UMA PROPOSTA PARA O ENSINO DE HIDROSTÁTICA ATRAVÉS DE ATIVIDADES INVESTIGATIVAS COM ENFOQUE C-T-S

## UMA PROPOSTA PARA O ENSINO DE HIDROSTÁTICA ATRAVÉS DE ATIVIDADES INVESTIGATIVAS COM ENFOQUE C-T-S

## Vitor Cossich de Holanda Sales , Deise Miranda Vianna 1 2

1 Colégio Pedro II / UFRJ - Instituto de Física, vcossich@yahoo.com 2 UFRJ - Instituto de Física, deisemv@if.ufrj.br

## Resumo

Neste estudo é proposta uma sequência de atividades investigativas para se trabalhar o conteúdo de Hidrostática no Ensino Médio (EM), com enfoque em CiênciaTecnologia-Sociedade (C-T-S). Atividades Investigativas, assim como o enfoque C-T-S, são objetos de pesquisa em ensino de Física e estão em consonância com as últimas propostas dos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) para o ensino de Ciências no EM. Ao longo do estudo são discutidos os referenciais teóricos adotados; são apresentados os temas que compõem o estudo da Hidrostática no EM; é feita uma descrição detalhada de cada atividade proposta; são apresentados dados e registros fotográficos obtidos a partir da aplicação de tais atividades em escola federal de Ensino Médio do Rio de Janeiro, com consequente análise; e por fim, são apresentadas as considerações finais. Os resultados obtidos se mostraram bastante animadores, uma vez que, estima-se, Atividades Investigativas contribuem para um aprendizado mais efetivo para o aluno; o enfoque C-T-S também atua nesse sentido, haja vista que se trabalha Ciência de uma maneira mais próxima da realidade do aluno, utilizando situações reais.

Ensino de Física, Hidrostática, Atividades Investigativas, C-

Palavras-chave : T-S

## Introdução

- O Ensino de Física é questionado há bastante tempo no que diz respeito à sua importância para a formação do cidadão, bem como à sua eficácia com relação a capacitar os alunos para realizar um exame de conclusão do Ensino Médio, ingresso em universidade etc. ou compreender Ciência. Uma pergunta bastante comum sobre este tema é: 'para quê ensinar Física?'.

Devido à maneira como o ensino é conduzido no Brasil há algumas décadas, determinadas matérias são transmitidas de maneira não adequada, sem uma análise mais profunda dos conceitos envolvidos (MOREIRA, 1988). É fácil encontrar na internet vídeos de maneiras fáceis de aprender Física, através de músicas que nada mais são do que truques para decorar fórmulas.

Como consequências imediatas deste fato podemos citar a impressão equivocada sobre Ciência, o ensino ou a aprendizagem de conceitos errados, o preconceito em relação à Ciência, entre tantos outros problemas (PENA e RIBEIRO FILHO, 2009).

Assim a pergunta que nos resta é: como proporcionar um ensino de Ciências mais eficiente, no que diz respeito ao aprendizado de conteúdos e o desenvolvimento de um cidadão capaz de interagir com a sociedade em que vive, compreendendo os avanços tecnológicos e utilizando a Ciência de forma consciente e correta?

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20 a 25 de janeiro de 2013

Com o objetivo de apresentar uma alternativa para o Ensino de Física, através do trabalho de dissertação de mestrado 'Uma proposta para o ensino de Hidrostática através de Atividades Investigativas com enfoque C-T-S' é desenvolvida uma abordagem investigativa para trabalhar os principais conceitos de Hidrostática, bem como algumas de suas aplicações, com enfoque em Ciência-TecnologiaSociedade (C-T-S).

É apresentada neste trabalho a aplicação das atividades no Colégio Pedro II Unidade Escolar São Cristovão III, no ano de 2011. Alguns resultados também são apresentados e discutidos com base no referencial teórico, assim como registros fotográficos e falas dos alunos transcritas, a partir de gravação de áudio feita durante a realização das atividades, a fim de avaliar a viabilidade e eficácia desta proposta.

## Referenciais Teóricos

Este trabalho foi desenvolvido tendo como bases Enfoque C-T-S, Atividades Investigativas e Argumentação.

