Experimentos Demosntrativos e Ensino de Física: uma experiência na sala de aula

## EXPERIMENTOS DEMONSTRATIVOS E ENSINO DE FÍSICA: UMA EXPERIÊNCIA NA SALA DE AULA

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Inácio Mamede de Lima (nybamamede@hotmail.com) Marcelo Gomes Germano 2 (mggermano@ig.com.br)

1,2 Universidade Estadual da Paraíba - UEPB

## Resumo

A busca por uma melhor compreensão em torno da utilização de atividades experimentais no decorrer das aulas expositivas e a identificação de dinâmicas discursivas, aplicadas com essa prática pedagógica, têm sido motivo de diversas pesquisas. Nesse trabalho, objetivamos apresentar os resultados de uma pesquisa que investigou se a estratégia de ensino baseada na aplicação de atividades experimentais demonstrativas em sala de aula, na perspectiva da teoria sociocultural de Vygotsky, melhora a interação social dos alunos com o professor e dos alunos entre si, de forma a contribuir para a compreensão e construção de conceitos. Com esse propósito, analisamos os tipos de discursos utilizados em torno das atividades, e a forma como os alunos organizaram suas argumentações. Alunos e uma professora do segundo ano do Ensino Médio de uma Escola Estadual compuseram o universo desse estudo. Adotamos uma pesquisa de natureza qualitativa, tendo como instrumento de investigação, a observação livre no ambiente de sala de aula e uma entrevista semi-estruturada com a professora. Para facilitar a transcrição dos diálogos ocorridos em sala de aula, utilizamos gravações em áudio e vídeo.

Palavras chave: Atividades experimentais; Interações discursivas; Ensino de Física.

## 1. Introdução

Incorporada à cultura e integrada como instrumento tecnológico, a Física enquanto ciência que estuda a natureza tem na atividade experimental uma forte aliada no processo educacional. Mas, apesar da inegável relevância dessas atividades, integradas ao ensino de Física, muito se tem questionado sobre a forma e os meios como elas são empregadas, bem como, sobre o papel que desempenham na sala de aula. Autores como: Coelho, Nunes e Wiehe (2008), Laburú, Barros e Kanbach (2007), Borges (2002) e Alves Filho (2000), destacam em suas pesquisas a importância desse recurso como desencadeador de motivação e impulsionador da aprendizagem de conteúdos para níveis mais significativos.

O número de pesquisas que procuram identificar aspectos importantes dos processos interativos por professores e alunos, sobretudo, o modo como organizam suas falas a partir da interpretação que fazem do discurso do outro, mediados pela

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20 a 25 de janeiro de 2013

utilização de atividades experimentais aumentou nos últimos anos. Os trabalhos de Aguiar & Mortimer (2005), Monteiro & Teixeira (2004), Gaspar, Monteiro I.C.C. e Monteiro M.M.A. (2004), Mortimer & Scott (2002), são exemplos disso.

Esta pesquisa teve como principal objetivo investigar se a estratégia de ensino baseada na aplicação de atividades experimentais de demonstração em sala de aula, na perspectiva interacionista da teoria de Vygotsky, torna possível a interação social dos alunos com o professor e dos alunos entre si, de forma a contribuir para a construção do conhecimento e ressignificação do processo de ensino e aprendizagem.

Como diferentes tipos de discurso construídos em torno das atividades experimentais de demonstração em sala de aula de Física proporcionam a interação social de forma a efetivar o processo de construção de significados, pelos alunos? As interações discursivas possibilitam ou não o desenvolvimento da Zona de Desenvolvimento Proximal (ZDP)? Com esta perspectiva, adotamos uma pesquisa 1 de natureza qualitativa, do tipo Estudo de Caso e, para identificarmos as formas como a professora e alunos interagem em sala de aula, o modo como formulam suas perguntas e respostas, como expressam suas ideias, utilizamos a ferramenta analítica proposta por Mortimer e Scott (2002). O trabalho está estruturado de modo que na segunda seção apresentamos uma discussão sobre as atividades experimentais no ensino de Física. Na terceira seção discutimos a metodologia da pesquisa e das intervenções. Na quarta seção, foi disponibilizada a análise e interpretação do episódio. Na quinta seção, temos às considerações finais, o que compreende uma discussão sobre as implicações dos resultados obtidos e as perspectivas futuras desse trabalho de pesquisa.

