CONSTRUÇÃO DE UM INSTRUMENTO MUSICAL DE SOPRO PARA AUXILIAR NA APRENDIZAGEM DE CONCEITOS FÍSICOS RELACIONADOS ÀS ONDAS SONORAS

## CONSTRUÇÃO DE UM INSTRUMENTO MUSICAL DE SOPRO PARA AUXILIAR NA APRENDIZAGEM DE CONCEITOS FÍSICOS RELACIONADOS ÀS ONDAS SONORAS

## Gláucia da Silva Maeoca , Shirley Takeco Gobara 1 2

- 1 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul /Escola Estadual Amélio de Carvalho Baís, glauciamaeoca@hotmail.com
- 2 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul/ Departamento de Física/ gobara@dfi.ufms.br

## Resumo

A pesquisa em ensino de ciências busca, entre outros temas, investigar formas que contribuam para minimizar as dificuldades existentes no ensino e na aprendizagem de ciências. Uma delas é a dificuldade que os alunos têm na aprendizagem de conceitos de física. Sendo assim, é importante e necessário que hajam pesquisas voltadas para essa área, que investiguem propostas alternativas para o ensino de conceitos físicos e que ofereçam ao aluno meios que lhe permitam compreender e construir os conceitos científicos de forma eficaz e mais interessante. O presente trabalho discute a proposta de uma seqüência didática contextualizada com a construção de um instrumento musical de sopro, para o ensino de conceitos sobre ondas sonoras, como freqüência,amplitude e comprimento de onda. Nesse sentido, será apresentada uma nova proposta para o ensino desses conceitos, baseada na teoria construtivista piagetiana, em contraposição à forma que usualmente tem sido utilizada nas escolas e que não é suficientemente eficaz. Os alunos, em geral, não conseguem assimilar esses conceitos, pois eles são transmitidos por meio de definições e/ou de equações, em geral de forma descontextualizada e raras vezes com algumas demonstrações experimentais apresentadas nos textos didáticos. As pesquisas em ensino de Ciências também têm mostrado que alguns professores têm dificuldades em relacionar o conteúdo teórico aos fenômenos do cotidiano.

Palavras-chave : construtivismo, ondas sonoras, aprendizagem, instrumento musical de sopro.

## Introdução

Um dos principais meios que podem proporcionar melhoria no ensino e aprendizagem de ciências, seja para alunos do ensino médio ou graduação, é a pesquisa em Ensino de Ciências. Existem também outros meios que contribuem para a melhoria do ensino, como vontade política, verba para infra-estrutura das

escolas, etc. Nesse sentido, a utilização dos resultados das pesquisas na área de Ensino de Ciências auxiliam tanto professor quanto aluno na explicação e na aprendizagem dos conceitos científicos. Isso se deve à produção de conhecimentos sobre educação, ensino ou aprendizagem em ciência e o desenvolvimento instrucional, como a produção de softwares, experimentos ou textos didáticos que essas pesquisas publicam. De fato, 'a pesquisa em ensino contribui fortemente para a inovação metodológica com propostas inovadoras teoricamente fundamentadas' (REZENDE e OSTERMANN, 2005, p.325).

A pesquisa em ensino de ciências busca, entre outros temas, investigar formas que contribuam para minimizar as dificuldades existentes no ensino e na aprendizagem de ciências. Um desses problemas está relacionado com a dificuldade que os alunos apresentam em aprender determinados conteúdos e principalmente em relacionar o conteúdo teórico com a prática.

É recorrente no discurso de alguns professores a dificuldade em relacionar o conteúdo teórico a fenômenos do cotidiano. A associação de um conhecimento formal descontextualizado do livro-texto à realidade não se apresenta como um processo simples (REZENDE e OSTERMANN, 2005, p.325).

