PROPOSTA PARA O ENSINO DE FÍSICA BASEADO EM PROJETOS

## PROPOSTA PARA O ENSINO DE FÍSICA BASEADO EM PROJETOS

José Renato dos Santos Silva , Millena Lima Ferreira², Edla Carine Pessoa 1 Marinho³ Charlie Salvador Gonçalves , Kátia Silva Cunha , Kátia Calligaris 4 5 Rodrigues 6

## Resumo

O baixo aproveitamento do estudante brasileiro nas áreas de Ciências e Matemática, observado nas avaliações da Educação Básica pública se deve, entre outras, à visão formalista e abstraída da realidade presente no ensino da Matemática e das Ciências. Desta forma, é urgente valorizar o ensino da Matemática e das Ciências a partir da proposição de metodologias que quebrem com o paradigma livresco encontrado na escola pública e visem despertar nos jovens a alegria de aprender e descobrir os segredos da Ciência e da Matemática. Portanto, a proposta de um Ensino Baseada em Projetos pressupõe a perspectiva de trabalho colaborativo, utilizando metodologias participativas, e formando o aluno para desempenhar um papel ativo na busca do saber. Desta forma, impõe-se ao professor de Física, a responsabilidade de rever seus procedimentos didáticos, que em sua maioria estão atrelados ao formato conteudista, expositivo e depositário, que não privilegiam uma formação capaz de preparar o indivíduo para pensar, refletir, discutir, argumentar, pesquisar, analisar e tomar decisões. Nesse sentido, o presente artigo apresenta o processo de elaboração das etapas de construção de um fotobiomodulador discutidas a luz do desenvolvimento de um projeto educativo pela metodologia de ilhas de racionalidade, a fim de verificar a adequação da organização da aprendizagem em torno de um projeto desafiador, tecnologicamente inovador, e com grande poder multidisciplinar.

Palavras-chave : Métodos de Ensino de Física, Ensino Baseado em Projetos, Ilhas de Racionalidade, Fotobiomodulador.

## Introdução

Há uma vasta literatura disponível no mundo acadêmico que explora os prejuízos ao desenvolvimento de uma nação, advindos de uma educação básica de má qualidade e, nas últimas décadas, os estudos têm se aprofundado em discutir a impossibilidade de crescimento e desenvolvimento econômico e tecnológico sustentável para uma nação cujos índices de aprendizagem em Educação Científica são sofríveis (SCHWARTZMAN & CHRISTOPHE, 2012; WERTHEIM & CUNHA, 2005; ZANCAN, 2000).

Infelizmente, esse é o caso do Brasil, que culturalmente investe na educação por meio de políticas de Governo e não de Estado, fazendo com que a Educação seja um dos setores mais atingidos por ausência de projetos estruturantes de médio e longo prazo. Esse fato é facilmente observável pelos resultados obtidos pelos estudantes brasileiros nas últimas 4 edições (2000, 2003, 2006 e 2009) do PISA (Programme for International Student Assessment), bem inferiores ao desejado, ou seja, em média, os alunos brasileiros estão no nível 1 (Tabela 1), no qual os estudantes têm limitado conhecimento científico, de forma tal que só conseguem aplicá-lo em algumas poucas situações familiares (OECD, 2010).

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Essa incapacidade de conhecer, compreender e discutir ciência coloca o indivíduo em uma situação extremamente vulnerável frente a um mundo absolutamente científico e tecnológico, fragilizando não apenas a sua vida e carreira pessoal, mas, também a sua contribuição consciente nas tomadas de decisão na sociedade. Desta forma, a ausência de uma Educação Científica de qualidade leva o país a um enorme desperdício de potencial humano, que culmina com um país tecnologicamente dependente, economicamente pobre e socialmente desequilibrado.

Tabela 01 : Quadro comparativo dos resultados do Brasil no PISA desde 2000 (INEP, 2011)

Por outro lado, a preocupação em qualificar a educação científica no país, está claramente documentada por meio dos Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 2002), onde se destaca a necessária articulação entre as disciplinas da área de Ciências da Natureza e Matemática para a promoção das competências gerais que articulem conhecimentos, como a investigação e compreensão de diferentes processos naturais. Para tal, sugere-se uma mudança na forma de abordar o ensino de ciências, ou seja, dar menos ênfase à lista dos tópicos a ser ensinada, e concentrar atenção nas competências que se deseja promover.

