvido pelo pesquisador Leon Lederman, Prêmio Nobel de Física, em escolas sócio-economicamente desfavorecidas da rede pública de Chicago na década de 90 e recebeu o nome de Hands-on . Após seu início nos Estados Unidos foi ampliado a outros países, e em 1995 na França com a colaboração de George Charpak, também laureado com Prêmio Nobel de Física, com o apoio da Academia Francesa de Ciências os módulos Insights do programa norte-americano foram traduzidos e adaptados para o francês. Juntamente foi criada uma infra-estrutura de materiais e formação de professores que recebeu o nome de La Main à La Pâte (Programa governamental que envolve crianças de 5 a 12 anos de idade). Em 1996 o projeto é lançado na França, e conquista uma grande adesão de professores e diante de tanto êxito, em junho de 2000 passa a integrar o Plano Nacional de Renovação do Ensino de Ciências e Tecnologia do Ministério da Educação Nacional da França.

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No Brasil sob a coordenação nacional do Prof. Dr. Ernest Wolfgang Hamburger, membro da Academia Brasileira de Ciências e, na época, Diretor da Estação Ciência - USP, nasce o projeto denominado ABC na Educação Científica Mão na Massa, iniciado em maio de 2001, a partir de um acordo entre as academias de ciências da França e do Brasil envolvendo quatro equipes independentes de trabalho ligadas a centros de ciências e pesquisa, como Estação Ciência (Centro de Difusão Científica, Tecnológica e Cultural da Pró-Reitoria de Cultura e Extensão da Universidade de São Paulo), CDCC (Centro de Divulgação Científica e Cultural de São Carlos), FIOCRUZ (Fundação Instituto Oswaldo Cruz do Rio de Janeiro), envolvendo também inicialmente secretarias e escolas municipais e estaduais do Rio de Janeiro e do estado de São Paulo (a grande São Paulo e São Carlos, interior). Em 2005 o programa estava presente em onze cidades brasileiras. As adesões dos professores foram espontâneas e voluntárias. (FALCONE, ATHAYDE e MOZENA, 2007).

Os momentos fundamentais do projeto Mão na Massa são : a) construção do problema: (construir um posto de vista e um questionamento sobre os fenômenos comuns a classe); b) questionamento livre ou semi-dirigido proposto pelo professor: envolvendo documentos; e/ou leitura de um texto; e/ou manipulação dos mesmos; formulação de questões pelos alunos no caderno de experiências; escolha e reformulação de uma questão; c) resolução experimental do problema (fazer com que sejam expressas as concepções iniciais dos alunos): elaboração de uma experimentação possível; discussão das modalidades dessa experimentação; previsão dos resultados esperados; confrontação e argumentação das previsões; realização da experiência; observação dos resultados da mesma; descrição 'bruta' da atividade (escrita durante a ação) no caderno de experiências; d) formulação das aquisições (reorganizar os conhecimentos, estruturar e fixar o saber construído): confrontação dos resultados e das previsões; discussão sobre a interpretação das divergências previsões/resultados; elaboração de um relatório coletivo escrito (durante a reflexão); e) registro pessoal: especificar um dispositivo, antecipar os resultados, as escolhas materiais e planejar (ação); guardar registros de observações, pesquisas, leituras e ter disponíveis as atividades anteriores (memorização); reorganizar, organizar, estruturar, relacionar com escritos anteriores e reformular escritos coletivos (compreensão); f) registro coletivo: transmitir o que foi compreendido, uma síntese; questionar outro grupo ou um cientista; contextualizar, explicar o que foi feito e o que se entendeu; sintetizar (hierarquizar, correlacionar).

## O objetivo principal do projeto original Mão na Massa é:

- (...) ajudar o professor a implementar um ensino renovado das ciências e da tecnologia, tanto no ponto de vista da metodologia pedagógica quanto dos elementos de conhecimento científico necessários. Não é de forma alguma um manual de ensino de ciências nas séries iniciais do ensino fundamental. (ADAM e colaboradores, 2005 p. 7)..

Como este trabalho é direcionado para alunos do Ensino Médio, foram necessárias algumas pequenas alterações do projeto original:

- a) inserção do ferramental matemático para auxiliar na compreensão do conceito Físico e,

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b) utilização parcial do material do Grupo de Reelaboração do Ensino de Física da USP (GREF) 1 . (DIAS, 1984)

## Contextualização

Este trabalho utiliza os princípios do projeto Mão na Massa, baseando-se em atividades experimentais envolvendo resolução de situações-problema em um módulo de Física do Ensino Médio, mais especificamente na área de mecânica: colisões.