## 2. O ensino de Física e as atividades experimentais

As divergências sobre a natureza da ciência proporcionam diferentes interpretações e estilos de se conduzir as atividades experimentais. O modo e os meios como elas são aplicadas, o papel que desempenham na sala de aula, continua presente nos debates sobre o ensino de ciências.

Essas discussões se intensificaram a partir da segunda metade do século XX. Enquanto, filósofos e epistemólogos, ao questionarem a natureza do conhecimento humano, permitiram uma melhor compreensão da relação entre teoria - experimento - realidade, os cientistas desenvolviam projetos como o Physical Science Study Commitee (PSSC) e o Harvard Physics Project, nos EUA, Nuffield, na Inglaterra, e o Projeto de Ensino de Física (PEF), no Brasil, que tinham como ideia básica levar os alunos a reproduzir a prática do cientista profissional, guiados por uma visão rígida e tradicional do método científico. Visava proporcionar meios mais incentivadores e eficazes para as demonstrações e as verificações até então mostradas apenas nos livros-texto ou nas explicações do professor.

A partir da década de 1970, a teoria de ensino e aprendizagem que imperava, a instrução programada, proposta por Skinner, foi questionada. Novas teorias de aprendizagem, denominadas construtivistas, apontaram para a valorização dos processos mentais proporcionando mudanças no âmbito social, político e cultural.

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As inovações ocorridas contribuíram para uma multiplicidade de tendências e modalidades do laboratório didático de ciências. Na concepção construtivista funciona como instrumento de mediação entre as ideias prévias e a concepção de ciência manifestada pelos estudantes e a nova concepção de ciência. Na concepção empirista, tem a função de ensinar o método experimental, incorporado por muitos professores de Física, que nas suas formações, baseadas na racionalidade técnica, foram instigados a trabalhar, atividades experimentais voltadas para exploração de situações com respostas pré-definidas e 'verdades' inquestionáveis.

Conforme Gil Perez et al. (1999), essa última concepção é equivocada, pois nada tem a ver com a atividade científica que requer levantamento de hipótese e, sobretudo, criatividade. Segundo ele, inibe o desenvolvimento de práticas pedagógicas inovadoras, como as que envolvem uma completa integração entre a aula experimental, aula conceitual e a aula de resolução de problemas em um único processo de construção de conhecimentos científicos.

Em um estudo que realizaram Coelho, Nunes e Wiehe (2008) constataram que, a falta de clareza sobre a função do experimento, devido às limitações na formação acadêmica do professor e de apoio material contribuem para a ausência ou realização não sistemática de atividades experimentais nas aulas de Física no ensino fundamental e médio. Resultados semelhantes já tinham sido verificados por Abib e Araújo (2003) que enfatizaram a necessidade de realização de novos estudos no intuito de melhorar as articulações e propiciar um aprofundamento das discussões dessa temática.

Laburú, Barros e Kanbach (2007) em sua pesquisa, verificaram que, no entendimento de muitos professores de Física, a não inserção ou o insucesso das atividades experimentais no ensino médio ocorre devido à má formação do docente, à falta de recursos materiais e de infraestrutura, etc. Segundo os autores, 'pensar assim é pensar de forma incompleta e limitada, já que é possível constatar que há professores que alcançam sucesso nesse empreendimento em semelhantes condições' (LABURÚ, BARROS E KANBACH, 2007, p.308).

Segundo Borges (2002), não é necessário um ambiente especial reservado para a execução de atividades práticas experimentais, com mesas e instrumentos, mas que haja a atividade prática como uma atividade reflexiva em que os estudantes explicitem suas ideais e expectativas, e discutam o significado de suas observações e interpretações.

Gaspar, Monteiro I.C.C. e Monteiro M.M.A., (2004) em seu trabalho de pesquisa constataram que, as atividades experimentais de demonstração podem ser um instrumento didático eficiente e viável para causar o desencadeamento de interações sociais em sala de aula, desde que o aluno seja instigado a ampliar suas possibilidades de compreensão conceitual do tema estudado, ao questionar, formar hipóteses, expor suas ideias e expectativas em relação à atividade. Para isso, segundo os autores, é fundamental que o professor adéque a linguagem, incorpore em sua fala diferentes formas discursivas que, aliadas com as indicações do referencial teórico de Vygotsky, podem fornecer orientações importantes para o aproveitamento dessas atividades.