Entretanto, competências e habilidades somente podem ser desenvolvidas em torno de assuntos e problemas concretos, que se referem a conhecimentos e temas de estudo. Desta forma, os PCN para o ensino de ciências enfatizam que se devem levar em conta os processos e fenômenos de maior relevância no mundo contemporâneo, além de procurar cobrir diferentes campos de fenômenos e diferentes formas de abordagem, privilegiando as características mais essenciais que dão consistência ao saber científico e permitem um olhar investigativo sobre o mundo real (BRASIL, 2002).

Portanto, a fim de enfatizar os objetivos formativos e promover competências, é imprescindível que os conhecimentos se apresentem como desafios cuja solução, por parte dos alunos, envolva a mobilização de recursos cognitivos, investimento pessoal e perseverança para uma tomada de decisão. Nessas circunstâncias, importa o desenvolvimento de atividades que solicitem dos alunos várias habilidades, entre elas, o estabelecimento de conexões entre conceitos e conhecimentos tecnológicos, o desenvolvimento do espírito de cooperação, de solidariedade e de responsabilidade (KAWAMURA & HOSOUME, 2011).

De acordo com Bereiter e Scardamalia (1999) metodologias participativas de ensino do tipo Aprendizagem Baseada em Problema ou Projeto (PBL) propiciam uma melhor aquisição de conhecimento, principalmente, por envolver os alunos nas decisões referentes à aprendizagem, submetendo-os a resolução de problemas reais, e por promover o desenvolvimento de habilidades necessárias ao desempenho funcional. A aprendizagem baseada em projetos se organiza em torno de tarefas complexas, que visam envolver o estudante na resolução de questões ou

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

problemas desafiadores, de forma a conduzi-lo a atividades investigativas, dando-lhe a oportunidade de trabalhar autonomamente e de desenvolver a tomada de decisão.

Todavia, é importante observar que o trabalho com projetos deve se desenvolver por períodos prolongados e culminar com a produção de um produto (JONES et.al ., 1997; THOMAS et.al ., 1999; SCARBROUGH et.al ., 2004). Nesta perspectiva, Fourez (2005), propõem que as atividades nas quais se exercitaria o conhecimento por projetos, sejam orientadas por uma metodologia de trabalho, as Ilhas de Racionalidade (IR). Uma Ilha de Racionalidade designa uma representação teórica apropriada de um contexto e de um projeto, permitindo comunicar e agir sobre o assunto. Segundo Fourez, a teorização proposta na Ilha de Racionalidade é quase sempre interdisciplinar, e esses conhecimentos que são utilizados para construir a representação têm no modelo teórico o meio de comunicar o que vai ser feito sobre a situação (NEHRING et.al ., 2002).

Para construir a Ilha de Racionalidade são propostas algumas etapas, de modo a permitir que o trabalho vá sendo delimitado para que atinja sua finalidade. Embora apresentadas de maneira linear, elas são flexíveis e abertas, em alguns casos podendo ser suprimidas e/ou revisitadas, quantas vezes se julgar necessário. Elas servem como um esquema de trabalho, de modo a evitar que ele se torne tão abrangente que não se consiga chegar ao final (NEHRING et.al ., 2002). Vários trabalhos desenvolvidos no Brasil sobre a metodologia das IR, em especial Pietrocola et. al . (2003), apontam para a necessidade de um estudo analítico da situação problema e da organização das etapas da IR. Pietrocola (1999) aponta ainda que a intensificação nas estratégias de construção do conhecimento é importante para os alunos na medida em que eles possam perceber que o conhecimento científico aprendido na escola serve como forma de interpretação do mundo que os cerca.

Nesse contexto, o presente trabalho apresenta o processo de elaboração das etapas de construção de um fotobiomodulador discutidas a luz do desenvolvimento de um projeto educativo pela metodologia de ilhas de racionalidade, a fim de verificar a adequação da organização da aprendizagem em torno de um projeto desafiador, tecnologicamente inovador, e com grande poder multidisciplinar. Concluiu-se que um projeto como o da fotobiomodulação, pode ser metodologicamente organizado, seguindo as etapas de IR, e propiciar a construção de aprendizagem significativa sobre conteúdos e conceitos pertinentes à Física e outras disciplinas relacionadas às ciências.

