MATERIAL DIGITAL: CADERNOS DE EXERCÍCIOS DE FÍSICA MECÂNICA

## MATERIAL DIGITAL: CADERNOS DE EXERCÍCIOS DE FÍSICA MECÂNICA

## Neiva Manzini

Universidade do Vale do Rio dos Sinos - UNISINOS/Ensino Propulsor, neivam@unisinos.br

## Resumo

O objetivo deste estudo é investigar as possibilidades e os limites de uma experiência de ensino-aprendizagem de conteúdos de física mecânica, com o uso de hipertexto, com alunos dos cursos de Engenharia da UNISINOS, no qual esses temas são trabalhados com base na 'Epistemologia' de Jean Piaget. Para tanto, foram elaborados cadernos de exercícios, com a utilização de hipertexto, de applets, vídeo e de simulações. Os cadernos foram desenvolvidos com a utilização do software Flash, sendo que os mesmos apresentam instruções de uso, dicas que buscam promover a aprendizagem significativa dos conteúdos trabalhados em sala de aula, tutoriais de softwares para construção de gráficos e outras ferramentas. Eles também apresentam caixas de textos onde os alunos expressam as suas hipóteses, as suas respostas e as suas dúvidas. Com esses procedimentos o professor tem condições de fazer um acompanhamento mais efetivo das construções e elaborações dos estudantes. Periodicamente, depois dos temas serem trabalhados em sala de aula, todos os alunos matriculados nas disciplinas de mecânica são informados do endereço do site que disponibiliza o material digital e após o preenchimento deste, eles reenviam o material para a correção. Os educando também dispõem de monitorias presencial e a distância para facilitar seus estudos. Pelo depoimento deles chega-se à conclusão que este material digital possibilita a reflexão e a interatividade com conteúdos de física mecânica, bem como, suas aplicações em situações do cotidiano do aluno, que envolvem tais conteúdos. Este material se constitui de importante meio de acompanhamento do processo de ensino e aprendizagem dos conceitos de física, minimizando a aprendizagem mecânica que pouco contribui para a formação do futuro engenheiro.

Palavras-chave : caderno digital, física mecânica, ensino e aprendizagem

## INTRODUÇÃO

Sabe-se que, o processo de ensino e aprendizagem que não propicia a participação efetiva do aluno, pouco contribui para uma aprendizagem significativa.

Foi observado, durante minhas aulas ministradas na graduação, que muitos alunos não conseguiam transferir os conteúdos de física para situações do cotidiano. Verificou-se também que os alunos não dominavam certos conteúdos físicos do ensino médio, o que gera dificuldade na compreensão dos conteúdos do terceiro grau. Com a carga horária destinada às disciplinas na graduação, os alunos não conseguem sanar suas deficiências, e determinadas lacunas vão surgindo. O tempo destinado às aulas, para muitos alunos não é suficiente, uma vez que eles necessitam refletir, formular hipóteses e perguntas, para compreender o tema abordado. Além de comentar e interagir com o professor e colegas, a fim de aplicar os conteúdos científicos em situações concretas.

Em compensação, percebeu-se que os alunos manifestavam interesse em aprender os conteúdos de física. Por isso, a autora ofereceu durante um semestre,

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para os alunos dos cursos de Engenharia da UNISINOS cadernos utilizando hipertextos, para mudar esse quadro.

Os alunos estão suficientemente motivados a buscar respostas para as questões abordadas em sala de aula. No entanto, não basta o professor expor o conteúdo de forma clara e procurar modificar as estruturas cognitivas de seus estudantes, para que eles cheguem à tomada de consciência dos conteúdos estudados. É necessário que o aluno tenha ao seu alcance um material didático que possibilite a aprendizagem de conteúdos de física mecânica, na sala de aula e fora dela. Esse material deve estar em consonância com a ação pedagógica do professor e propiciar momentos de reflexões sobre situações-problema que não ocorrem em sala de aula, devido a inúmeros fatores. Todas estas questões podem ser trabalhadas com o auxílio de hispertextos, de applets livres encontrados na Web, de softwares adequados e com vídeos. O material digital disponibilizado pela Internet, agiliza os processos de interação e permite ao professor ampliar suas ações. A utilização da máquina, acrescida do material digital disponibilizado pela Internet, agiliza os processos de interação e permite ao professor ampliar suas ações de uma forma mais contundente.