## 3. Metodologia

Para uma melhor compreensão sobre essa estratégia de ensino, analisamos o trabalho de uma professora que normalmente realiza, juntamente com os alunos, atividades experimentais de demonstração no decorrer de aulas expositivas. Segundo ela, é uma forma de aprimorar a qualidade discursiva produzida em sala de

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aula e de criar condições para a construção de conhecimentos procedimentais e atitudinais. Examinamos uma turma de 2ª série do Ensino Médio de uma escola estadual da cidade de Serra Branca-PB. Segundo a professora, é uma turma que a maioria dos alunos se mostra desinteressada quando a aula é apenas teórica.

Observamos uma sequência de ensino de dezoito aulas, constituída por atividades diversificadas (trabalhos em grupo, aula expositiva, discussão de textos e realização de atividades experimentais) referentes à unidade 'calor', composta por dois capítulos, 'Mudanças de fase' e 'Leis da termodinâmica'. A coleta de dados ocorreu por meio de observações diretas com registros escritos em 'diário de campo' e acompanhamento sistemático com gravações em áudio e vídeo, além de uma entrevista com a professora. Colocamos a câmera de vídeo ao lado do quadro de giz. Nossa intenção foi focalizar melhor os alunos, distribuídos em carteiras em semicírculo, o que implica numa boa visibilidade para as demonstrações, de frente.

Obedecemos a uma estratégia de investigação de natureza qualitativa, Estudo de Caso. 'Pesquisa que se concentra no estudo de um caso particular, considerado representativo de um conjunto de casos análogos, por ele significativamente representativo' (SEVERINO, 2008, p.121).

Para verificarmos como diferentes tipos de discurso construídos em torno das atividades experimentais de demonstração em sala de aula de Física proporcionam a interação social de forma a efetivar o processo de construção de significados, pelos alunos e se, as interações discursivas possibilitam ou não o desenvolvimento da ZDP, adotamos as ideias defendidas por Vygotsky e utilizamos aspectos da ferramenta analítica proposta por Mortimer e Scott (2002). Trata-se de um instrumento analítico voltado para investigar o processo pelo qual os significados são construídos e desenvolvidos no contexto social da sala de aula de ciências, com a utilização da linguagem, interação e mediação.

Fundamentados na teoria sócio-histórica de Vygotsky, que aborda o conceito de ZDP, no intuito de 'mostrar a ação do outro como ajuda, guia, compartilhamento, andaime, etc' (AGUIAR; MORTIMER, 2005, p.181) e defende que o desenvolvimento psicológico envolve uma passagem do contexto social (relação interpessoal) para o contexto individual (relação intrapessoal), Mortimer e Scott (2002) indicam, nessa ferramenta, cinco aspectos inter-relacionados (intenções do professor, padrões de interação, conteúdo do discurso, abordagem comunicativa e intervenções do professor).

Neste trabalho, analisamos de forma mais detalhada as intenções do professor (apresentando um problema; explorando a visão dos estudantes; introduzindo e desenvolvendo a 'estória científica'; guiando os estudantes no trabalho com as ideias científicas e dando suporte às internalizações; guiando os estudantes na aplicação das ideias científicas, transferindo-lhes progressivamente o controle e responsabilidade por seu uso e mantendo e desenvolvendo a 'estória científica'), a bordagem comunicativa (discurso interativo/dialógico, nãointerativo/dialógico, interativo/de autoridade, não-interativo/de autoridade) e as intervenções do professor (dando forma aos significados; selecionando significados; marcando significados-chave; compartilhando significados; checando o entendimento dos estudantes; revendo o progresso da 'estória científica').

A escolha pelos episódios a seguir foi feita com base em nosso objetivo de pesquisa.

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## 4. Análise e interpretação do episódio

Esse episódio ocorreu após a professora realizar a demonstração de um experimento que tinha como objetivo mostrar que a temperatura de ebulição da água depende também da pressão. Ela coletou, com uma seringa comum de injeção, água quente, tampou o bico da seringa com o dedo para impedir a entrada de ar e, ao puxar o êmbolo até a extremidade da seringa, procurou mostrar para os alunos, passando de carteira em carteira, que a água entrou em ebulição. Conforme o conhecimento científico acontece uma redução na pressão dentro da seringa ocasionando uma redução na temperatura de ebulição da água.

