Uma disciplina para formação de professores à distância focada no aprimoramento das atividades experimentais

## UMA DISCIPLINA PARA FORMAÇÃO DE PROFESSORES À DISTÂNCIA FOCADA NO APRIMORAMENTO DAS ATIVIDADES EXPERIMENTAIS

## Leonardo Albuquerque Heidemann 1 , Ives Solano Araujo , Eliane Angela Veit 2 3

- 1 Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, leonardo@heidemann.com.br.
- 2 Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, ives@if.ufrgs.br.
- 3 Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, eav@if.ufrgs.br.

## Resumo

Desde o século XIX as atividades experimentais são consideradas fundamentais para o ensino de Física, no entanto a experimentação nunca chegou a ser uma prática rotineira nas salas de aula da educação básica. Além disso, quando utilizadas, as atividades experimentais muitas vezes são exploradas de forma equivocada, levando o aluno a seguir mecanicamente os passos de um roteiro, sem conduzi-lo a questionamentos sobre os conceitos e as relações envolvidas na tarefa. Um dos principais motivos para esse problema reside na falta de preparo dos professores. Neste trabalho apresentamos um relato de uma disciplina ministrada na modalidade à distância intitulada 'Laboratório Didático de Física' que buscou preparar professores para o uso de atividades experimentais sob três enfoques centrais: a) aspectos teóricos relacionados às atividades experimentais (AE), b) estratégias de uso de AE no ensino de Física e c) o uso do computador como instrumento no desenvolvimento de experimentos. Os resultados evidenciaram que os alunos-professores não estavam preparados para usarem atividades experimentais em suas práticas docentes e que o uso do computador para a aquisição automática de dados ainda é uma novidade para a maioria deles.

Palavras-chave : formação de professores, atividades experimentais, atividades computacionais.

## Introdução

Não são poucas as potencialidades aventadas para o uso de atividades experimentais no ensino de Física. A literatura tem apresentado uma vasta discussão sobre os aspectos centrais desse recurso didático (HODSON, 1994; BORGES, 2002), destacando as vantagens e limitações do seu uso. Do mesmo modo, pesquisadores têm promovido reflexões sobre o uso de simulações computacionais (MEDEIROS; MEDEIROS, 2002). Além disso, estudos recentes concluem que o uso combinado dessas ferramentas é mais eficaz que o uso isolado de ambas (DORNELES; ARAUJO; VEIT, submetido, JAAKKOLA; NURMI, 2008; RONEN; ELIAHU, 2000; ZACHARIA, 2007; ZACHARIA; CONSTANTINOU, 2008; ZACHARIA; ANDERSON, 2003). No entanto, atividades em que os alunos exploram experimentos ou aplicativos computacionais são pouco frequentes nas aulas de Física (SARAIVA-NEVES; CABALLERO; MOREIRA, 2006; KAY, 2007).

Dentre outros motivos, a subutilização de recursos tão importantes se deve à falta de preparo dos professores para o seu uso (MARSHALL; YOUNG, 2006; ZACHARIA, 2003). Neste trabalho apresentamos um relato do desenvolvimento de uma disciplina intitulada 'Laboratório Didático de Física' (LDF) que foi ministrada em

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julho e agosto de 2010 como parte do curso de especialização à distância 'Física para a Educação Básica'. Nela, o primeiro autor deste trabalho desempenhou o papel de tutor à distância; o segundo e o terceiro exerceram a função de professores. Essa disciplina está vinculada a um programa de pesquisa mais amplo, cujo objetivo central é investigar formas de promover o uso de atividades computacionais, atividades experimentais e a combinação de ambas por parte dos professores de Ensino Médio, devendo resultar na dissertação de mestrado do primeiro autor, sob orientação dos outros dois. Aqui são descritos sucintamente os objetivos e metodologia das aulas propostas, e feita uma discussão sobre os resultados parciais obtidos.

## O curso 'Física para a Educação Básica'

O curso de especialização 'Física para a Educação Básica' (UFRGS, 2009) é oferecido pelo sistema UAB (Universidade Aberta do Brasil) sob a responsabilidade do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Com início em julho de 2009, o curso começou com 135 alunos em cinco polos (todos concentrados em um raio de 400 km de Porto Alegre). Com duração de 18 meses, seu objetivo consiste em propiciar uma atualização dos professores em relação aos princípios norteadores da Física para um novo ensino médio, especificamente (UFRGS, 2009):

- · abordando conteúdos usualmente não incluídos como, por exemplo, tópicos de Física Moderna e Contemporânea;
- · facilitando a inserção de novas tecnologias de informação e comunicação no ensino de Física;
- · explorando os recursos didáticos para o ensino da Física disponíveis nas escolas;
- · apresentando alternativas metodológicas para o tratamento dos diferentes temas;
- · criando um canal permanente de interação desses professores com a equipe do curso, que lhes permita um processo continuado de atualização e crescimento profissional.