Este trabalho pretende atingir os objetivos abaixo explicitados:

- - elaborar cadernos de exercícios com hipertextos para a aprendizagem de conteúdos de física mecânica;
- - utilizar páginas da Internet, applets, softwares, vídeos, material concreto, e metodologias adequadas que promovam a reflexão e a interação; por meio de links que propiciam a dinâmica do hipertexto;
- - acompanhar de forma efetiva o processo de construção e reconstrução dos conteúdos pelos alunos, por intermédio das explicações, hipóteses e respostas que os alunos preenchem nas caixas de textos dos cadernos, dos questionamentos repondidos e dos trabalhos avaliativos;
- - construir e reconstruir os conteúdos de física mecânica dos cadernos de exercícios, para atender as sugestões dos alunos e as necessidades do processo de ensino e aprendizagem.

Com esses objetivos pretende-se possibilitar uma aprendizagem efetiva.

## 2. Metodologia utilizada para a elaboração do material digital

Apresentam-se, nesse item as idéias embasadoras do trabalho realizado em um semestre com alunos dos cursos de Engenharia da Universidade A que tem como fundamento a teoria da 'Epistemologia Genética' de Jean Piaget.

Construção do conhecimento

A preocupação fundamental da Epistemologia Genética é compreender como se adquire o conhecimento.

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

Piaget (1983a) considera as idéias de equilibração, descentração e reversibilidade de suma importância para a compreensão de sua teoria. Aponta, entretanto, a teoria da abstração reflexiva como a mais importante explicação para o

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desenvolvimento do intelecto. O conceito de abstração tem na teoria do conhecimento de Piaget um papel central. Em sentido literal, 'reflexione' (refletir) significa voltar para si mesmo, pensar sobre si mesmo. Reflexão, no sentido filosófico da palavra significa atentarmos para o nosso próprio fazer, nossos pensamentos, representações e sentimentos. Abstrair pode ser entendido como isolar uma qualidade perceptível de um objeto. Quando abstraímos a cor de uma folha, retemos o seu verde individual. Para chegar ao conceito de verde, é necessário que demos um segundo passo: a generalização. Essa abstração é composta pelos processos de isolar e generalizar e denomina-se de abstração empírica.

Piaget (1983a) estabelece a distinção entre a abstração empírica e a abstração reflexionante. Contrariamente à abstração empírica, em que os dados são obtidos dos caracteres pertencentes à natureza do objeto, da leitura das 'experiências lógico-matemáticas', ou seja, a abstração reflexionante, recai apenas sobre as propriedades introduzidas pela ação do sujeito no objeto (ações de reunir, ordenar etc.). Uma vez que as ações são interiorizadas em operações, elas podem ser executadas simbolicamente e, portanto, dedutivamente. A maior parte dos conceitos lógico-matemáticos é derivada das abstrações reflexionantes. A abstração empírica leva à constatação. A abstração reflexionante atinge maior profundidade e leva à compreensão. Na abstração reflexionante, a construção e a reflexão atuam juntas, e, por intermédio desse processo, determinadas estruturas de comportamento e de conhecimento são projetadas a um nível superior, tornando-se conscientes. Esse processo Piaget denominou de 'tomada de consciência'.

## - Psicogênese e a Ontogênese

A psicogênese piagetiana estabelece que estágios sucessivos da aquisição de conhecimentos pelos sujeitos são seqüenciais e passam por uma reorganização de um nível a outro.

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

## Segundo Piaget e Garcia:

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

Na etapa 'intra', aparece somente a negação das classes, existindo dificuldades na regulação das negações. As reciprocidades, às quais se constituem em transformações gerais, são facilmente encontradas nos agrupamentos de relações, característicos da etapa 'interoperacional'.