- O inicio deste trabalho de pesquisa se deu na disciplina Prática de Ensino IV (FIS461) do curso de Licenciatura em Física da Universidade Federal de Itajubá, que teve início em 2001. FIS461 tinha como objetivo dar ao aluno uma visão conceitual e quantitativa sobre energia, estimulando-o a apresentar temas relacionados com o assunto bem como elaborar e montar um experimento envolvendo os conceitos de energia apreendidos. As estratégias abordadas eram: aulas expositivas, seminários apresentados pelos alunos e elaboração e montagem de um experimento envolvendo conservação de energia. (MARQUES, 2007)

Nas aulas expositivas foram abordados os seguintes conceitos: história da energia; as várias formas de energia; fontes de energia para o homem: energias renováveis; energias fundamentais do ponto de vista da física e as teorias da física e a energia. Nos seminários os alunos apresentaram as seguintes fontes de energia: biomassa, eólica, hidrelétrica, marés, nuclear, solar e térmica. Alguns dos experimentos apresentados pelos alunos sobre conservação de energia formam: colisão, efeito dominó, lata ioiô e roda d'água. (CHAVES, CASTRO & MARQUES, 2009)

Neste trabalho apresentamos os resultados de um Trabalho de Final de Graduação onde foi utilizado o projeto Mão Na Massa, em atividades experimentais envolvendo resolução de situações-problema em um módulo de Física do Ensino Médio.

## Procedimentos Metodológicos

De posse dos dados coletados através de uma avaliação individual escrita, de uma pesquisa documental e dos escritos coletivos e pessoais dos alunos, foi feita uma análise qualitativa.

## Contexto do Trabalho

Utilizamos a proposta do projeto Mão na Massa para alunos do ensino médio que estudam em uma escola da rede pública estadual na cidade de Itajubá MG, através de um estudo de caso, onde foram ministradas um total de oito aulas de 17 de setembro a 22 de outubro de 2009.

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## Descrição das Atividades

A seguir descreveremos sucintamente as 08 aulas ministradas para uma turma de primeiro ano do ensino médio.

As figuras 1 e 2 mostram as montagens experimentais usadas durantes as aulas: Berço de Newton e colisões de duas bolinhas.

Figura 1 - Berço de Newton

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Figura 2 - Colisões

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## Aula 01 - Questionamento semi-dirigido proposto pelo professor

Foi realizada a leitura do material do GREF referente à conservação dos movimentos e houve várias tentativas de se explicar, por parte dos alunos, os acontecimentos das ações da tirinha, figura 3. (GREF, 2001)

Figura 3 - Tirinhas retiradas do material do GREF (2001)

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## Aula 02 - Realização do experimento Berço de Newton

Houve uma discussão, rica em detalhes, onde as melhores formas de montagem foram discutidas, e foi previsto dos alunos para os resultados esperados.

Grupo 01: as previsões do grupo foram:

Com duas bolinhas o movimento iria cessar e com três ou mais se movimentaria por mais tempo.

## Grupo 02: previram que:

Com duas bolinhas o movimento não 'pararia' independente do numero de bolinhas.

Após a argumentação, e posterior confrontação, os grupos não mudaram de opinião quanto o experimento e houve várias tentativas de se explicar como seria o transcorrer do experimento.

## Grupo 01:

Com duas bolinhas houve movimento, mas parou rápido. Quanto mais bolinhas mais tempo de movimento.

## Grupo 02:

Com duas bolinhas vai chegar uma hora, que elas param e se forem três ou mais o movimento continuará por um tempo e depois por alguma razão para.

## Aula 03 - Confrontação dos resultados/previsões

Os dois grupos notaram a diferença entre os resultados experimental e o teórico e, através da análise do experimento e dos erros cometidos, os alunos compreenderam que a distância entre os resultados experimental e o teórico é a inserção, ou não, de todas as variáveis possíveis.

## Conclusões do grupo 01:

Em um sistema isolado se não tiver alguma coisa interferindo entre os objetos o movimento vai alternar, mas no sistema geral o movimento total vai se conservar. (...) Sistema isolado é quando não há perda do movimento nos agentes do sistema, quando é considerado o objeto que interfere. (...) Não é sistema isolado quando há interferência de alguma coisa, ocasionando a perda do movimento.

## Conclusões do grupo 02:

Se não considerar a interferência esta vai estar roubando energia e portanto o movimento vai acabar. (...) Na interação dos objetos o movimento vai alternar, mas o sistema geral e o movimento total vai se conservar. (...) A energia total do sistema vai sendo retirada por outros fatores.