A fim de atingir seu objetivo, a proposta do curso se organiza via articulação de três componentes: tecnologias de informação e comunicação (TICs), estratégias de ensino e conteúdo.

Figura 01: TICs, estratégias de ensino e conteúdo são as três componentes que norteiam o desenvolvimento do curso.

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Paralelamente a cada disciplina, o aluno deve planejar uma 'prática pedagógica', na qual deve refletir sobre a sua realidade escolar e elaborar uma proposta didática que faça uso dos conhecimentos agregados na disciplina. A elaboração da proposta deve contemplar uma sequencia de atividades, acompanhada de justificativas sobre as escolhas de conteúdos de Física e de estratégias pedagógicas (UFRGS, 2009). Incentiva-se que a proposta seja levada para a sala de aula e o trabalho de conclusão de curso deverá incluir a implementação em sala de aula de pelo menos uma dessas práticas pedagógicas.

## A disciplina 'Laboratório Didático de Física'

A disciplina LDF se desenvolveu em cinco semanas. Seus principais objetivos foram fornecer subsídios teóricos e práticos para:

- · planejar atividades experimentais que contemplem uma visão contemporânea da ciência, enfatizando aspectos conceituais e a análise qualitativa de dados;
- · fomentar uma reflexão crítica sobre o papel do laboratório didático no ensino de Física;
- · inserir noções básicas sobre aquisição automática de dados, com ênfase na conceitualização e procedimentos, em contraposição à precisão dos resultados;
- · fomentar a geração de atitudes próprias do 'espírito científico' que permitam construir paulatinamente explicações de complexidade crescente sobre os fenômenos em estudo.
- · promover o uso combinado de atividades experimentais e simulações computacionais no ensino de Física.

## Metodologia de ensino

A cada semana, era disponibilizada uma videoaula através de um site confeccionado especialmente para a disciplina e textos de apoio para leitura. Semanalmente os alunos-professores realizavam tarefas, que, de modo geral, consistiam na realização de alguma experiência de Física envolvendo coleta automática de dados ou videoanálise e o planejamento de atividades que poderiam ser desenvolvidas com seus alunos em suas aulas.

Na primeira aula foi promovida uma discussão sobre os problemas do uso tradicional das atividades experimentais, na qual roteiros algorítmicos estabelecem uma sequência rígida e linear de procedimentos pretensamente com o objetivo de descobrir e/ou verificar leis e teorias, e como inová-las, além de promover uma reflexão sobre demonstrações experimentais. O texto de apoio utilizado pelos alunos foi o artigo 'Novos Rumos para o Laboratório Escolar de Ciências' (BORGES, 2002). O autor critica os usuais roteiros fortemente dirigidos, assim como as não raras atividades que buscam 'provar' leis e teorias que são epistemologicamente equivocadas. Para ele, atividades experimentais devem ser desenvolvidas com o intuito de explorar fenômenos e o aluno deve estar focado na investigação, e não no compromisso pelo resultado.

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A segunda aula teve por objetivo combater o empirismo-indutivismo ingênuo nas atividades experimentais. A discussão foi baseada em noções sobre ajuste de curvas. A ideia central é de que, para um determinado conjunto de dados experimentais, o critério para a escolha pelo tipo de curva a ser traçada não é a melhor adequação aos dados, pois sempre é possível um ajuste melhor. A escolha pela curva ajustada é orientada pelos pressupostos teóricos considerados sobre o fenômeno físico em estudo (SILVEIRA; OSTERMANN, 2002).

Ainda nessa aula, foi apresentado aos alunos o software para videoanálise Tracker (2010) e disponibilizado um tutorial destacando as principais funções do programa. Com ele, os alunos realizaram ajustes de curvas a partir de vídeos de fenômenos físicos.

O uso do computador para a aquisição automática de dados foi o tema da terceira aula da disciplina. Foram apresentados aos alunos diversos exemplos de atividades experimentais que utilizam o computador como instrumento de medida. Esse uso torna possível experimentos que não seriam passíveis de realização nas salas de aula por envolverem a coleta de dados em intervalos de tempo da ordem de fração de segundos ou que levam várias horas para serem concluídos. O uso do computador também permite a realização de medidas precisas, que para alguns experimentos podem ser cruciais.