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

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

- A utilização da máquina, acrescida do material digital disponibilizado pela Internet, agiliza os processos de aquisição do conhecimento.

Para Levy (1993), o hipertexto representa a escrita e a leitura, do mundo contemporâneo e está em constante construção e reconstrução.

Para construir um hipertexto precisamos tecer uma rede complexa de conexões, imagens, reflexões e outros elementos, levando em consideração como o homem pensa. E lembrando que o pensamento humano não é linear, que as estruturas cognitivas precisam ser construídas e reconstruídas, tecendo-se uma rede complexa de conexões, imagens, reflexões e outros elementos.

Tecnicamente, um hipertexto é um conjunto de nós ligados por conexões. Os nós podem ser palavras, páginas, imagens, gráficos ou partes de gráficos, seqüências sonoras, documentos complexos que podem eles mesmos ser hipertextos. Os itens de informação não são ligados linearmente, como em uma corda de nós, mas cada um deles, ou a maioria, estende suas conexões em estrela, de modo reticular. Navegar em um hipertexto significa portanto desenhar um percurso em uma rede que pode ser tão complicada quanto possível. Porque cada nó pode, por sua vez, conter uma rede inteira (LEVY, 1993. 33).

- O hipertexto é constituído de interfaces, que permitem uma maior interatividade.
- Para Levy, em seu livro Tecnologias da inteligência , afirma que a interface mantém juntas as dimensões de movimento e de metamorfose.
- .'...interface é uma superfície de contato, de tradução, de articulação entre dois espaços, duas espécies, duas ordens de realidade diferentes: de um código para outro, do analógico para o digital, do mecânico para o humano... Tudo aquilo que é tradução, transformação, passagem, é da ordem da interface' (LEVY, 1993).

A articulação entre espaços ou recursos favorece a dinâmica do hipertexto, porque possibilita a interação e a implementação de metodologias, que visam uma aprendizagem significativa. Neste sentido, é de extrema importância que o professor que elabora o hipertexto tenha conhecimento de como o aluno aprende e quais as situações que precisam ser vivenciadas. A inserção de links permite a implementação de imagens, textos, softwares, páginas da Internet e a conexão entre as ferramentas e os diversos materiais didáticos.

## 3. Atividades desenvolvida com os alunos

Os cadernos de exercícios foram oferecidos, por e-mail, para os alunos que cursavam as disciplinas de mecânica, dos cursos de Engenharia, da UNISINOS. No primeiro momento os cadernos não apresentavam respostas. A elaboração dos cadernos de exercícios contou com a utilização de hipertextos, de metodologias adequadas e de material digital.

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

## 3.1 A elaboração dos cadernos de exercícios

Os cadernos foram elaborados durante uma experiência de ensinoaprendizagem de conteúdos de física mecânica, realizada durante um semestre, com alunos do dos cursos de Engenharia da UNISINOS no Ensino Propulsor, que se constitui de uma equipe interdisciplinar de professores, desta Universidade. Este material promove a interação dos alunos com os conteúdos e situações-problema de física mecânica, a inserção de perguntas e/ou afirmações, caixas de textos para os educandos exporem suas hipóteses e suas construções, bem como, procedimentos que simulam as ações do professor em sala de aula. Além, de possibilitar a implementação de experimentos, vídeos, simulações de situações problema e de reflexões sobre ações dos alunos, bem como, a auto-avaliação dos mesmos. Os inúmeros links permitem estabelecer esta configuração do hipertexto e estabelecer as conexões e interfaces entre a teoria e a prática ou entre a física e a matemática, buscando implementar nos hipertextos questões e situações que a maioria dos alunos apresentam dificuldade de compreensão em sala de aula.

Para o desenvolvimento dos conteúdos de física mecânica é preciso entender como o aluno pensa, porque sem essa compreensão inviabiliza qualquer ação pedagógica comprometida com a verdadeira função do professor, que é a de formar um cidadão reflexivo, implicando no desenvolvimento de atitudes, de interesse e de respeito pelo conhecimento científico e suas repercussões na vida cotidiana.