Outra dificuldade, está em mostrar ao aluno o conceito cientificamente correto quando ele já possui outro conceito sobre determinado conteúdo. Por exemplo, no estudo sobre a aprendizagem de ondas sonoras usando um ambiente virtual, Diogo e Gobara (2008) mostraram que os alunos acreditavam que o som é uma substância que se propaga com o ar e que transporta matéria, e de uma forma geral, eles não diferenciavam intensidade sonora de freqüência sonora.

Diante das dificuldades existentes no ensino de ciências, como a dificuldade que os alunos têm na aprendizagem de conceitos de física e também as dificuldades dos professores em utilizar os fenômenos cotidianos para ensinar ciências, é importante e necessário que haja pesquisas voltadas para essa área, que contribuam para minimizar essas dificuldades e que investiguem propostas alternativas para ensino e aprendizagem de conceitos físicos, e que ofereçam ao aluno meios que lhe permita compreender e construir os conceitos científicos de forma mais fácil e interessante.

Porém apenas apresentar o conteúdo de forma interessante não é suficiente para que o aluno aprenda, é necessário também que ele esteja preparado para assimilar determinado tipo de conhecimento. Para isso, estudos são realizados para investigar o que é necessário para que o aluno possa apreender esse conhecimento.

Buscando então minimizar a dificuldade que o aluno enfrenta em apreender certo conteúdo de física, apresentamos, neste trabalho, uma sequência didática, utilizando como estratégia de aprendizagem a construção de um instrumento musical de sopro artesanal para auxiliar na aprendizagem de conceitos físicos relacionados às ondas sonoras,em particular os conceitos de freqüência, amplitude e comprimento de onda. Essa sequência não possui como fundamento o conhecimento da teoria ou habilidade musical, ou seja, não é necessário que, ao

construir o instrumento musical, o aluno saiba tocar algum instrumento desta natureza, ou que conheça a teoria musical, visto que o objetivo da proposta é a aprendizagem de conceitos da física.

A elaboração desta sequência didática fundamenta-se na teoria epistemológica de Jean Piaget. Conforme essa teoria, o conhecimento não reside nas estruturas do sujeito, nem reside no objeto, e sim na interação entre eles (BECKER,2003). A interação acontece no mundo das relações entre sujeito e objeto, e para que haja aprendizagem, é necessário que o sujeito interaja com o objeto. Ele age sobre o objeto (aquilo que se vai conhecer) e essa ação deverá ser levada à sua consciência por meio de situação de desequilíbrios e reequilíbrios, que são decorrentes da ação do sujeito sobre o objeto, mediado pelo professor. Aquilo que for generalizável nessa ação e que puder ser reutilizado na solução de novos problemas e que não estavam previstos nas ações que as geraram é chamado de esquema. Ao agir sobre o objeto o sujeito tenta transformá-lo para encontrar o que procura, ocorre então a assimilação, porém ao tentar isso, o objeto lhe oferece resistência, sendo então necessário que ele transforme a si mesmo para melhorar sua capacidade de assimilação, ou seja, melhorar a capacidade de incorporar objetos da cognição à sua estrutura cognitiva.

Acomodação é a transformação do sujeito por ele mesmo para absorver a nova informação (BECKER, 2003). Podemos descrever os processos de assimilação e acomodação da seguinte forma: O sujeito possui um certo esquema usado para interagir com o meio (ou objeto). Frente a uma situação externa o esquema é aplicado. Se o esquema dá conta de incorporar a nova informação à estrutura previamente existente ocorre a manutenção do status quo , ou seja, a situação atual é mantida. Por outro lado, se o esquema não consegue absorver a situação externa frente a qual o indivíduo se encontra, então o organismo está face a um desequilíbrio. Este desequilíbrio pode ser majorante ou não. Por desequilíbrio majorante entende-se que é aquele desequilíbrio que leva o sujeito a um processo de acomodação da estrutura cognitiva, os esquemas se modificam de modo a assimilar o novo dado externo. Por outro lado, se a situação externa está muito longe das possibilidades de assimilação dos esquemas atuais ocorre um desequilíbrio que não é majorante, o sujeito nega a realidade externa ou simplesmente a ignora, ocorrendo então a manutenção do status quo atual, ou seja, a permanência dos esquemas atuais (BECKER, 2003; ROSA, 2008).