## Aula 04 - Colisões

Questionamento semi-dirigido, proposto pelo professor, depois formulação de questões, pelos alunos, no caderno de experiências e a partir das situações iniciais propostas pelo GREF os alunos procuraram explicar o que ocorreria após as colisões, figura 4 (GREF, 2001)

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Figura 4 - Colisões: situações propostas

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Previsão dos alunos dos resultados esperados:

## 1) Batida Traseira

## Grupo 01:

O movimento perdido pela bolinha 1 foi transferido para a bolinha 2.

## Grupo 02:

A bolinha 1 para e a bolinha 2 se movimenta.

## 2) Batida Frontal nº 1:

## Grupo 01:

Param para mesma velocidade.

## Grupo 02:

Uma bate na outra e se separam

## 3)Batida Frontal nº 2:

## Grupo 01:

1 perde e 2 ganha.

## Grupo 02:

Se a velocidade da bolinha 1 for muito maior que a bolinha 2 a 2 vai voltar e a 1 vai continuar em frente.

## Aula 05 - Realização da experiência de colisões

## 1) Batida Traseira

## Grupo 01:

O movimento perdido pela bolinha 1 foi transferido para a bolinha 2.

## Grupo 02:

Ambas bolinhas adquirem movimento.

## 2) Batida Frontal nº 1:

## Grupo 01:

Quando ocorre atrito elas exercem velocidade contrária. Velocidade baixa, com atrito elas param.

## Grupo 02:

Uma bate na outra e se separam.

## 3) Batida Frontal nº 2:

## Grupo 01:

Vai depender da quantidade de movimento das duas. Se a bolinha 1 for muito maior que a bolinha 2, 1 empurra 2 e ainda continua se movimentando.

## Grupo 02:

A bolinha 2 vai ser empurrada pela bolinha 1. Se a velocidade de 1 for muito maior que a 2 além de empurrar, 2 vai permanecer com velocidade.

## Somente o Grupo 02 escreveu sua conclusão:

É sempre feito antes e depois, para mostrar que o movimento se transforma, mas sempre se conserva.

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## Aula 06 - Questões propostas

Foi feita uma revisão sobre os conceitos já vistos sempre procurando fazer com que os alunos se expressassem. Como houve a necessidade de trabalhar com o formalismo matemático, já que a turma era de ensino médio, foram propostos exercícios sobre conservação dos movimentos e colisões. (GREF, 2001).

O espetacular desastre esférico

No verão de 1945, em Milão, Giovanni Bolina Digudi, 6 anos, deixou escapar sua veloz bolinha de gude com uma quantidade de movimento de 8 unidades. A pequena esfera atingiu uma outra posicionada cuidadosamente sobre um círculo desenhado na calçada de uma pizzaria. A esfera de Giovanni voltou para trás com uma quantidade de movimento de 4 unidades após o choque. Qual foi a quantidade de movimento adquirida pela outra bolinha?

1992 Os inacreditáveis irmãos suicidas.

Dois irmãos gêmeos, Jefferson Roller, 6 anos, e Tobias Pateen, 8 anos, patinavam em uma pista de gelo, no Marrocos, no verão de 1992. Estavam um atrás do outro cm quantidades de movimento iguais de 100 unidades cada um, quando, em uma atitude impensada o menino de trás resolveu empurrar o da frente, que passou a se mover com 220 unidades. Que aconteceu ao menino de trás?

## Aula 07 - Pesquisa documental

Foi proposto também um tema para pesquisa individual extraclasse com título: A Dor de Felipe, para que os alunos relacionassem o acidente ocorrido com o piloto de formula 1, Felipe Massa, com a atividade desenvolvida (CONTIGO, 2009):

A imagem da câmera de bordo da Ferrari mostrou, em sequência, a aproximação de uma mola de 12 centímetros e 800 gramas (que se desprendeu do carro de Rubens Barrichello, da equipe Brawn) e o choque dela contra o capacete e o supercílio esquerdo do piloto Felipe Massa, 28 anos. Felipe estava a mais de 200 km/h. Atendido pelos médicos e fiscais de pista, foi imediatamente conduzido a um helicóptero, que o levou ao hospital militar AEK, de Budapeste.

A partir do trecho acima, foi pedido que os alunos fizessem uma análise sobre quantidade de movimento do sistema carro (Felipe) - mola e sua respectiva colisão onde foram dados: a massa de um F1 é 600 kg e Quantidade de movimento total é 120080 kg.km/h.