## Ciência, Tecnologia e Sociedade (C-T-S)

- O enfoque C-T-S é uma das linhas de pesquisa em ensino de Ciências que busca conduzir o aluno a uma postura mais ativa no processo de evolução científica, isto é, que busca entender os avanços e discuti-los com seus pares, em vez de aceitá-los passivamente.

Como introduzir um assunto sobre Ciência e a Tecnologia desenvolvida pela sociedade na sala de aula? Existem diferentes abordagens, que podem começar com um texto de História da Ciência, vídeo, experiência, imprensa etc., mas que apresente uma situação que mostre uma necessidade da sociedade gerando avanço científico e tecnológico em prol da própria sociedade.

- O enfoque C-T-S reivindica que as decisões em relação à ciência e à tecnologia sejam colocadas em um plano mais democrático, onde mais atores sociais participem. Além disso, a proposta educacional metodológica é de deslocarse o foco principal do conteúdo para uma abordagem que dê ao estudante certa autonomia para se posicionar frente aos conflitos sociais que virão a seguir, quando das diferentes aplicações científico-tecnológicas. (PENHA et al. , 2009)

## Atividades Investigativas

Atividades Investigativas constituem uma das variantes da pesquisa em Ensino de Física. Trata-se de formas de trabalho em sala de aula nas quais o professor e os alunos mudam seus papéis. Nestas atividades, os alunos trabalham em grupos, tentando solucionar um problema, que pode ser apresentado na forma de uma atividade experimental ou até com lápis e papel. Seu objetivo é levar os alunos a pensar, debater, justificar suas ideias e aplicar seus conhecimentos em situações novas, usando conhecimentos teóricos e matemáticos. O professor assume a tarefa de escutar os alunos e orientá-los em suas tentativas, estimulando o trabalho em equipe e o uso da linguagem científica (WILSEK e TOSIN, 2009).

Neste trabalho foram apresentadas atividades aos alunos, utilizando a proposta feita de Laboratório Aberto (CARRASCO, 1991). Nesta variante, o professor e seus

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alunos trabalham com investigações experimentais pelas quais se pretende resolver algum problema.

## Argumentação

Uma forma de analisar a discussão dos alunos após a realização da atividade proposta é utilizar o Padrão de Argumento de Toulmin (CARVALHO e CAPPECHI, 2004), que constitui uma ferramenta poderosa para a compreensão do desenvolvimento do pensamento científico do aluno.

De acordo com o modelo de Toulmin o professor verifica se o aluno, a partir de um dado (D), apresenta uma justificativa (W) calcada em um conhecimento básico (B), podendo acrescentar um qualificador modal (Q), isto é, especificações das condições necessárias para que a dada justificativa seja válida. Assim, ele pode chegar a uma conclusão (C) acerca do fenômeno ou apresentar uma refutação (R) da justificativa, que especifica as condições em que ela não seja válida. Da mesma maneira, algum colega pode apresentar outros argumentos e refutar o que foi proposto anteriormente.

## As atividades

## Primeira atividade: Pressão

Com este trabalho espera-se levar o estudante à compreensão acerca de alguns fenômenos sobre equilíbrio de corpos nos líquidos (por exemplo: um navio no mar ou um mergulhador submerso - quais os fenômenos envolvidos e como se relacionam), assim como a utilização destes fenômenos, aprofundando o conhecimento sobre o desenvolvimento da Hidrostática ao longo da história.

Espera-se, também, que o aluno perceba as diversas aplicações dos conceitos trabalhados em sua vida cotidiana, a importância da Hidrostática para a sociedade e para os avanços tecnológicos.

- O desenvolvimento das atividades foi montado com base na sequência proposta nos principais livros didáticos utilizados no Ensino Médio. Estas atividades pertencem ao nível 3 (não são fornecidas aos alunos informações, procedimentos, nem conclusões a serem atingidas) das categorias propostas por AIKENHEAD (1994), para o ensino de Ciências com enfoque Ciência-Tecnologia-Sociedade (C-TS).

Serão desenvolvidos alguns temas, divididos em etapas, a fim de se trabalhar os conceitos necessários à realização das atividades que, nesse sentido, demandam entre quatro e seis tempos de aula.