Com o uso de hipertexto, o aluno pode construir e reconstruir o conhecimento científico e romper com idéias errôneas.

A metodologia utilizada para a elaboração do hipertexto apóia-se nos seguintes pressupostos:

- - O conhecimento como construção

No processo de desenvolvimento cognitivo, o sujeito participa ativamente na construção e reconstrução do conhecimento, refletindo sobre suas ações e fazendo reflexões sobre reflexões, a partir dos fatos observados. Deixando de lado o conteúdo imediato, ou aquele oriundo da aprendizagem mecânica que não foi compreendido.

## - A utilização dos cadernos de exercícios

Os cadernos de exercícios vêm possibilitando ao aluno refletir sobre os problemas apresentados e trabalhados em sala de aula ou do seu cotidiano, atuando como um mecanismo alternativo para a construção do conhecimento. A forma com que os conteúdos são apresentados permite a repetição das ações, a compreensão da explicação causal e contempla a reversibilidade dos fatos estudados. A figura 01 apresenta situações do cotidiano do aluno para contextualizar os conteúdos do movimento de projéteis, trabalhados em sala de aula. As imagens têm movimento.

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

A figura 02 mostra a interação entre o aluno e o material digital, onde ele observa e reflete sobre as grandezas físicas velocidade e aceleração. Observando que na altura máxima a velocidade da bola não é nula. E após ele vai completando os espaços indicados.

A figura 03 mostra a interação do aluno com a simulação, onde ele resolve os problemas propostos e reflete sobre suas respostas.

Figura 01. O caderno traz situações do cotidiano do aluno para contextualizar os conteúdos físicos, trabalhados em sala de aula. As imagens têm movimento.

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Figura 02. A ilustração animada ajuda o aluno a refletir e a compreender as grandezas físicas envolvidas, no movimento de projéteis. Observando que na altura máxima a velocidade da bola não é nula.

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Figura 03. A simulação contida nos applets ajuda o aluno a refletir sobre os conceitos físicos presentes na animação do applets. O aluno resolve os problemas propostos e reflete sobre suas respostas, comparando com as respostas da animação.

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- - Motivação para a utilização de hipertexto

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A utilização dos cadernos aproxima a vivência de determinadas situações do cotidiano do aluno, que é necessária para se conseguir uma aprendizagem efetiva, com construção e reconstrução das estruturas cognitivas. O aluno, por meio dessa interação, sente a necessidade de buscar conhecimentos que explicam os fatos observados. E pode trabalhar com os cadernos fora da sala de aula e conta com a ajuda do professor e/ou monitor para esclarecer suas dúvidas e avaliar as suas construções.

- - A psicogênese e ontogênese

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

- - O trabalho em grupo com a utilização dos cadernos de exercícios

Muitos os alunos trabalham em grupo, os exercícios dos cadernos, quadro este que favorece a cooperação e estabelece no diálogo entre os alunos, além de promover as reflexões ancoradas na lógica das operações, em relação ao pensamento. Os grupos contam com a participação do professor e/ou monitor, em ambiente presencial, da UNISINOS, denominado de Ensino Propulsor.

## 3.3 Metodologia de trabalho

Com a elaboração dos cadernos digitais procura-se promover a motivação dos alunos na busca das soluções das situações-problema apresentadas. Também possibilita o atendimento de um número maior de alunos e acompanha o processo ensino-aprendizagem, dentro e fora da sala de aula, respondendo as dúvidas geradas pela utilização do caderno, na modalidade on-line ou presencial.

- - Seleção dos alunos

Alunos que cursam as disciplinas de mecânica dos cursos de Engenharia da UNISINOS.

Foram trabalhados os cadernos com os alunos das turmas das disciplinas de Física Mecânica A e Física Mecânica B, num total de 220 alunos, dos cursos de Engenharia da UNISINOS, no primeiro semestre de 2010.