Conclusão do aluno 01 referente à pesquisa documental:

A velocidade da mola em direção ao carro de F1, antes de se colidirem foi de 150,1 km/h, e essa velocidade somada com a velocidade do carro de Felipe que era de 200 km/h fez com que a mola destruísse o capacete de Felipe e o machucasse, deixando-o inconsciente e fazendo com que Felipe Massa batesse no muro de proteção.

## Conclusão do aluno 07 referente à pesquisa documental:

A velocidade do carro em relação a velocidade da mola não é considerada tão grande, mas se considerarmos as massas, a massa do carro é muito maior que a massa da mola, fazendo com que não seja significativa a queda da velocidade do carro. Além da velocidade do carro diminuir quase nada a mola deveria ter seu sentido alterado e a mesma direção (considerando a mola e o carro na mesma direção).

## Aula 08 - Avaliação escrita individual

Nesta aula foram dadas as seguintes questões (GREF, 2001):

Logo após a terrível explosão do planeta Analfaβ , um casal de andróides apaixonados, BXA24, de 35 kg e YAG-UI de 84 kg, avistam-se em pleno espaço, quando imaginavam que jamais veriam seu amor novamente. Usando seus jatos individuais, se deslocam velozmente um em direção ao outro, para se abraçarem. Ao fazerem contato, permanecem unidos e parados. Dê valores possíveis para as velocidades de ambos os andróides antes da colisão, de acordo com a conservação da quantidade de movimento.

Escrito do aluno 02 referente à questão da avaliação individual escrita:

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Para os dois andróides terem contato e ficarem parados BXA-24 que tem 35 Kg de massa, tem que ter a velocidade maior que YAG-UI que pesa 84 kg.

Escrito do aluno 07 referente à questão da avaliação individual escrita:

O corpo um tem maior velocidade e menor massa e o segundo corpo menor velocidade e maior massa. A quantidade de movimento dos dois se iguala, fazendo com que quando eles se colidem na mesma direção, mas com sentidos opostos eles parem.

## Análise dos Dados

De posse dos dados coletados, apresentados na seção anterior, baseado em algumas competências propostas pelos documentos oficiais. (BRASIL, 1999; BRASIL, 2002, BRASIL, 2004)

## Construção do problema

Quanto aos princípios do Mão na Massa, conseguimos na aula 01 trabalhar bem todas as etapas propostas para a construção do problema. Já na aula 04 esta etapa não ocorreu conforme o esperado, pois ocorreu uma variação muito grande no número e na frequência dos alunos, impossibilitando assim, uma melhor continuidade no trabalho.

Fatores como a mudança do calendário, a dificuldade em formar um grupo mínimo de alunos, não foi possível estender o número de aulas, de forma a aprofundar a análise da utilização da nossa proposta.

## Resolução experimental do problema

No experimento Berço de Newton o resultado foi muito bom, pois os alunos alcançaram todas as metas propostas: elaboraram hipóteses discutiram e interagiram entre si e com o professor sobre a situação-problema buscando a solução da questão proposta. Esta foi uma aula muito produtiva.

No experimento colisões os alunos não transpareciam estar realmente envolvidos com a questão e a solução da mesma. Um motivo possível pode ter sido a simplicidade do experimento 2º em relação ao 1º. Talvez tivesse sido mais interessante minimizar os erros cometidos no 1º experimento, e com o próprio realizar a experiência sobre o assunto colisões.

## Formulação das aquisições

A aula 03 foi muito produtiva: a discussão sobre os resultados obtidos e a divergência do mesmo com a teoria foi muito interessante para os alunos verem duas afirmações que pareciam antagônicas, porém são complementares. Quando foi elucidado que teoria e prática são complementares, notamos que isso foi muito significante para os alunos.

Na aula 05, por outro lado, esta importante etapa acabou não sendo tão bem explorada. Como foi citado anteriormente, os alunos estavam desatentos a explicação do fenômeno.

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## Cadernos (individual e do grupo)

Algo que também não ficou claro para os alunos foi a distinção entre o caderno do grupo e o individual. Os alunos não prestaram uma maior atenção no que estava sendo proposto ou discutido pelo professor e confundiram o caderno individual e o do grupo de forma que em seus escritos na sua grande maioria, não constavam as reflexões feitas em sala.

Algo que poderia ser feito quanto a isso seria uma maior delimitação da função de cada caderno, sempre especificando, a cada evolução da atividade qual caderno usar.

## Representação e comunicação

Analisando os escritos nos cadernos individuais, do grupo, a pesquisa documental e a avaliação individual escrita, pode-se observar que alunos leram e escreveram bem, utilizando a linguagem, símbolos e nomenclatura científica.