O objeto tem, portanto, a função de provocar o sujeito de tal forma que o leve a um certo desequilíbrio cognitivo, isto é, os esquemas que ele tem não o permitem resolver a situação e é necessário que ele interaja com o objeto para construir a solução e despertar o interesse para achar a resposta que procura. (BECKER, 2003).

Por meio da teoria acima descrita iremos utilizar um instrumento musical de sopro para auxiliar os alunos a construírem novos esquemas de assimilação para conceitos relacionados às ondas sonoras. O processo de construção desse instrumento musical deverá permitir que apareçam situações em que o esquema atual desse aluno não permite incorporar os novos conhecimentos em suas estruturas cognitivas e o leve a construir novos esquemas de assimilação, possibilitando assim que seu conhecimento evolua. A figura abaixo mostra o instrumento musical a ser construído.

Figura 1. Flauta Pan de tubo PVC

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No processo de construção desse instrumento musical, segundo a proposta de nossa sequência didática, os alunos deverão fazer observações para que respondam algumas questões que serão colocadas durante o processo de construção do instrumento. Nessa observação, surgirão várias dúvidas em que os alunos terão que refletir sobre suas ações para respondê-las, interagindo com o objeto de conhecimento, e a cada etapa da sequência didática, o aluno deverá evoluir e construir novas estruturas de conhecimento.

## Instrumentos musicais e o ensino

Dentre as pesquisas que envolvem os instrumentos musicais para o ensino de física destacamos Lopes, Bellan e Tagliati (2005). Esses autores usaram alguns instrumentos musicais para explicar conceitos físicos, mostrando aos alunos os fenômenos físicos relacionados ao som, que estavam presentes nesses instrumentos. Porém, a abordagem dos conceitos de frequência e comprimento de onda são superficiais, apresentando apenas relações desses fenômenos com determinada nota musical quando tocada. Sendo assim, nosso trabalho visa utilizar um instrumento musical de forma inovadora, pois os alunos irão construí-lo para aprender esses conceitos físicos, os quais serão abordados no processo de construção do instrumento pelo aluno. Acreditamos que saber como o aluno aprende, o que é necessário e quais fatores interferem nessa aprendizagem, é fundamental para saber como ensinar. Ao se apossar dos fatores necessários para que o aluno aprenda conceitos relacionados à freqüência, amplitude e comprimento de onda, é possível então ensinar esses conceitos a ele.

Segundo Pugliese e Zanetic (2007), a forma tradicional de ensino de física, fundamentada basicamente em transmissão de equações e algumas demonstrações experimentais, não é suficiente para esclarecer as várias dimensões das ciências físicas. Assim acreditamos que a proposta que elaboramos é uma alternativa diferenciada de ensino desses conteúdos.

Outro fator importante é que esta pesquisa apresenta um caráter interdisciplinar, pois matérias como arte, matemática e história podem ser abordadas, além do caráter cultural regional, que pode ser mostrado aos alunos, relacionados a alguns instrumentos musicais. Neste caso o tipo de instrumento de sopro escolhido possibilitará um tipo de abordagem que poderá motivá-los pelo contexto histórico e cultural, além de se constituir numa boa forma de auxiliá-los na aprendizagem de conceitos que a maioria dos alunos consideram difíceis.

música por meio da onstrução de instrumentos musicais, poderá contribuir para que o aluno motivese a aprender física e facilite o processo de aprendizagem. Acreditamos que esta proposta, baseada no desenvolvimento de atividades escolares construtivistas, que relacionem a física com a c

## Metodologia

e para a criação de situações que provoquem desequilíbrio cognitivo no aluno, ao tentar explicar o funcionamento do A seqüência didática proposta tem como base a teoria construtivista piagetiana, conforme apresentado acima. Ela será constituída de um conjunto de 5 aulas, que foram elaboradas buscando utilizar a construção de um instrumento musical de sopro, a flauta pan, como suport instrumento durante a construção do mesmo.

