Projeto Física no Campus: formação na perspectiva PBL

## PROJETO FÍSICA NO CAMPUS: FORMAÇÃO NA PERSPECTIVA PBL

## Álvaro Santos Alves , José Carlos Oliveira de Jesus 1 2

## Resumo

Esse artigo relata parte de uma experiência de formação desenvolvida em uma universidade estadual do semiárido baiano e seus reflexos mediatos e imediatos na produção de conhecimento em Ensino de Física. O Projeto Física no Campus tem inspiração construtivista e constitui-se em um espaço de formação para licenciandos e bacharelandos em Física. A base metodológica dessa experiência é a Aprendizagem Baseada em Projetos (PBL). Do ponto de vista acadêmico, o projeto Física no Campus se inspira na disciplina Instrumentação para o Ensino de Física, mas se diferencia desta porque mescla atividades de ensino, pesquisa e extensão, desenvolvidas em uma temporalidade que difere dos semestres letivos. Seu objetivo é oferecer aos estudantes oportunidades de propor e realizar experimentos didáticos ou revisitar experimentos clássicos, atualizando-os tecnologicamente e inserindo-os no trabalho pedagógico. Aqui serão apresentados alguns desses resultados e seus desdobramentos acadêmicos.

## 1. Introdução

As atividades desenvolvidas no projeto relatado nesse artigo são fruto de um trabalho de mais de uma década, no qual se articulam os fundamentos teóricoepistemológicos da organização e realização do trabalho pedagógico (ROSA, 2011), a realização de atividades experimentais didáticas ou a produção de materiais didáticos experimentais (SITKO; PEREIRA; VICENTINI, 2008), as várias perspectivas de abordagem dessas atividades (MIZUKAMI, 1986), bem como seus desdobramentos epistemológicos (MEDEIROS; BEZERRA FILHO, 2000). Esses elementos se entrecruzam de acordo com o princípio de que 'componentes da instrumentação são os recursos facilitadores do ensino-aprendizado, dos quais o professor deve ter domínio para a construção do seu dia-a-dia na sala de aula' (CEDERJ, 2008).

## 2. A abordagem PBL: construtivismo e formação

O projeto Física no Campus se inspira no construtivismo e tem, por sua natureza experimental, influências de metodologias 'learn by doing' (KAY, 1991) e 'hands-on experiments' (LAVARDA, S.d.). Todavia, sua base metodológica adota a pedagogia de projetos ou método PBL, sigla do inglês Project-based Learning . Pode-se encontrar muitas variantes do PBL na literatura, mas todas elas se organizam a partir dos seguintes princípios : i) deve-se começar com a clareza do 1

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20 a 25 de janeiro de 2013

final; ii) elaborar a questão ou questões norteadoras; iii) elaborar a avaliação; iv) estruturar o subprojeto do estudante ou do grupo; v) gerenciar ou acompanhar o subprojeto.

No ambiente escolar um projeto PBL deve ser rigorosamente acompanhado pelo professor ou por um grupo de professores. Além disso, deve-se estabelecer uma estreita relação dos subprojetos com o Projeto político-pedagógico (PPP) da unidade escolar. No ambiente acadêmico deve-se também ter o currículo em perspectiva, mas o acompanhamento acadêmico deve ser tal que não iniba o estudante nem o torne dependente de orientações estritas ou procedimentos padronizados, sob o risco de perder-se um aspecto importante do PBL que é o processo de autonomização do estudante. Não se quer dizer com isso que a autonomia/autonomização não seja desejada e incentivada na escola, mas, antes, que esse aspecto é primordial no Ensino Superior.

Uma preocupação fundamental no desenvolvimento de subprojetos na perspectiva PBL para o Ensino Superior é incentivar os estudantes a externarem suas próprias ideias, buscando temas a partir de problemas de pesquisa, questões práticas do cotidiano acadêmico ou problemas concretos da comunidade (NOGUEIRA, 2001, p.93-98). Deve-se também tentar estabelecer relações entre problemas locais e problemas nacionais ou globais. Isso é muito comum na área de energia, por exemplo. Estudantes das licenciaturas podem se interessar por questões que surgem nos estágios supervisionados, abordando problemas de ordem teórica, metodológica ou didático-pedagógica. Em geral, as propostas de trabalho dos estudantes são debatidas em grupo, com a participação de professores, e vão se transformando aos poucos em projetos de trabalho.