Nota-se que ainda é necessário um maior desenvolvimento destas competências, mas sendo estimuladas adequadamente é totalmente possível com o tempo e com uma boa orientação.

## Investigação e compreensão

Os alunos conseguiram identificar, na sua grande maioria de forma razoável, porém com alguns erros conceituais, e matemáticos, a situação-problema e usaram estratégias para respondê-las. Procuraram Identificar as transformações, regularidades e suas constantes. Elaboraram hipóteses, interpretaram (dentro de seus limites) e estimaram um resultado.

## Considerações Finais

- O Mão na Massa se mostrou uma boa alternativa para que consigamos desenvolver nos alunos do ensino médio duas das grandes competências gerais que são recomendadas pelos documentos oficiais: investigação e compreensão dos fenômenos físicos, a utilização da linguagem física e sua comunicação;

Porém são necessários ajustes para o sucesso da aplicação como, por exemplo, dispor de mais aulas para a realização das atividades, uso maior do material do tipo desenvolvido pelo GREF para motivar os alunos a realizarem as atividades experimentais, aprofundar a avaliação e estimular a auto-avaliação por parte dos alunos.

Para que se possa trabalhar de forma contínua esta proposta no ensino médio, necessariamente a escola deve assumir este projeto, mas, apesar disso, é possível trabalhá-la, por exemplo, como introdução a um conceito-chave que será sempre evocado para aulas posteriores.

## Agradecimentos

Agradecemos as valiosas sugestões de Rita Cássia Trindade Stano e de Luciano Fernandes Silva ao texto do trabalho final de graduação e de Luciano Fernandes Silva ao texto deste artigo.

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## Referências

BRASIL, Ministério da Educação (MEC), Secretaria de Educação Média e Tecnológica (Semtec). Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio, Brasília: MEC/Semtec, 1999.

\_\_\_\_\_\_, Ministério da Educação (MEC), Secretaria de Educação Média e Tecnológica (Semtec). PCN Ensino Médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: MEC/Semtec, 2002.

\_\_\_\_\_\_, Ministério da Educação (MEC), Secretaria de Educação Média e Tecnológica (Semtec). Orientações Curriculares do Ensino Médio. Brasília: MEC/SEB, 2004.

ADAM, L. e Colaboradores. Ensinar as Ciências na Escola . São Carlos SP: Centro de Divulgação Científica e Cultural de São Carlos, 2005.

CHAVES, A. S, CASTRO, V. F. e MARQUES, A. L. F., CONSERVATION OF ENERGY ACTIVITY IN A HIGH SCHOOL CLASSROOM, 5th International Conference on Hands-on Science, 2009, Recife. HSCI2009 - Anais da 5th International Conference on Hands-on Science. Braga - Portugal: Copissaurio Repro, 2009.

Contigo! 'A dor de Felipe', Edição 1767, 2009. Disponível em: http://contigo.abril.com.br/reportagem/felipe-massa-acidente-ferrari487808.shtml).

DIAS, W. S., Uma Avaliação do Trabalho de Formação Continuada através da Astronomia do GREF [Monografia]. Universidade de São Paulo. São Paulo SP, 1984.

FALCONI, S.; ATHAYDE, de C. C. A. B.; MOZENA, R. E. A Formação de professores em Serviço. Conjugada ao Acompanhamento nas Escolas, Como Fonte de Reestruturação de Ações e de Materiais Didáticos: O Tema Solos no Primeiro Ciclo do Ensino Fundamental [artigo] . São Paulo: Universidade de São Paulo. Estação Ciência, 2007.

GREF (Grupo de Reelaboração do Ensino de Física). Física 1 - Mecânica. 7ª Ed. São Paulo - SP. Edusp, 2001.

GREF (Grupo de Reelaboração do Ensino de Física). Física 1 (aluno) Mecânica . Edusp. São Paulo, 1998.

MARTINS, M. A. H. Universidade Luterana do Brasil - ULBRA. Curso de Especialização em Informática na Educação. Metodologia da Pesquisa. Disponível em &lt;http://mariaalicehof5.vilabol.uol.com.br/#Estudo%20de%20Caso&gt; Acesso em 16/10/2009.

MARQUES, A. L. F., Production of Experiment about Energy Conservation into Teacher Education Undergraduate Course in Physics of the Federal University of Itajubá, 4th International Conference on Hands-on Science, 2007, Ponta Delgada - Açores. HSCI2007 - Anais da 4th International Conference on Hands-on Science. Braga - Portugal: Copissaurio Repro, 2007. v. 1. p. 31-37.

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