## Desenvolvimento de um Fotobiomodulador

A fim de desenvolver um fotobiomodulador tomou-se como premissa que o equipamento deveria ser propício para modular a germinação de sementes e o crescimento de mudas pela ação da luz.

A primeira etapa do projeto envolveu o levantamento dos questionamentos que deveriam ser respondidos a fim de que esse equipamento alcançasse a sua proposição de fotobiomodular o crescimento de células vegetais.

Como primeiros questionamentos surgiram:

Qual o comprimento ideal para crescimento de células vegetais?

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Qual a intensidade e/ou energia luminosa ideais para propiciar o crescimento de células vegetais?

Qual a melhor forma de produzir e fornecer a luz para a fotobiomodulação?

Qual semente pretende-se fotobiomodular a germinação e o crescimento?

Qual o protocolo de iluminação das células vegetais em relação a intensidade de luz e o tempo de exposição?

A busca da resposta a esses questionamentos se deu a priori a partir de conhecimentos pré-existentes entre componentes do grupo de trabalho e, a posteriori , no levantamento bibliográfico. A análise preliminar desse levantamento demonstrou que algumas sementes podem ter o seu crescimento estimulado pela luz na faixa do vermelho e inibido pela luz na faixa do azul. Como não foram encontrados valores de intensidade e/ou energia luminosa para essa fotobiomodulação, foram tomados os valores conhecidos, da ordem de dezenas de Joules/cm , utilizados na fotobiomodulação de células animais, como na reparação 2 tecidual, conhecimento esse pré-existente no grupo de trabalho. A experiência acumulada pelo grupo também respondeu a questão sobre a fonte mais adequada para iluminação.

Decidiu-se, então, pela construção de uma placa (15x30 cm ) com LEDs 2 vermelhos, de forma que se pudesse iluminar uma pequena quantidade de sementes ao mesmo tempo. As questões sobre o protocolo de fotobiomodulação, bem como sobre o tipo de semente, foram elencadas para resposta em uma próxima etapa. Como resultado dessas primeiras etapas, o protótipo desenhado é apresentado na Figura 1.

Figura 01 : Protótipo inicial do fotobiomodulador

<!-- image -->

Na etapa seguinte, a construção da placa iluminadora com LEDs, exigiu o desenvolvimento de conhecimentos específicos sobre circuitos impressos, circuitos eletrônicos, LED, resistência, fonte de alimentação e outros. Essa etapa, dividida em várias subetapas, contou com a orientação de um especialista. A placa foi construída com LEDs de 3 mm, emitindo luz na região do vermelho, utilizando resistores e com circuito em paralelo.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

A etapa seguinte, já com a placa de iluminação pronta, demandou novos questionamentos, como:

Qual a variação dessa intensidade de energia ou potência em função da distância da placa iluminadora ao alvo a ser irradiado?

Qual a influência da distância na homogeneidade dessa iluminação sobre a área a ser iluminada?

Algumas hipóteses foram construídas a partir desses questionamentos,

- 1) Quanto mais distante da placa iluminadora, mais homogênea é a potência irradiada.
- 2) A homogeneidade na irradiação terá implicação direta com o protocolo de fotobiomodulação.
- 3) É possível melhorar a qualidade da homogeneidade da irradiação, corrigindo aspectos de design do fotobiomodulador.

Essas hipóteses se configuraram como novas questões de pesquisa para etapas futuras do projeto de aprendizagem baseada em problemas.

## Discussão

Adotou-se, nessa proposição, a perspectiva de formação como aquela apontada por Cunha (2009) como uma teia de relações, um processo dinâmico e constante, que não tem um fim e é constituído de significados. Nessa aproximação interdisciplinar, cada disciplina mantém uma integração relacional com o eixo da formação, nesse sentido há um compromisso de pensar o profissional e a contribuição que cada disciplina tem no desenvolvimento de habilidades essenciais para o exercício profissional.

Tomando como base os trabalhos de Duarte et.al . (2009) e Nehring et.al. (2002), é possível relacionar as etapas desenvolvidas na construção e caracterização do fotobiomodulador com as etapas de construção de uma Ilha de Racionalidade.