Quando a metodologia PBL se vincula ao currículo de um curso de graduação, o próprio campo de estudos delimita as questões que podem ser abordadas, mesmo em casos de grandes projetos interdisciplinares, porque, via de regra, os estudantes acabam dando ênfase ao seu campo de conhecimento. Ainda assim, essa atenção ao recorte é necessária para a elaboração das questões e a delimitação de processos, produtos e serviços que podem ser gerados, promovendo a elaboração dos subprojetos e a metodologia de acompanhamento, bem como o estabelecimento de parâmetros de avaliação dos participantes - professores e estudantes.

As possibilidades de abordagem na perspectiva PBL ficam mais claras quando se observa projetos desenvolvidos a partir de problemas comunitários . Um 2 tema dessa natureza pode ser, por exemplo, o abastecimento de água em pequenas cidades, onde predomina o consumo de água de poço. Aqui podem trabalhar estudantes de Biologia, Farmácia, Química, Física, Medicina e Saúde Coletiva, Assistência Social, Engenharias e Geociências.

Há trabalhos na literatura que apontam para vantagens da metodologia PBL sobre a pedagogia tradicional, a exemplo de um artigo de Moreno-López et al (2009), que estudaram dois grupos de estudantes de odontologia. Os estudos mostraram diferenças muito grandes entre os dois grupos, particularmente:

Os estudantes que participaram do PBL obtiveram notas significativamente mais altas do que aqueles que assistiram aulas durante o curso. O tempo utilizado pelos dois grupos de estudantes foi semelhante, mas a distribuição

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entre as tarefas foi muito diferente. Os estudantes PBL dedicaram mais tempo ao trabalho em grupo e análise de referência do que aqueles que assistiram às aulas convencionais. O tempo dedicado pelos professores foi muito maior no grupo PBL. PBL é uma metodologia de ensinoaprendizagem que melhora os resultados acadêmicos dos estudantes. No PBL, uma maior proporção do tempo do estudante é dedicada a tarefas mais complexas e um maior compromisso do tempo do pessoal docente é necessário. (Moreno-López et al, 2009). (Tradução livre).

## 3. Física no Campus: um projeto de formação para o ensino e a pesquisa

O Projeto Física no Campus visa promover a formação de licenciados e bacharéis em Física, afastando-se do esquema tradicional de ensino, pautando-se na ideia de formação como produção de autoconhecimento. Isso pressupõe uma participação ativa do estudante no processo de formação. Essa autonomia, contudo, não está pronta, disponível, deve ser construída no processo mesmo de Formação Inicial, seja para a docência, seja para a pesquisa. A construção de hábitos e atitudes necessárias a essa formação se desdobram nos objetivos específicos do projeto.

## 3.1 Justificativa

Segundo Jerome Bruner (apud KAY, 2007), o verdadeiro aprendizado é: 3 'descobrir como usar o que você já sabe, a fim de ir além do que você já pensa'. Assim, torna-se incontornável no processo de formação o respeito e a atenção aos saberes dos estudantes, mas traz como imprescindível a participação ativa deles. E isso não é possível dentro de um sistema tradicional de educação que valoriza o caráter mnemônico da aprendizagem. Para romper com essa forma imobilizadora do pensamento, pode-se lançar mão de alternativas teóricas que considerem os diferentes espaços de aprendizagem (FAGUNDES; FRÓES BURNHAM, 2005), para além da sala de aula.

Nessa perspectiva, tanto o aprimoramento de saberes e práticas cotidianos dos estudantes quanto a necessidade de uma diferenciação teórico-epistemológica (GAMBOA, 2002) desses saberes em relação aos conhecimentos científicos e aos procedimentos teórico-metodológicos são contemplados, ampliando o conceito de formação. É exatamente esse aspecto da formação visando fomentar 'a compreensão dos fundamentos científico-tecnológicos dos processos produtivos, relacionando a teoria com a prática no ensino de cada disciplina' que nos revela Menezes (2000). E essa compreensão não se coaduna com o mnemônico, com a repetição vazia de sentidos e significados. É essa, pois, a razão de propor o Projeto Física no Campus.

## 3.2 Objetivos do projeto: os discentes e a instituição.

Em sua origem, o projeto Física no Campus estava muito ligado às atividades experimentais didáticas e, portanto, à Instrumentação para o Ensino da Física. Atualmente, entretanto, dá-se ênfase aos processos de autonomização dos estudantes e ao desenvolvimento de projetos de pesquisa, procurando uma

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harmonização mais intensa com a perspectiva PBL, porque, segundo Moreno-López et al. (2009):

Um dos objetivos da PBL é preparar os estudantes para a formação continuada ao longo da sua carreira profissional. PBL permite aos alunos desenvolver habilidades para analisar problemas de forma autônoma. Eles desenvolvem eficiente trabalho de equipe, aceitando papéis diferentes e se comunicando com seus pares. (Moreno-López et al, 2009) (Tradução livre).