Tais etapas são importantes para ajudar os alunos a começar o processo de discussão das ideias, levantar as variáveis relevantes, fazer hipóteses. São elas:

- I. Em primeiro lugar, o professor pedirá aos alunos que segurem um lápis apoiando o polegar na parte de trás e o mínimo na ponta, apertando suavemente. A partir das perguntas 'Em qual dedo sentimos mais dor? Por quê?' o professor utilizará as respostas dos alunos para construir o conceito de Pressão (força por unidade de área).

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- II. Numa segunda etapa, será aplicado o conceito de Pressão aos gases. Utilizando a seringa com o êmbolo na marcação 'zero', isto é, no início, o professor perguntará à turma o que acontecerá se ele tampar a saída da seringa e puxar o êmbolo, soltando-o em seguida, e por quê. Após as respostas, fará a mesma pergunta para o caso contrário, ou seja, o que ocorrerá se, com o êmbolo na última marcação da seringa, isto é, no fim, ele empurrar o êmbolo.
- III. Em seguida será resgatado com a turma o conceito de densidade, através da mistura de determinada quantidade de água com outra de óleo. O objetivo desta fase é escutar dos alunos que o óleo permanece acima da água por ser menos denso que esta. Esta etapa é puramente demonstrativa, sendo realizada, portanto, pelo professor.
- IV. Na quarta etapa, o professor irá colocar água num copo e sugar o líquido através de um canudo até que a turma possa vê-lo através do canudo. Perguntará à turma, então, como se dá o processo de sucção do líquido, isto é, como acontece e a que se deve a subida do líquido através do canudo. Diante das respostas o professor irá mediar as argumentações dos alunos, questionando sempre o porquê do fenômeno, sem, no entanto, dar nenhuma resposta ou 'dica' (LOCATELLI e CARVALHO, 2005).
- A fim de melhorar a discussão e os argumentos, o professor irá mostrar canudos diferenciados, por tamanho e largura, questionando sempre a turma se a mudança de canudo provocará alguma diferença na sucção do líquido.
- V. Na quinta e última etapa o professor colocará água, em um copo e, em outro, óleo. Com um canudo em cada copo, ele irá sugar (sem beber) ao mesmo tempo, água e óleo. Porém antes de fazê-lo, perguntará à turma se os líquidos atingirão a mesma altura e aguardará as respostas, como sempre, incentivando a discussão e a defesa de idéias, tentando construir uma explicação para o fenômeno a partir das suposições dos alunos.

Neste ponto da atividade já se espera ter surgido a ideia sobre a influência do ar atmosférico e a relação entre Pressão e Volume ocupado por um gás, e os alunos já podem partir para o primeiro desafio, de beber um leite de caixinha através do canudo sem sugá-lo.

- Ao fim da atividade serão passadas algumas perguntas relacionadas ao tema:
- 9 Por que uma pessoa consegue andar melhor na neve colocando abaixo de seus pés uma raquete?
- 9 Qual seria a agulha indicada para uma injeção, a fim de não sentirmos dor: uma fina ou uma grossa? Explique.
- 9 Por que uma pessoa não se machuca quando deita numa cama de pregos?
- 9 Por que um churrasqueiro, para cortar mais facilmente um pedaço de carne, precisa afiar a faca?
- 9 Se tamparmos um copo cheio de água com um pedaço de papel e, em seguida, virarmos o copo de cabeça para baixo, o papel não cai e o líquido permanece confinado no copo. Como isto é possível?

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- 9 Com relação à pergunta anterior, o tamanho do copo faz diferença? Justifique.
- 9 Ainda com relação à mesma pergunta, o tipo de papel faz diferença? Justifique.

Estas perguntas deverão ser respondidas em papel, individualmente, a fim de serem analisadas em caráter avaliativo relativo ao conhecimento adquirido com a atividade.

Dois desafios serão lançados na sequência aos alunos:

- 9 Beber um leite de caixinha através do canudo sem, no entanto, sugar o líquido através dele;
- 9 Beber um líquido utilizando dois canudos, um dentro e um fora do copo (ou utilizando um canudo furado).