Para a realização de aquisições automáticas de dados, foi sugerido aos alunos o uso dos softwares Audacity (2010) e Spectrogram (2010), que são opções gratuitas para a captação e edição de sinais elétricos pela entrada de áudio do computador. Assim como ocorreu com o Tracker , foram disponibilizados tutoriais dos programas no site da disciplina.

A quarta aula foi exclusivamente dedicada à discussão de roteiros para atividades experimentais. Foram destacados os problemas relacionados aos roteiros excessivamente 'fechados' e também à aprendizagem por descoberta, ou seja, aos roteiros excessivamente 'abertos'. Por fim, os professores-alunos confeccionaram um guia de atividades baseado na estrutura proposta por Morini (2009). Basicamente, ela é constituída por:

- · Situação-problema e questão central: os guias começam com uma questão central sobre uma situação-problema, cujo significado espera-se que o aluno seja capaz de compreender sem qualquer introdução ao assunto, mas não seja capaz de respondê-la somente com seus conhecimentos prévios. Não se espera que os alunos respondam a questão central nesta etapa da aula, mas passem a trabalhar em outras questões mais simples.
- · Perguntas preparatórias: questionamentos para gradualmente enriquecer os modelos conceituais dos alunos, isto é, são apresentadas 4 a 5 perguntas preparatórias mais simples do que a questão central, que devem ser respondidas, por escrito, individualmente com os conhecimentos pré-existentes.
- · Respostas coletivas às perguntas preparatórias: os alunos trabalham, então, em pequenos grupos, confrontando suas respostas individuais para chegar a uma ideia mais apropriada e formular respostas coletivas, que, sob a orientação do professor, são discutidas no grande grupo.
- · Atividade experimental (real e/ou virtual): execução de algumas atividades experimentais em pequenos grupos. À medida que os trabalhos prosseguem, os alunos devem responder a várias perguntas.
- · Respostas à questão central: ao final ocorre uma discussão com todos os participantes da aula sobre os resultados obtidos, sobre as respostas dadas às várias questões e sobre os

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conceitos mais relevantes que foram discutidos, retomando-se a questão central, que é respondida de forma consensual pelo grande grupo.

- · Aprofundamento: algumas situações-problemas atraentes, requerendo maior elaboração conceitual, são propostas em alguns dos guias.

Em todos os momentos das discussões em grupo - pequeno ou grande - o professor procura não responder diretamente as questões, atuando como mediador e algumas vezes gerando novas discussões e relações com as atividades anteriores que não estão necessariamente indicadas ou induzidas pelos guias. (MORINI, ibid, p. 41-42).

A aula 5 foi dedica à discussão do uso integrado de atividades experimentais e atividades baseadas em simulações computacionais. A partir de uma reflexão sobre as potencialidades e limitações de tais recursos, buscou-se argumentar que tais ferramentas não são excludentes; mas sim complementares. O principal aspecto que foi ressaltado é o fato de que as simulações computacionais podem evidenciar as substanciais diferenças entre os modelos teóricos ensinados na Física e a realidade.

Figura 02: Os modelos podem ser concebidos como os mediadores entre as teorias, a realidade e as simulações computacionais.

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Medeiros &amp; Medeiros (2002, p. 80) destacam tal aspecto das simulações computacionais:

Seria primordial notar-se que um sistema real é frequentemente muito complexo e as simulações que o descrevem são sempre baseadas em modelos que contêm, necessariamente, simplificações e aproximações da realidade. [...] Existe uma diferença significativa entre o ato de experienciar-se um fenômeno através de um fenômeno real e de uma simulação computacional.

Assim como os modelos teóricos discutidos na Física, as simulações computacionais nunca abarcam todas as características do sistema físico. Os modelos computacionais são 'recortes' da realidade, ou seja, desprezam diversos aspectos do sistema real a fim de focar a atenção em certos pontos particulares da natureza, o que facilita a compreensão do fenômeno físico. Além disso, as teorias envolvidas no processo admitem entidades ideais e mecanismos internos imaginários. Portanto, as simulações computacionais proporcionam ao aluno a interação com uma natureza ideal. Já as atividades experimentais promovem o contato direto do aluno com os referentes reais dos modelos teóricos. Com isso, somente neste contexto o sujeito pode apreciar a influência dos aspectos desprezados pelo modelo explorado. A análise de erros evidencia aos alunos o

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papel da modelagem científica, evidenciando as limitações dos modelos teóricos e possibilitando uma avaliação da precisão deles.