Desde os primórdios do projeto até a fase atual podem-se destacar dois grandes grupos de objetivos: um centrado no aluno e outro centrado na instituição, como se vê no Quadro 1.

## Quadro 1. Objetivos pedagógicos e institucionais do projeto Física no Campus.

- ⇒ Promover o estudo e o desenvolvimento de métodos e técnicas da física experimental;
- ⇒ Desenvolver os conhecimentos e habilidades que os estudantes adquiriram no ensino técnico de nível médio;
- ⇒ Oferecer uma formação prática em instrumentação para o ensino aos estudantes de física envolvidos no projeto;
- ⇒ Facilitar o acompanhamento acadêmico dos estudantes;
- ⇒ Envolver estudantes primeiranistas em projetos que os capacitem à iniciação científica;
- ⇒ Produzir experimentos didáticos de física para o ensino médio e o ensino superior;
- ⇒ Reproduzir experimentos clássicos da física;
- ⇒ Interagir com empresas e instituições de fomento acadêmico;
- ⇒ Criar um espaço físico para exposição, manuseio e utilização de experimentos didáticos;
- ⇒ Promover a interação Universidade/Escola;
- ⇒ Oferecer cursos de extensão aos professores de ciências/física do ensino fundamental e ensino médio.

## 3.3 Aspectos metodológicos: formação na perspectiva PBL.

O grupo de pesquisa trabalha com as concepções da metodologia de projetos, resgatando o método de ' project-based learning ' ou ' project-based science ' (BALAS: 1996). Nessa perspectiva, os estudantes são orientados e incentivados a resolver problemas concretos autonomamente, trabalhando sozinho ou em grupos, supervisionados por um ou mais professores. Nesse processo, o estudante deve: i) formular e refinar questões de investigação; ii) realizar pesquisa bibliográfica na rede mundial de computadores e bibliotecas; iii) coletar, organizar e analisar informações e dados; iv) elaborar modelos para trabalhar a análise e a interpretação de resultados; v) comunicar as conclusões em relatórios e/ou artigos.

Esses passos metodológicos são característicos do método PBL, pois, segundo Freitas et al. (2003):

A Pedagogia de Projetos é uma mudança de postura pedagógica fundamentada na concepção de que a aprendizagem ocorre a partir da resolução de situações didáticas significativas para o aluno, aproximando-o o máximo possível do seu contexto social, através do desenvolvimento do senso crítico, da pesquisa e da resolução de problemas.

Evidentemente, esses passos não precisam ser seguidos rigorosamente, podendo ocorrer casos em que alguns deles se desenvolvem simultaneamente. De

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nossa experiência, aprende-se que há, de fato, um entrelaçamento desses passos durante o desenvolvimento dos subprojetos, dependendo fundamentalmente das características do problema a ser resolvido e da área de conhecimento em que se insere, bem como das idiossincrasias dos sujeitos envolvidos. Além disso, revisitar os primeiros passos em diferentes etapas de desenvolvimento dos projetos constituise em uma estratégia de avaliação necessária à depuração dos mesmos (NOGUEIRA, 2001, p.89), permitindo aos envolvidos redefinir objetivos e estratégias.

Para os estudantes envolvidos no projeto, a fundamentação teórica é discutida diretamente com o Professor-Orientador ou em pequenos seminários de grupo, estimulando o trabalho colaborativo. Os seminários foram introduzidos para facilitar o gerenciamento dos subprojetos, promovendo também a difusão de conhecimento dentro do grupo. Os seminários também são momentos de avaliação das atividades, independentemente dos relatórios. As palestras dos alunos os preparam ainda para a vida profissional, ambientando-os na exposição de ideias e na argumentação em público.

Os estudantes, ao concluírem seus projetos, devem apresentar um relatório que descreva o know-how adquirido, as instruções de montagem e sugestões de aplicações. A escrita é também uma forma de consolidar as experiências e aprendizagens.

## 3.4 Processo e produto: alguns resultados do Projeto Física no Campus.

Por sua natureza de base construtivista, o projeto Física no Campus valoriza especialmente os processos formativos dos estudantes, suas trajetórias de construção de conhecimento. Assim, os resultados dos subprojetos não podem ser medidos apenas pelos produtos, não obstante sua centralidade dentro da perspectiva PBL. Nessa seção, serão apresentados alguns resultados de subprojetos de estudos e pesquisas desenvolvidos pelo grupo. Foram selecionados preferencialmente aqueles trabalhos que podem ser acessados via internet. Esses resultados têm importância porque foram desenvolvidos por estudantes que não estavam dentro do sistema de bolsas de iniciação científica. Muitos dos resultados mostrados aqui culminaram em Trabalhos de Conclusão de Curso, isto é, monografias elaboradas pelos estudantes como parte dos requisitos para obtenção de grau.