A primeira etapa da IR, 'Elaborar um Clichê da situação estudada', compreende a construção de um conjunto de perguntas que expressam as concepções e as dúvidas iniciais que o grupo tem a respeito da situação. No desenvolvimento do fotobiomodulador, essa etapa surgiu naturalmente, com a construção dos primeiros questionamentos sobre o comprimento de onda, a fonte de luz, etc. Nessa etapa, por ser uma etapa de questionamentos espontâneos, podem surgir questões abertas e questões específicas, questões que devem ser respondidas e questões que podem ser desconsideradas a princípio, sempre focando no desenvolvimento da IR.

Na segunda etapa da IR 'Elaborar o panorama espontâneo', há a ampliação do clichê a partir de várias ações, tais como: o refinamento das questões, a definição dos participantes, o levantamento de normas e restrições de interesses e tensões, listagem dos diversos aspectos da situação que serão abordados, escolha dos caminhos a seguir, listagem das especialidades e dos especialistas envolvidos com a situação (PINHEIRO, 2002). Pode-se verificar que, no desenvolvimento do fotobiomodulador, essa etapa se deu com uma consulta a priori de conhecimentos

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

como:

elencados pelo próprio grupo e que ajudaram no refinamento das questões e na escolha dos caminhos a seguir.

Já na etapa três, 'Consulta aos especialistas e às especialidades', busca-se definir quais especialistas da lista serão consultados. Os membros da equipe podem atuar como especialistas internos ao projeto. Nesta etapa ocorre o envolvimento com diversas áreas do conhecimento (PINHEIRO, 2002). Observa-se que as etapas de uma IR não são estanques, podendo se sobrepor ou até mesmo formarem um continum , no caso do projeto do fotobiomodulador, essa etapa se mescla com a anterior, tanto os especialistas da equipe foram consultados, como um levantamento bibliográfico foi necessário para desvendar algumas questões em aberto (denominadas de 'caixas-preta' na IR).

A próxima etapa da IR, configura-se por 'ir a prática'. É uma etapa de aprofundamento, definido pelo projeto e pelos produtores da ilha de racionalidade, na qual ocorre o confronto entre a própria experiência e as situações concretas. Deixa-se de pensar sobre a tecnologia da situação para confrontá-la mais diretamente com a prática. Na construção do fotobiomodulador essa etapa se caracteriza pela definição do projeto de protótipo e pelo seu desenvolvimento.

A etapa cinco, 'Abertura aprofundada de alguma caixa preta para buscar princípios disciplinares', é marcada pelo surgimento das disciplinas específicas dentro de uma proposta multidisciplinar. Pode-se recorrer a especialistas ou não, a fim de conduzir ao estudo de noções importantes no mundo técnico-científico e correspondentes aos pontos do programa a estudar. A confecção da placa de iluminação, com o desenvolvimento do circuito elétrico, do circuito impresso, a instalação dos LEDs, etc., evidenciou todo um aprendizado específico e aplicado de eletrônica.

Na etapa seis, 'Esquematizando a situação pensada', há a elaboração de uma síntese, um esquema geral que assinale os aspectos importantes escolhidos pela equipe, contendo os principais pontos da ilha de racionalidade e especificando novas caixas-pretas que podem ser abertas. Essa etapa se caracteriza, no projeto do fotobiomodulador, pela etapa em que a placa já está pronta e novos questionamentos são lançados sobre o protótipo.

A penúltima etapa da IR, 'Abrir algumas caixas pretas sem a ajuda de especialistas', é marcada pelo aprofundamento de algumas questões sem consultar especialistas, que podem não estar disponíveis. É um momento de autonomia da equipe. Analisando o desenvolvimento do fotobiomodulador, verificamos que essa etapa acontece com a construção de hipóteses, o que define a autonomia da equipe frente ao projeto.

A última etapa, consiste em elaborar uma síntese da IR, ou seja apresentar 'O produto final'. Essa etapa foi claramente atingida, com a confecção do protótipo de fotobiomodulador.

## Conclusão

Verificamos que a proposição de uma aprendizagem baseada em um problema desafiador e multidisciplinar, como o fotobiomodulador, possibilita o trabalho com os estudantes na reflexão e proposição de uma modelização adequada para uma situação específica, ou seja, a construção de uma Ilha de Racionalidade. Propiciando, desta forma, uma nova perspectiva de cooperação e ajuda na solução

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

dos problemas, levando o estudante a relacionar reflexão e ação, no encaminhamento de estratégias e proposições que impliquem intervenções conscientes, planejamentos que analisem processos significativos e instrumentalização que integre referencial teórico e metodológico que priorizem o contexto e a situação.