Imediatamente após o término da disciplina LDF, os alunos-professores iniciaram a produção de uma proposta de prática pedagógica relacionada à disciplina, que consiste na confecção de um plano de aula e um guia de atividades que envolva o uso combinado de atividades experimentais e de simulações computacionais para o ensino de um conteúdo de Física. O prazo para o término dessa proposta é final de setembro.

## Resultados

A partir da avaliação das tarefas que os alunos elaboraram, das participações dos alunos em uma aula presencial e em duas videoconferências, e das discussões nos fóruns, podemos concluir que os resultados obtidos ao final da disciplina foram bastante positivos.

Percebeu-se um grande entusiasmo por parte dos alunos em relação ao uso do computador como um instrumento para a realização de experimentos reais. Em suas manifestações eles deixavam claro que, em decorrência das aulas da disciplina, suas práticas docentes já sofriam mudanças.

Essa disciplina, antes de tudo, me faz refletir a cada tarefa sobre como agimos ingenuamente na busca da realização de atividades experimentais. Antes me sentia segura e capaz da elaboração de atividades assim. Hoje, avalio mais, penso mais, questiono a validade e a relevância de uma atividade que antes fazia apenas superficialmente. (Professor-aluno 90)

Além de fóruns para a discussão de dúvidas relacionadas à tarefa vigente, eram disponibilizados semanalmente fóruns para o compartilhamento de aflições e emoções onde os professores-alunos se manifestavam espontaneamente. Trinta e um dos cinquenta e um professores-alunos do curso manifestaram-se pelo menos uma vez em um desses fóruns. Aproximadamente 40% destas mensagens se resumiam a lamúrias sobre a tarefa semanal, especialmente sobre seu nível de exigência e curto prazo para a sua entrega. Outra parcela importante delas (em torno de 15%) se referia a compartilhamento de angústias por problemas pessoais ou profissionais. Em resposta a essas postagens, aproximadamente 20% das mensagens tinham por objetivo demonstrar solidariedade aos colegas. Somente 15 professores-alunos postaram manifestações que diziam respeito aos tópicos abordados na disciplina, o que correspondeu a cerca de 20% das mensagens. Os dados que seguem se referem a análise destes 15 professores-alunos.

Sete professores-alunos explicitaram abertamente nos fóruns suas dificuldades para confeccionar guias de atividades sem torná-lo uma 'receita de bolo'. Esses professores confessaram que as atividades desenvolvidas por eles apresentam problemas semelhantes aos apontados por Borges (2002). Espontaneamente o professor-aluno 1 se manifestou da seguinte maneira:

Realmente ao ler o artigo "Novos Rumos para o Laboratório Escolar de Ciências" fiquei muito pensativa e preocupada, porque parece que não aprendi ainda como devo ensinar. [...] quando percebo que para ensinar Física de maneira mais ampla e profunda é preciso que eu mude várias coisas no meu plano de ensino, fico ansiosa, pois, para mim, repensar nossa prática pedagógica é bastante frustrante. Às vezes parece-me que não tenho conhecimento suficiente para fazer um bom trabalho. (Professor-aluno 1)

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Cinco professores-alunos criticaram as atividades experimentais realizadas em seus cursos de formação docente destacando que elas eram propostas nos moldes do que o autor denomina 'laboratório tradicional'.

[...] na nossa graduação as atividades experimentais eram tipo "receita de bolo", onde não havia espaço para testar nossas ideias através de hipóteses. (Professor-aluno 58)

Corroborando resultados da literatura, sete professores ressaltaram que não foram levados a refletir sobre tais aspectos durante seus cursos de graduação, evidenciando que não estão suficientemente preparados para utilizarem atividades experimentais em suas aulas.

[...] o que mais me assusta não é uma escola sem um bom laboratório, mas sim saber que sou de uma geração que aprendeu conceitos sem poder discuti-los. Hoje admito ter dificuldade em questionar fenômenos, pois aprendi que era e ponto. (Professoraluno 72)

Outro aspecto que impôs dificuldades aos alunos foi o manuseio dos softwares . Principalmente com o Tracker , alguns deles tinham problemas já na instalação do programa, demonstrando que tinham pouca intimidade com o uso do computador. Apesar de ocorrerem em menor quantidade, houve dificuldades também com o manuseio do Audacity e do Spectrogram . No entanto, os resultados obtidos nas tarefas os animavam, levando-os a buscar novos experimentos que utilizassem tais softwares para a aquisição automática de dados.