eratório concreto e das operações formais, portanto, necessitam de situações que possam ser percebidas com os sentidos, principalmente a visão A aula inicial tem por objetivo dar noções sobre os conceitos de comprimento de onda, freqüência e amplitude de uma onda longitudinal. Na incerteza de que eles possam não ter tido aulas sobre esses conceitos, iniciaremos a primeira aula com a proposta de uma discussão inicial sobre esses conceitos, utilizando uma mola de encadernação a ser manipulada pelo professor e alunos. O objetivo é evidenciar ao aluno o fenômeno em situações concretas, pois pressupomos que os alunos do ensino médio estão numa fase de transição entre o estágio op (BECKER, 2003)

As quatro aulas seguintes foram elaboradas de forma que os conceitos acima fossem trabalhados na construção do instrumento de sopro, a Flauta Pam.

os com comprimentos diferentes e o fundo fechado. Assim, cada tubo emite um som com freqüência A flauta Pam é um instrumento, composto de 8 tub diferente, correspondendo a uma nota musical específica.

observação de alguma relações, ou seja, tamanhos dos tubos, som que eles Para iniciar a construção desse instrumento a partir da segunda aula, elaboramos um roteiro com alguns passos a serem seguido pelo aluno, visando orientá-lo. Não se trata de descrever ou definir os conceitos físicos sobre o conteúdo estudado, como ocorrem com alguns roteiros fechado e rígido do tipo 'receita de bolo'. Nesse roteiro o aluno receberá orientações referentes a emitem conforme seu comprimento, relação entre freqüência e nota musical,etc.

O roteiro contém seções questionando o aluno quanto à suas observações durante a construção do instrumento, a fim de incentivar reflexões acerca dessa atividade. Essas questões, que estimulam o aluno a refletir sobre suas ações, têm por finalidade auxiliá-lo na construção dos conceitos de freqüência, comprimento

de onda e amplitude, possibilitando ao aluno a ampliação de seus esquemas, estabelecendo relações entre os esquemas criados na primeira aula (mola de encadernação) e os esquemas relacionados aos conceitos de ondas sonoras das demais aulas, que contemplam a construção do instrumento. Será proposto também que os alunos pesquisem aspectos históricos e culturais relacionados à utilização dessa flauta Pam na região.

atégia proposta permite verificar o que é necessário e quais fatores interferem nessa aprendizagem e que possam auxiliáOs sujeitos da pesquisa que participarão da testagem da proposta serão alunos do ensino médio. Eles deverão construir a flauta em grupo de dois ou três elementos. Pretendemos gravar as interações desses alunos e mediante os procedimentos de análise de conteúdo (BARDIN,2006) analisar as informações registradas para investigar se a estr los a apreender os conceitos físicos.

## Resultados Parciais e Considerações Finais

ência didática, Como resultado parcial deste trabalho, apresentamos a seqü proposta e elaborada com fundamento na teoria piagetiana. Buscamos sempre relacionar aspectos da teoria com a forma de abordar o conteúdo.

- am tem O roteiro elaborado pode ser utilizado como uma forma alternativa de ensino para auxiliar a aprendizagem dos conceitos de freqüência, comprimento de onda e amplitude sonora pelos alunos. O conceito de freqüência é muito bem trabalhado quando o aluno percebe que o som de cada tubo da Flauta P uma característica diferente, que não é visível, mas é possível ouvir, e que ele terá condições de observar que está relacionada com o comprimento do tubo.

a. Neste nível cognitivo, o aluno tem que passar Em relação ao conceito comprimento de onda o aluno passa para um estágio completamente abstrato, pois não é possível sentir com nenhum dos sentidos o comprimento da ond para o estágio das operações formais, em que símbolos e equações passam a expressar um conceito físico.

ue o aluno pode estabelecer sobre a propagação de vibração. Isso surge na primeira aula, quando a mola é Outra característica importante é a relação q posta a vibrar por meio da vibração de outra fonte.