## Referências

BEREITER, C.; SCARDAMALIA, M. (1999). Process and product in PBL research . Toronto: Ontario Institutes for Studies in Education/University of Toronto.

BRASIL. PCN+ Ensino Médio : Orientações Educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Ciências da Natureza, Matemática e suas tecnologias. Brasília: Ministério da Educação/Secretaria de Educação Média e Tecnológica, 2002. 141p.

Cunha, K. S. (2009), Desafios da formação continuada no processo de construção da identidade profissional. In: Lumen , Recife. v.18, n.2, p.61-75.

DUARTE, A. M. S.; SILVA, M. A.; OLIVEIRA, R. S.; RODRIGUES, M. I. R.; SANTOS, M. B. M. Descrevendo e refletindo sobre a prática em ilhas de racionalidade. XVIII Simpósio Nacional de Ensino de Física - SNEF 2009 Vitória, ES. Disponível em

http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xviii/sys/resumos/T0841-2.pdf. Acesso em 20 de julho de 2011.

FOUREZ, G. Alfabetización científica y tecnológica : acerca de las finalidades de la enseñanza de las ciencias. 1a ed. 3a reimp. Buenos Aires: Colihue, 2005.

INEP - Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira, PISA, Resultados. Disponível em &lt;http://portal.inep.gov.br/internacionalnovo-pisa-resultados&gt;. Acesso em novembro de 2011.

JONES, B.F.; RASMUSSEN, C.M.; MOFFITT, M.C. Real-life problem solving : A collaborative approach to interdisciplinary learning. Washington, DC: American Psychological Association. 1997.

KAWAMURA, M.R.D.; HOSOUME, Y. A contribuição da Física para um novo Ensino Médio . In: MEC (2011). Coleção explorando o ensino de Física. 181p.

NEHRING, C.M. et.al. As ilhas de racionalidade e o saber significativo: o ensino de ciências através de projetos. ENSAIO - Pesquisa em Educação em Ciências , v.2, n.1, p. 1-18, 2002.

OECD. PISA 2009 Results : What Students Know and Can Do - Student Performance in Reading, Mathematics and Science (Volume I), 2010. Disponível em &lt;http://download.inep.gov.br/download/internacional/pisa/2010/Pisa2009-vol1\_What\_students\_know\_and\_can\_do.pdf&gt;. Acesso em 13 de novembro de 2011.

PIETROCOLA, M. Construção e Realidade: o realismo científico de Mário Bunge e o ensino de ciências através de modelos. Investigações em Ensino de Ciências , v. 4, n.3, p. 213-227, 1999.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

PIETROCOLA, M.; PINHO ALVES, J. e PINHEIRO, T. F. Prática interdisciplinar na formação disciplinar de professores de ciências. In: Investigações em ensino de ciências , vol.8, n.2, 2003.

Pinheiro, T. de F. (2002), 'Experiências Interdisciplinares nas Aulas de Física da Segunda Série do Ensino Médio.': In: XVI Simpósio Nacional de Ensino de Física , Florianópolis/SC.

SCARBROUGH, H. et al. The Processes of Project-based Learning: An Exploratory Study. Management Learning . v. 35, n. 4, p. 491-506, 2004.

SCHWARTZMAN, S.; CHRISTOPHE, M. A educação em ciências no Brasil . Disponível em:

http://eventos.unesco.org.br/diadaciencia/images/pdf/ed.\_cientfica\_no\_brasil\_.pdf. Acesso em: 11/02/2012.

THOMAS, J.W.; MERGENDOLLER, J.R.; MICHAELSON, A. Project-based learning : A handbook for middle and high school teachers. Novato, CA: The Buck Institute for Education. 1999.

ZANCAN, G. T. Educação Científica : uma prioridade nacional. São Paulo em Perspectiva, v.14, n.1, 2000.

WERTHEIN, J.; CUNHA, C. Educação científica e desenvolvimento : o que pensam os cientistas. Brasília : UNESCO, Instituto Sangari, 2005. 232 p.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_