## 1ª Parte: Interpretando a ebulição da água a uma temperatura inferior a 100ºC.

- 1. Professora: Vamos ver se vocês entenderam quais foram os procedimentos. Quais foram?
- 2. Marta: Esquentou água, não ferveu não. Colocou dentro da seringa e puxou com o dedo.
- 3. Paloma: Aí aumentou a pressão e a água entrou em ebulição.
- 4. Professora: Foi isso mesmo que aconteceu?
- 5. Alunos: Foi.
- 6. Professora: O que isso tem haver com que nós estamos estudando? [a professora dá um tempo e os alunos discutem entre si]
- 7. Paloma: Quando tampou a panela a água entrou em ebulição. [referindo-se aos textos anteriormente trabalhados]
- 8. Professora: E na experiência o que foi que eu fiz?
- 9. Paloma: Quando puxou assim [gesticulando com as mãos]. Num aumentou a pressão? Daí a temperatura de ebulição também aumentou.
- 10. Professora: Foi isso?
- 11. Luiz: Quando a pressão diminuiu, aí o ponto de ebulição da água diminuiu também. Por isso a água entrou em ebulição dentro da seringa.
- 12. Professora: Luiz acha que quando eu fiz isso ó, diminuiu a pressão. [refaz a experiência] O que aconteceu com a temperatura?

[o debate sobre o que ocasionou a ebulição da água continuou até o turno 29]

Para identificar os sentidos, que transitam em sala de aula, o professor deve dar oportunidades aos alunos e estar atento as suas manifestações. Nesse sentido, a professora buscou encaminhá-los ao objetivo da atividade. Instigou-os a descreverem os procedimentos do experimento, turno 1 e a externarem suas ideias, turnos 4, 6, 8, 10 e 12. Apoiados em referencias empíricos, os alunos tornaram isto evidente nos turnos 2, 5, 9 e 11.

Apesar de Paloma, turno 3, e alguns colegas, turno 5, não terem conseguido responder satisfatoriamente o que ocasionou a ebulição da água, seus enunciados contribuíram com o fornecimento feedback para a professora, permitindo que esta 'ajuste sua estrutura explicativa aos interesses, experiências e conhecimentos prévios dos alunos' (AGUIAR, MORTIMER e SCOTT, 2006, p.12).

Observamos que a professora, utilizando uma abordagem comunicativa interativa e predominantemente dialógica, acolhe as ideias dos alunos e desencadeia outras perguntas. Os turnos 6, 8 e 12, são exemplos disso.

A atitude da professora, ao elucidar as questões levantadas pelos alunos e as devolver em forma de pergunta, para serem analisadas pelos demais colegas, torna evidente que sua intenção é criar condições para que eles continuem participando

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das discussões, posicionem-se de forma crítica e autônoma ao desenvolverem a capacidade de pensar, problematizar e levantar hipóteses. Conforme os princípios vygotskyanos, isso contribuiu para que sejam identificados os níveis de desenvolvimento real e potencial do aluno, e assim guiá-lo ao seu nível máximo de desenvolvimento cognitivo.

## 2ª Parte: Extrapolando as descrições do experimento

Nessa segunda parte do episódio, constatamos uma mudança na postura dos alunos, pois tiveram a iniciativa de extrapolar as descrições do experimento. Acreditamos que isso tenha sido motivado pela forma como foi inserida a atividade prática, mencionada anteriormente. Com um objetivo claro e definido, ela proporcionou um envolvimento intelectual e emocional dos alunos na busca pela explicação para o fenômeno.

- 30. Laura: Isso acontece com a água 'fria'? [a pergunta tem um tom de admiração]
- 31. Professora: Será que acontece com a água fria? O que vocês acham? Quem quer vir fazer? [alunos discutem o problema]
- 32. Laura: Deixa eu fazer aqui!
- 33. Professora: Laura está curiosa pra saber se ocorre com água fria ou não. [a professora dirige-se a Laura e entrega a seringa com água à temperatura ambiente]
- 34. Laura: Não. Não ferveu! [após realizar a experiência sob a expectativa do restante da turma]
- 35. Alunos: Risos. [muita conversa entre os alunos sobre o assunto]
- 36. Professora: O que isso indica pessoal?
- 37. Sara: Que a água tem que estar a certa temperatura para surgir as bolhinhas.
- 38. Paloma: Se não tem a influência do calor, quando diminuiu a pressão a temperatura continuou a mesma.
- 39. Professora: Quer dizer que a água neste estado natural não tem influência do calor?
- 40. Paloma: Ela tem calor específico. Mais eu acho que o calor não aumenta.
- 41. Nilton: Ela pode ter aumentado a temperatura, mas não é o suficiente para ela entrar em ebulição.
- 42. Professora: Alguém mais observou alguma coisa ou quer vir fazer o tira teima?