## 3.4.1 Estudo de transição de fase usando a placa de som do micro PC.

Esse subprojeto tratou do estudo experimental da transição de fase líquido-vapor na água, de uma forma não usual: usando-se a placa de som de um microcomputador pessoal e um microfone de eletreto comercial. Esse experimento se baseia nas flutuações de densidade da água durante o aquecimento. Essas flutuações criam bolhas de vapor d'água que estouram na superfície livre do líquido, produzindo pulsos sonoros que podem ser detectados por um microfone comum. Esses pulsos foram registrados usando-se uma placa de som. O sinal sonoro, registrado em função do tempo de aquecimento até a ebulição ou em função da temperatura, mostra uma mudança significativa da amplitude das flutuações de

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densidade próximo à ebulição, caracterizando a transição de fase. Trata-se literalmente de ' ouvir ' a transição líquido-vapor (JESUS; SILVA, 2003, p.1849).

## 3.4.2 Excitação sonora de vespídeos sociais: novos aspectos metodológicos

O projeto de estudos de excitação sonora de vespídeos sociais foi desenvolvido em parceria com o grupo de entomologia da UEFS. Nesse trabalho desenvolveu-se uma metodologia de pesquisa do comportamento de vespas sob excitação sonora. Para tanto foram utilizados sinais sonoros harmônicos e anarmônicos. Para os sinais excitadores harmônicos verificou-se que as vespas respondem apenas no intervalo de frequências entre 2 e 8 kHz. Para os sinais anarmônicos foram usados sons de pássaros da fauna brasileira, dentre eles predadores de vespas, catalogados em um CD. Para poder comparar resultados, foram realizados espectros dos sons do CD usados no experimento, isto é, suas transformadas de Fourier. Da análise resultou que as respostas agressivas das vespas aos sons de pássaros ocorreram para aquelas frequências correspondentes aos máximos dos espectros, em concordância com os resultados para ondas harmônicas. (JESUS; PINTO; BICHARA FILHO, 2003, p.2615)

## 3.4.3 O Ensino de Física através de Oficinas

As oficinas são importantes espaços de aprendizagem porque os alunos têm a possibilidade de manusear equipamentos e brincar com eles. Essa familiarização com os instrumentos de medição ou controle permitem que os estudantes associem conceitos cotidianos e conceitos científicos, quando o trabalho pedagógico nas oficinas é bem organizado e realizado. Nessa linha de pensamento, o grupo Física no Campus organiza oficinas de Física e música, para explorar aspectos da vastíssima cultura musical brasileira, relacionando-os aos conceitos físicos subjacentes às ondas sonoras. Assim, a frequência (noções de grave e agudo) e o período, a altura, o timbre de instrumentos e vozes, as condições de contorno e o espectro (cabaça e barriga no berimbau) foram conceitos discutidos. Parte da oficina consiste de uma exposição dialogada sobre ondas transversais na corda vibrante, pulsos e ondas na mola slinky , sons no violão, no diapasão e no berimbau. A escolha pelo berimbau se explica pela localização da universidade (interior da Bahia) e pela inserção desse instrumento na cultura, fortemente ligado à pratica da capoeira (JESUS; ALVES, 2003, p.2699). Essa relação especial do conhecimento dos alunos, baseado na cultura, facilita o diálogo com novos conceitos teóricos, uma vez que já estão incorporados aos modelos mentais da vida cotidiana.

## 3.4.4 Estudo de modelos de atrito viscoso

O estudo de modelos de atrito viscoso demandou a integração de um sistema comercial para medidas de posição em função do tempo, no experimento de queda de graves, com um tubo de acrílico onde se colocava fluidos de diferentes densidades e viscosidades. Para testar modelos de atrito viscoso que supõem o módulo da força de atrito proporcional ao módulo da velocidade ou ao módulo quadrado da velocidade, foram realizadas medidas de posição em função do tempo para uma esfera que cai em um fluido. A partir dos modelos e dos dados experimentais, fez-se inferência sobre qual dos mecanismos seria dominante em cada tipo de fluido. O trabalho traz também uma contribuição teórica, apresentando a solução para um modelo que considerada tanto a dependência com o módulo da

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velocidade quanto com o módulo quadrado da velocidade. (ROSA JÚNIOR et al: 2003, p. 2959).