- - A utilização dos cadernos de exercícios pelos alunos

Os cadernos foram oferecidos aos alunos por e-mail, para serem trabalhados fora da sala de aula, e pedidos a eles que avaliassem a metodologia utilizada. Foram realizados alguns encontros presenciais no Ensino Propulsor, com a presença do professor e/ou monitor e foram realizadas, periodicamente, entrevistas com os educandos e enviado um material para os mesmos fazerem a avaliação do caderno digital de exercícios, denominado de 'caderno de avaliação'.

- - Função da autora dos cadernos com a utilização do hipertexto

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

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

## 4. Resultados

A metodologia utilizada para o desenvolvimento dos conteúdos de mecânica dos cadernos de exercícios, procura orientar e facilitar a visualização do fenômeno físico abordado em sala de aula e a compreensão dos alunos dos conceitos físicos envolvidas cotidiano.

## Resultados dos alunos dos cursos de Engenharia

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

Em geral, em uma aula tradicional, o professor passa a informação, e o aluno repete essa informação, utilizando freqüentemente apenas a memorização. Na avaliação, se o aluno acerta a resposta, o professor pensa que o aluno compreendeu.

Constatou-se que, durante as aulas e, por meio das perguntas e respostas dos alunos e correções das avaliações, que os mesmos fazem inúmeras construções, o que é relevante para a compreensão das grandezas físicas envolvidas e para o estabelecimento das relações lógico-matemáticas entre elas, para a resolução de problemas.

Constataram-se, com esses alunos, por intermédio da avaliação individual contida no caderno de avaliação, respondida por eles, os seguintes resultados:

82% afirmou que o uso dos cadernos de exercícios ajuda o aluno a tornar-se mais participativo, mais reflexivo e que este agrega teoria à prática;

7% mencionou que considera importante a utilização do hipertexto, mas que tem pouco tempo para estudar fora da sala de aula;

11% não opinou.

Os cadernos de exercícios podem ser ampliados com um maior número de questões, de situações problemas e experimentos, bem como links que agregam, vídeos, applets e procedimentos interativos para explorar os conteúdos físicos contidos nos mesmos, a fim de promover as múltiplas reflexões.

Como o professor tem o papel de facilitador no processo ensinoaprendizagem, ele se encontra em permanente busca de metodologias que promovam uma aprendizagem significativa. E oferecer aos professores do Ensino

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Médio e da Graduação diferentes materiais didáticos, pode contribuir para uma construção permanente de conhecimentos de física mecânica.

## 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

- O objetivo do uso dos cadernos de exercícios com a utilização do hipertexto tem a finalidade de propiciar ao aluno, que ele vá progressivamente construindo os seus conhecimentos e aplicando-os em situações do seu cotidiano. Com esse recurso, os estudantes têm possibilidade de formular hipóteses, aprender novos conteúdos, de testar os seus conhecimentos, aplicá-los em diferentes situaçõesproblema, refletir sobre os seus procedimentos, revisar determinados conceitos, construir e reconstruir conteúdos de física.
- O professor que constrói o conhecimento com seus alunos tem a necessidade de conhecer profundamente o conteúdo a ser desenvolvido e também os processos cognitivos envolvidos na aprendizagem desse conteúdo.

Observamos que, no início do processo ensino-aprendizagem de física mecânica, os alunos encontram-se na fase 'intra' e, conforme vão avançando nesse processo de construção, atingem a fase 'inter', sendo que, somente alguns alunos chegam à fase 'trans' do conhecimento físico então construído.

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

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Levy, Pierre (1993). 'Levy, em seu livro Tecnologias da inteligência'. Lisboa, Instituto Piaget.

Piaget, Jean (1983a). 'Os pensadores'. São Paulo, Vitor Civita.

Piaget, J.; Garcia, R. (1987). 'Psicogênese e história das ciências'. Lisboa, Dom Quixote.

Agradeço ao professor Cláudio G. de Paula, da equipe do Ensino Propulsor da UNISINOS, pela ajuda na formatação digital do caderno.

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