Após Laura realizar uma generalização empírica, extrapolando a descrição do experimento, turno 30, a professora compartilha a indagação com o restante da turma. Aproveita a oportunidade para sugerir que Laura realize a atividade, turno 31. O que motivou a aluna, a encontrar respostas a partir da própria ação, turno 34, sob o olhar atento dos colegas. Para que o conhecimento científico seja significativo para o aluno, é preciso que ele possa ser utilizado na compreensão da realidade.

A atitude da professora, no turno 36, ocorreu no sentido de enfatizar que, somente em condições especiais a água entra em ebulição sem alterar a temperatura. Ficou evidente na conclusão de Sara, turno 37. Inferimos que, a aplicação de atividades experimentais poderá contribuir para que os alunos despertem para a 'veracidade' da prática e as limitações do instrumento. Bem como para que eles elaborem hipóteses, submeta-as a avaliação, organizem os resultados conseguidos, reflita sobre o significado de resultados previstos e, principalmente, o dos imprevistos e usem as conclusões para a construção do conceito pretendido.

Baseados na descrição empírica do fenômeno, nos turnos 37, 38, 40 e 41, os alunos se revezam buscando explicações para o mesmo. O que torna evidente a importância de instigar o aluno a questionar e resolver problemas em cooperação

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com seus pares. Também confirma o potencial das atividades experimentais demonstrativas como estratégia de ensino que proporciona interesse, engajamento e desenvolvimento da capacidade de reflexão dos alunos.

No turno 42, fica claro que um dos propósitos da professora, ao recorrer as atividades experimentais demonstrativas, como estratégia de ensino, é fazer com que os alunos coloquem em prática suas ideias. Tornam-se aqui relevantes as palavras de Coelho, Nunes e Wiehe (2008, p.18) ao afirmarem que:

A própria ação é, então, fonte de conhecimento. Ao realizar os experimentos e fazê-los funcionar, o conhecimento é aplicado numa situação real, favorecendo uma contextualização dos conceitos e uma efetiva aprendizagem. Essas situações permitem que se estabeleça uma relação entre o mundo simbólico e conceitual e o referencial empírico, sinalizando como o experimento pode ser importante na construção do conhecimento.

Numa abordagem comunicativa interativa e dialógica as intenções da professora, estão no sentido de dar apoio aos alunos para que eles, ao extrapolarem as descrições do experimento, testem possibilidades e produzam significados individuais. A perspectiva é de que eles avancem na explicação sobre o fenômeno. Nesse sentido, ela realizou intervenções no intuito de identificar os significados que eles possuem de situações específicas durante a atividade. O que possibilita observar melhor o movimento que as funções psíquicas superiores (processos voluntários, ações conscientes, mecanismos intencionais) estão realizando e identificar como orientá-lo para que a aprendizagem seja internalizada (VYGOTSKY, 2008).

Os turnos da fala, analisados no episódio acima, permitem-nos inferir que, a professora concedeu aos alunos a oportunidade de participar de forma ativa e efetiva no desenvolvimento de atividades experimentais demonstrativas, mediante o diálogo e o estímulo ao desafio. O que favoreceu a aprendizagem conceitual, o desenvolvimento de ZDPs e da autonomia de pensamento, por parte deles. A preocupação da professora, em explorar as ideias dos alunos, contribuiu para dar forma aos significados e, também provocar as (re) elaborações dos significados construídos por eles, em torno das atividades experimentais demonstrativas. O que nos remete ao pensamento de Vygotsky (2008) ao destacar que a aprendizagem se dá pelas interações em que um parceiro mais capaz, com relação às práticas e ferramentas intelectuais, colabore e oriente essa aprendizagem.

## 5. Considerações finais

Pelas discussões pudemos inferir que as atividades experimentais de demonstração em sala de aula, na perspectiva da teoria sociocultural de Vygotsky, promovem interações aluno-aluno e aluno-professor que favorecem a construção do conhecimento e viabilizam a ressignificação do processo de ensino e aprendizagem.

Para isso a professora, procurou focar seu trabalho numa atividade investigativa que permitiu aos alunos expressarem seus significados, o levantamento de hipóteses, de discussões e testes acerca da mesma. O que favoreceu o desenvolvimento de ZDPs e contribuiu para que os alunos estabelecessem relações entre o mundo real e o mundo dos conceitos e símbolos.

Esperamos que este trabalho possa ser interessante para motivar pesquisas com objetivos semelhantes em outras disciplinas.

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## Referências Bibliográficas

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