## 3.4.5 Alguns casos exemplares

Uma das principais características do projeto é a variedade de temas tratados pelo grupo. Além do experimento de Clément-Desormes para a determinação da razão entre os calores específicos a pressão constante e a volume constante (SANTANA; JESUS; ALVES, 2003, p.693), na linha de reprodução de experimentos clássicos, o grupo já realizou também uma versão do experimento conhecido como Tubo de Kundt, que mostra o caráter longitudinal das ondas sonoras e as ressonâncias em tubo aberto e fechado. As placas de som de microcomputadores também foram largamente exploradas em diferentes combinações de experimentos, mostrando a versatilidade do grupo em relação às opções técnicas.

Ainda na perspectiva técnica, o grupo desenvolveu um sistema de monitoramento de caixas d'água baseado em circuitos elétricos, usando a propriedade de fios e fitas resistivos. Nesse projeto foram trabalhados conceitos de interfaceamento e aquisição automática de dados, tratamento de sinais e noções de hidrodinâmica. O experimento culmina com a construção de um sistema de medidas que converte variações de resistência elétrica em altura da superfície da água em um reservatório, com implicações práticas em localidades onde o fornecimento de água potável é irregular, permitindo aos usuários monitoramento e controle do consumo.

As atividades didáticas em laboratório no Ensino Superior também foram alvo de atenção nesse projeto. Nesse campo, são representativos os seguintes trabalhos: 'Desenvolvimento de um experimento para estudo do atrito utilizando indução eletromagnética' (JESUS; ALVES; REIS, 2003, p. 1840-1848), e o 'Circuito linearizador de resposta de fotorresistores' (JESUS; PEREIRA, 2003, p. 1808-1813).

Pensando ainda na inserção de Física moderna e contemporânea no Ensino Médio, desenvolveu-se um experimento de eletricidade a partir de uma associação fractal de resistores, tendo como base a Poeira de Cantor. Esse experimento foi realizado com fio resistivo e a resistência elétrica foi medida a cada geração préfractal. Após algumas poucas gerações pré-fractais, observou-se uma transição do regime geométrico para o regime térmico que ainda demanda uma explicação teórica. Todos os experimentos relatados nesse trabalho foram desenvolvidos pelos estudantes, dentro da perspectiva PBL, em períodos que variavam de 01 (um) a 03 (três) semestres, tipicamente.

## Considerações finais

As experiências de formação aqui relatadas, baseadas na perspectiva PBL, envolvem um grande número de ações mobilizam conteúdos do campo de saber da Física e uma grande variedade de campos conceituais (didática, metodologia, teoria e epistemologia). A vantagem mais evidente de trabalhar na perspectiva de projetos é desenvolver nos jovens a capacidade de estruturar as atividades de forma sistêmica, considerando os diferentes graus de complexidade de cada uma das etapas. Além disso, a abordagem metodológica PBL exige que os estudantes e

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professores façam uma avaliação permanente dos subprojetos, permitindo uma depuração continuada dos objetivos técnicos, conceituais e atitudinais. Essa atividade pode ser conduzida em reuniões específicas, mas pode ser feita também através de seminários temáticos, opção adotada nesse trabalho. Os seminários foram conduzidos de maneira a promover a autoconfiança dos estudantes, dandolhes a oportunidade de selecionar, organizar e apresentar conteúdos ou problemas, criticamente. Essas habilidades e competências são essenciais ao futuro professor e ao futuro pesquisador, visto que, em ambos os casos, terão que lidar com a exposição e a argumentação em público. Em todos os processos de orientação, estimula-se o processo de escrita. Notamos que os estudantes de ciências empíricoanalíticas encontram dificuldades na escrita de seus trabalhos de construção; isso se deve, em parte, à natureza predominante simbólica com que aprendem os conteúdos (derivadas, integrais, operadores matriciais, expansões e transformadas), marcada pela alta densidade de informações contidas em um pequeno conjunto de símbolos, como as equações de Maxwell, por exemplo. Notamos, portanto, a necessidade de desenvolver atividades que levem os estudantes a reconhecer a necessidade de uma escrita descritiva, argumentativa, apoiada nas representações simbólicas, mas transcendendo-as, levando-as a um nível interpretativo para além da representação simbólica. É esse o papel dos seminários temáticos: avaliar os subprojetos, promovendo uma reflexão formativa.

## AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à Universidade Estadual de Feira de Santana pelo apoio institucional.

## REFERÊNCIAS

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