Será informado aos alunos que a solução do desafio deverá acompanhar a respectiva explicação. Uma vez que estes desafios não configuram um problema fechado, espera-se estimular a curiosidade científica dos alunos e incentivá-los na busca por explicações coerentes com o fenômeno observado e que contenham a linguagem adequada.

## Segunda atividade: Pressão

Esta atividade também se inicia com dois desafios lançados à turma:

- 9 Equilibrar o ludião, explicando o fenômeno
- 9 Explicar o funcionamento básico de um submarino, isto é, como é possível variar sua profundidade

Para tal, serão desenvolvidos alguns temas e, nesse sentido, a atividade demanda entre três e quatro tempos de aula.

As etapas a serem realizadas são:

- I. Inicialmente o professor faz duas perguntas à turma, para que discutam em grupos:
- 9 O que faz com que barcos, mesmo os mais pesados, em boas condições, não afundem?
- 9 Como é possível um submarino viajar a qualquer profundidade? Como o piloto pode regular a profundidade do submarino?

Para ilustrar a situação o professor apresentará o ludião à turma, lançando o desafio: manter o ludião equilibrado a meia altura, explicando o fenômeno.

- II. Numa segunda etapa, o professor apresenta oralmente o problema de Arquimedes e a coroa, contando o desafio que, segundo a História, foi lançado a Arquimedes. Os alunos, dentro de seus grupos, receberão a incumbência de bolar uma solução para o problema. Para a discussão o professor separa em torno de 15 minutos e passeia entre os grupos, escutando as discussões. Cada grupo, ao final, deverá apresentar sua solução, em uma descrição sucinta, em que justifiquem o procedimento a ser tomado, fundamentados em conceitos físicos adequados e apresentando claramente quais são as variáveis envolvidas.

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- III. Uma vez eleita a melhor solução, na terceira etapa do processo, o professor passa o vídeo 'Flutuação Dos Corpos', do Laboratório Didático do Instituto de Física da UFRJ - LADIF para a turma. Neste vídeo, o fenômeno abordado nesta atividade é investigado através de experimentos sistematizados, em que se analisam as variáveis envolvidas. Para melhor aproveitamento do vídeo, em momentos específicos o professor pode interromper a apresentação para escutar da turma suas hipóteses para as indagações feitas no vídeo. As perguntas propostas em cada pausa e possíveis respostas dos alunos serão discutidas mais adiante, no item III em Questões Esperadas . O vídeo não será apresentado integralmente, e sim, interrompido aos 11min08s, evitando passar a conclusão, deixando-a para os alunos.
- IV. Na última etapa, o professor retoma o problema de Arquimedes, entregando aos grupos o texto, citado anteriormente, de MARTINS (2000) para ser lido pelos grupos.

Após a leitura do texto, o professor retoma o problema do ludião, solicitando de cada grupo, a realização do desafio e a respectiva explicação.

- V. Por último, cada grupo deverá produzir uma pequena redação explicando o funcionamento do submarino.

## Aplicando as Atividades - Uma Análise Preliminar

Figura 01: Introdução às atividades

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- A primeira aplicação do trabalho foi desenvolvida no Colégio Pedro II, com alunos do segundo ano do Ensino Médio Integrado, com formação técnica em Meio Ambiente, do ano de 2011. Foi escolhida esta turma devido ao número reduzido de alunos (aproximadamente 20) em relação às outras (aproximadamente 30). Além disto, a turma já havia estudado os conteúdos necessários à realização das atividades.

Devido à organização curricular da turma e por questões de horário da sala disponível, houve relativa dificuldade para agendar as atividades, que foram

realizadas no contraturno, em dias diferentes, separadas de acordo com a ordem em que são apresentadas neste trabalho: no primeiro dia, a sequência sobre Pressão e no segundo, sobre Empuxo; para tanto, a turma foi dividida em quatro grupos. Cada grupo ficou com um gravador de som (mp3) e foram realizados registros fotográficos bem como vídeos das atividades.

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Figura 02: Alunos realizando a primeira atividade

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Para cada atividade, um grupo somente foi analisado. Por outro lado, ao serem feitas perguntas à turma algum aluno de outro grupo realizava eventualmente alguma contribuição que, uma vez julgada interessante, foi também incorporada à discussão. Os nomes dos alunos foram alterados com a finalidade de preservar sua identidade.