Nas semanas em que foram apresentados novos softwares aos professores, 10% dos alunos demonstravam insatisfação quanto às tarefas propostas durante a disciplina alegando que não se sentiam seguros para confeccionar uma atividade baseada nesses novos programas por falta de intimidade com seu uso. Dois deles declararam acreditar que o trabalho seria mais proveitoso se as tarefas fossem baseadas na produção de exemplos pré-determinados pelos professores, tornandoos mais confiantes para explorá-los. No entanto, nossa posição se focou na estratégia de ensino de novos softwares apresentada por Kay (2007) em que os alunos aprendem por meio do que ele denomina 'questões autênticas'. O foco na resolução de problemas significativos para os professores é a principal vantagem desse método e, ao contrário dos casos em que os alunos executam exemplos 'fechados' indicados pelo professor, é uma forma bastante eficaz no que diz respeito a levar os professores a efetivamente usar esses recursos em suas aulas.

O prazo para a realização das tarefas foi um aspecto que limitou a qualidade dos trabalhos produzidos por sete professores-alunos que demonstravam nos fóruns desagrado com o tempo de uma semana para a execução das tarefas.

Uma semana realmente é muito pouco para que possamos conhecer e fazer uma tarefa realmente interessante para ser aplicada com alunos. Apesar do estresse com o meu computador, estou realmente gostando destas novas ferramentas, porém, com tão pouco tempo para conhecê-las, fica difícil sentir segurança na elaboração de um bom plano de aula utilizando esses recursos. Quando estamos nos familiarizando com a ferramenta, já temos nova para conhecer. (Professor-aluno 58)

Apesar de cientes das dificuldades desses alunos para realizarem um bom trabalho no prazo estipulado, optamos por mantê-lo para que não fôssemos levados a retirar alguma das aulas do cronograma da disciplina. Nosso objetivo principal era primeiramente levar ao conhecimento dos professores as reflexões sobre as atividades experimentais e computacionais e as potencialidades do uso do computador como instrumento auxiliar na execução dessas atividades, de modo

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que, no futuro, os professores pudessem aprimorar seus conhecimentos partindo do que foi apresentado na disciplina.

## Considerações Finais

Já é por si só um desafio ministrar uma disciplina sobre atividades experimentais. No caso relatado neste trabalho, ele ganhou maiores proporções devido ao fato de se tratar de uma disciplina na modalidade à distância e os polos presenciais não disporem de um laboratório de Física. No entanto, consideramos satisfatório o desenvolvimento da disciplina, especialmente porque todos os alunosprofessores desenvolveram atividades práticas envolvendo aquisição automática de dados e pelo menos uma atividade de integração de recursos experimentais com computacionais. A criação de uma proposta didática para ser utilizada com alunos de ensino médio está ocorrendo presentemente, quando os alunos-professores trabalham em propostas de prática pedagógica. Na avaliação final da disciplina LDF deverá ser verificado se as práticas pedagógicas propostas refletem uma evolução das crenças e atitudes dos professores em relação às atividades práticas. Os resultados deste trabalho nos evidenciaram que aspectos teóricos relativos ao uso de atividades experimentais e de simulações computacionais devem ser mais discutidos nos cursos de formação docente. Para tornar um professor preparado para explorar tais recursos em sua prática docente, não basta que ele tenha apenas em sua mente um bom acervo de experiências para desenvolvê-las com seus alunos; ele deve refletir sobre os objetivos que o levam a realizá-los em suas aulas. A falta dessa reflexão tem levado ao uso de atividades experimentais de forma equivocada, em que os alunos apenas seguem mecanicamente os passos do roteiro, sem realizarem questionamentos sobre os conceitos e relações envolvidos em sua execução.

Outro aspecto que frequentemente é negligenciado em cursos de formação de professores é o uso do computador como instrumento para a aquisição de dados em experimentos reais. O uso desta ferramenta abre um vasto leque de possibilidades aos docentes e tem a potencialidade de motivar seus alunos durante as atividades experimentais.

Focados nessas ideias, buscamos na disciplina LDF promover um aprimoramento na formação dos professores referente ao uso de atividades experimentais e de simulações computacionais não somente por meio da apresentação de possibilidades de experimentos. Buscamos também questioná-los sobre as reais potencialidades de tais recursos e discutir estratégias mais eficientes no intuito de levar o aluno à aprendizagem significativa. Aspectos relacionados às concepções epistemológicas adotadas nessas atividades também ganharam destaque na disciplina.

## Referências

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BORGES, A. T.. Novos rumos para o laboratório escolar de ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 24, Edição Especial, p. 9 - 30. 2002.

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