ma pesquisa mais ampla (mestrado) e deverá analisar a aplicação desta proposta em sala de Este trabalho está em andamento, visto que faz parte de u aula, incluindo a construção de outro instrumento musical, de corda.

mento da onda sonora. Em pesquisa posterior apresentaremos a análise de como ocorre a aprendizagem desses conceitos utilizando esta seqüência didática. Acreditamos que a seqüência proposta como resultado parcial deste trabalho, apresenta um bom potencial para auxiliar o aluno na aprendizagem de conceitos como freqüência e compri

## Referências

BARDIN, L. Análise de conteúdo. Editora: Edições 70, 2006.

BECKER, F. A origem do conhecimento e a aprendizagem escolar . Porto Alegre: Artmed, 2003.

DIOGO, R. C; GOBARA, S. T. Os recursos da informática como meio para bstáculos epistemológicos e motivar a aprendizagem de ondas sonoras. ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA , evidenciar os o Curitiba, 2008.

PUGLIESE, R. M. ZANETIC, J. A Música Popular Como Instrumento para o Ensino de Física. SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 17 , São Luis, 2007.

REZENDE, F; OSTERMANN, F. A prática do professor e a pesquisa em Ensino de física: novos elementos para repensar essa relação. Caderno Brasileiro de Ensino de Física. v. 22, n. 3: p. 316-337, dez. 2005.

ROSA, P. R. S. Instrumentação para o ensino de ciências. Campo Grande, MS, 2008.

SILVA, E. L. MENEZES, E. M. Metodologia da Pesquisa e Elaboração de Dissertação. Florianópolis, UFSC, 2001.

oposta para o Ensino de Ondas e Acústica Utilizando Música e Instrumentos Musicais. SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 16, 2005, Rio de Janeiro. LOPES, F. S. BELLAN, C. L; TAGLIATI, J. R. Pr

## Anexo

## Roteiro proposto na seqüência didática

ueremos saber e ao final dessa atividade você consegue explicar como é produzido o som em um instrumento musical de sopro. Obrigada pela sua participação. Você vai realizar uma atividade que faz parte de um Trabalho de Conclusão de Curso. Não se preocupe se as respostas estão certas ou erradas, q s

Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da UFMS.

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lante ou um instrumento musical. Existem várias formas de produzir som utilizando um objeto, você perceberá e estudará os sons que alguns objetos podem emitir. O som é uma onda mecânica e longitudinal, logo podemos medir ou calcular sua freqüência, amplitude e comprimento de onda. Para produzir um som é necessário uma fonte, que pode ser, por exemplo, suas cordas vocais, um autofa

ALUNO: \_\_\_

## Introdução

## 1ª etapa: Conhecendo o objeto

ocê dispõe de alguns objetos como: apito, 1 garrafa, 1 pedaço de tubo PVC, 1 -V serra para cortar o tubo PVC.

- garrafas? Experimente. -É possível emitir sons com as

Discuta com os colegas se os sons emitidos são diferentes e por que.

-Observe os sons dos apitos e compare esses sons.

-E com o cano? Experimente.

## 2ª etapa: É hora da ação

Vamos realizar algumas experiências:

- - Que tal colocarmos água dentro da garrafa. É possível ainda emitirmos som?
- Como é possível ir mudando o som emitido pela mesma garrafa? -
- Agora o que você deve fazer para o mesmo tubo emitir sons diferentes? -
- tubos de comprimento diferente observe como -Agora que você recebeu outros são os sons emitidos pelos tubos. O que esses sons possuem de diferentes?

iscuta com os colegas e organizem os tubos de forma que o som emitido por -D eles tenham uma seqüência agradável para o ouvido.

-Após organizá-los cole-os na posição que vocês escolheram com a cola para PVC.

- - O que você está alterando na garrafa que faz o som mudar?
- - O que você está alterando no tubo para mudar o som emitido?