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A análise da atividade foi realizada a partir das gravações de som. Os registros fotográficos, bem como os vídeos, ajudaram na identificação das vozes dos alunos. Na argumentação dos alunos pode-se perceber o padrão de Toulmin de maneira bastante clara, mostrando que diversos conceitos foram aplicados adequadamente, e que a atividade atingiu seu objetivo, conforme pode ser visto através das figuras 03 e 04.

Figura 03: Argumentação I sobre o ludião

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Figura 04: Argumentação II sobre o ludião

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## Considerações Finais

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Figura 04: Grupos discutindo sobre o ludião

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A realização do pré-teste se mostrou bastante positiva. Vários alunos demonstraram muito interesse durante a realização das atividades e, ao fim de cada sequência, muitos fizeram comentários como 'professor, foi muito legal, tinha que ser sempre assim!'. Tal fato

torna-se ainda mais eloquente quando lembramos que estas atividades foram

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agendadas em contra-turno, no final do ano letivo, sem que fosse atribuída qualquer pontuação na média. E, mesmo acontecendo em dias diferentes, a presença dos alunos foi expressiva.

Pode-se perceber, também, que a participação do professor em algumas situações é imprescindível. Passear pelos grupos foi fundamental na ajuda a bolar perguntas que ajudariam o grupo a evoluir, sem dar a solução para determinados impasses. Dessa forma, fica ainda mais clara a ideia de que a turma não pode ser muito grande, pois isso demandaria muitos grupos (ou grupos muito grandes), o que dispersaria minha atenção (ou a do grupo).

Particularmente, sobre o conteúdo trabalhado, foi possível perceber durante as gravações o cuidado dos alunos em utilizar adequadamente os conceitos físicos em cada situação, assim como seu crescimento dentro de cada atividade. Conhecimentos prévios e os formulados durante a atividade apareciam constantemente através de afirmações, refutações ou mesmo na forma de uma correção que determinado aluno fazia com relação à fala de outro. O mesmo foi percebido nos desenhos por eles produzidos e nas respostas às perguntas propostas ao longo ou ao fim de cada atividade.

## Referências

AIKENHEAD, G.S., Aikenhead What is STS science teaching? In: Solomon, J., Aikenhead, G.S. STS education: international perspectives on reform. New York: Teachers College Press, p.47-59, 1994.

CARRASCO, H.J. Experimento de laboratório: un enfoque sistémico y problematizador. Revista de Ensino de Fisica, 13, 1991.

CARVALHO, A.M.P., CAPPECHI, M.C.V.M., (org) et al Ensino de Ciências: Unindo a Pesquisa e a Prática. Thomson Learning, SP, p.59-76, 2004.

LOCATELLI, R.J. e CARVALHO, A.M.P. Como os alunos explicam os fenômenos físicos, VII Congresso Enseñanza de las ciências . Número extra, 2005

MOREIRA, M.A. O professor-pesquisador como instrumento de melhoria do ensino de ciências. Em Aberto , Brasília, ano 7, n. 40, p.43-54, out./dez, 1988

MARTINS, R.A. Arquimedes e a coroa do rei: problemas históricos. Caderno Catarinense de Ensino de Física , v.17, n.2, p.115-121, 2000.

PENA, F.L.A. e RIBEIRO FILHO, A.R. Obstáculos para o uso da experimentação no ensino de Física: um estudo a partir de relatos de experiências pedagógicas brasileiras publicados em periódicos nacionais da área (1971-2006). Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências Vol. 9 No 1, 2009 .

PENHA, S.P., MORAES, R.B. e VIANNA, D.M. Uma sequência didática para estudo do Eletromagnetismo com uma abordagem CTS. XVIII Simpósio Nacional de Ensino de Física , 2009.

WILSEK, M.A.G. e TOSIN, J.A.P. Ensinar e aprender ciências no ensino fundamental com atividades investigativas através da resolução de problemas. Portal da Educação do Estado do Paraná. 2009. Disponível em: &lt;http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/pde/arquivos/16868.pdf?phpsessid=2010010708155290&gt;. Acesso em 07/01/12.

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