## 3ª etapa: Reflexão

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- bo embaixo do lábio inferior. Neste caso, ara produzir um som é necessário que algo vibre. O que está vibrando para - Para produzir um som agradável usando o instrumento que vocês fizeram é fundamental que você sopre com o tu p produzir os sons emitidos pelos tubos?

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- - Após observar como produzir sons diferentes com o tubo PVC, escreva como é o som emitido por eles.

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- - Descreva como vocês organizaram os tubos.

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- - Vocês já conheciam algum instrumento de sopro parecido? Se sim qual?

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- - Existe algum conceito físico que você estudou associado com essa vibração? Se sim que conceito é esse?

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- instrumento têm todos a mesma freqüência? - Existe um software que mede a freqüência do som. Os sons emitidos pelos tubos do seu

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- imaginar uma forma de mostrar esse movimento do ar? ode representar por desenho como fica esse movimento dentro do tubo. Discuta mbém com os colegas. - Quando um objeto emite um som agradável ao ouvido, ou seja, quando não for um ruído, o ar dentro dele vibra de forma ordenada, ou seja, faz um movimento de vai-e-vem. Você consegue P ta
- ulas de ar vibram? Que conceito é esse? -Existe algum conceito físico associado com a distância em torno da qual as moléc

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- - Como você fez para saber se eles possuem ou não mesma freqüência?

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- Existem no tubo regiões com concentração maior de moléculas de ar vibrando e giões com menos moléculas de ar, como você representaria essa situação? -re
- - Observe os resultados que você acabou de marcar e responda o que aconteceu com a freqüência quando o comprimento do tubo aumentou?
- - Existe algum conceito físico relacionado com a distância entre duas regiões com concentração maior de moléculas de ar vibrando? Que conceito é esse?

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## 4ª etapa: Estabelecendo relações causais

- tubo fica menor o que acontece com o som? - A medida que o comprimento do Experimente tocar para perceber.

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- r da - Quando o comprimento do tubo diminui o que acontece com o valo frequência? Se precisar meça de novo o valor da freqüência com o software.

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- ma de determinar a freqüência do som emitido pelo tubo é através da - Outra for equação

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- - O que foi necessário fazer para que o som ficasse cada vez mais grave?

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- f = v para um tubo com uma das extremidades fechadas 4L

seu instrumento musical. Calcule para cada tubo e marque os valores Agora utilize essa equação para determinar a freqüência do som emitido pelos

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Em que v é a velocidade do som e L é o comprimento do tubo.

tubos do abaixo.

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- - A relação que apareceu foi a mesma que você observou quando estava tocando seu instrumento?

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- A tabela abaixo mostra a freqüência de alguns sons conhecidos: as notas musicais. Veja:

- O instrumento que você fez emite sons com freqüência iguais a da tabela acima? Quais?

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Em seu instrumento teve algum som emitido em que a freqüência dele não apareceu na tabela? O valor ficou próximo de algum número da tabela?

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Como você poderia melhorar seu instrumento e deixá-lo emitindo um som com as freqüências iguais da tabela acima?

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Experimente utilizar o diapasão para saber quais notas seu instrumento musical está tocando. Escreva as notas e o comprimento do tubo que emite essa nota abaixo:

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Então explique o que ocorre quando ouvimos uma determinada nota sendo tocada por um instrumento musical. Comece a descrever desde o instante em que a pessoa assopra o tubo até o instante em que o som chega em nossos ouvidos. Utilize os conceitos físicos que você aprendeu como freqüência, amplitude e comprimento de onda.

## O que você fez e pode fazer

Nesta atividade você construiu um instrumento musical chamado Flauta Pam. A Flauta Pam é um instrumento de sopro composto de vários tubos que emitem determinadas notas (geralmente 8 tubos), que quando soprados emitem um som parecido com o da flauta. Sugira como construir um outro instrumento de sopro. Esse instrumento também deverá tocar várias notas, pense no que será importante para alterar o som. Para isso relembre tudo o que você fez até aqui, quais fatores influenciam no som das notas.

Agradecemos sua participação.