Elaboração de uma metodologia para o ensino de ondas sonoras no Ensino Fundamental

## Elaboração de uma metodologia para o ensino de ondas sonoras no Ensino Fundamental

## Alysson Brhian de Souza Muniz Silva , Rosa Oliveira Marins Azevedo , José 1 2 Anglada Rivera 3

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amazonas/Licenciatura em Física/alysson\_brhian@hotmail.com

## Resumo

Existem poucas publicações relacionadas ao ensino de ondas para alunos do Ensino Fundamental. Isso nos leva a pelo menos duas situações a serem analisadas: ou o que se publica em relação a esse tema ainda é muito pouco ou o foco de pesquisa nessa temática está direcionado não ao ensino de Ciências no Ensino Fundamental, mas ao ensino de Física destinada aos alunos dos Ensinos Médio e Superior. Na busca por conhecer a situação evidenciada, este trabalho percorreu um longo caminho teórico que se iniciou em saber a importância de estudar ondas sonoras no Ensino Fundamental, perpassando pelos modos de como os professores vêm desenvolvendo esse conteúdo nas aulas de Ciências, particularmente quando trabalha com alunos do nono ano. Com base nas respostas encontradas na pesquisa, foi elaborada uma metodologia para o ensino de ondas no Ensino Fundamental, procurando abranger três dimensões do processo ensinoaprendizagem em Ciências: conceitual, procedimental e atitudinal.

Palavras-chave : Ensino Fundamental. Ensino de Ondas Sonoras. Metodologia. Ensino de Ciências.

## Introdução

Qual a importância de estudar ondas sonoras no Ensino Fundamental? Essa é uma pergunta que muitos professores fazem ao tratar desse assunto. E muitas vezes desconhecem que este é um conteúdo presente nos Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 1998).

Baseado nisso, fez-se uma investigação em trabalhos publicados em revistas e periódicos nacionais para saber quais as metodologias que estavam sendo realizadas e quais as vantagens e desvantagens de cada um deles. Com isso, verificamos que existem muitas dificuldades não somente relacionadas com o conteúdo como também ao entendimento dos professores que ministram as disciplinas de Ciências. Todavia, o objetivo final deste trabalho foi apresentar uma proposta metodológica que pudesse amenizar as dificuldades encontradas nesses trabalhos.

## A importância dos estudos de ondas sonoras

Os Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 1998), no que tange ao 9º ano do Ensino Fundamental, propõem trabalhar conceitos que podem responder ao

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20 a 25 de janeiro de 2013

tema 'Como o ser humano percebe e se relaciona com o meio em que vive?', por meio das sensibilizações relacionadas ao som, das aplicações tecnológicas desenvolvidas para corrigir defeitos de surdez e da própria questão da saúde que podem ser compreendidas mediante o ensino de ondas.

- O som esta presente em qualquer situação cotidiana - comunicamo-nos por sinais sonoros, apreciamos música e vivemos envolvidos nos mais diversos ruídos. O estudo do som gerou aplicações importantes em todos os setores das atividades humanas, com ênfase nas artes e na tecnologia (SILVA E AGUIAR, 2011).

Relacionado ao ensino de ondas, uma ciência específica se insere mais fortemente no 9º ano do Ensino Fundamental, a Física, pois

- [...] são próprias da Física as investigações das formas de energia e sua intensidade, que chegam aos órgãos externos para sensibilizá-los, dos tipos de ondas de energia (mecânica e eletromagnética), a propagação das ondas no meio, suas propriedades (cores, timbres e alturas sonoras), as transformações tecnológicas de energia e sua aplicação em receptores de ondas de rádio, TV, telefone e outras formas de comunicação humana e com o meio. (BRASIL, 1998, p.118).

Ao se tratar de Ciências Naturais e Tecnologias, os PCN comentam uma utilização mais contemporânea da utilização dos fenômenos ondulatórios relacionados à Mecânica Quântica, pois

- [...] verificou-se que elétrons, por exemplo, consagrados como partículas, comportam-se como ondas ao atravessar um cristal, assim como a luz, consagrada como onda, pode se comportar como partícula. (BRASIL, 1998, p.25).

Até aqui, os PCN dão orientação para que o ensino de ondas possa ser aplicado a partir das situações cotidianas do aluno e das informações dos meios de comunicação de massa, enquadrando-se nos paradigmas de Novak (1988 apud WELTI, 2002), chamados 'aprendizagem significativa', tais como:

- - um processo de construção na mente de cada aluno;
- - uma construção de significados por interação entre os esquemas mentais próprios e das características do meio de aprendizagem;
- - um processo de elaboração coletiva onde se confronta ideias (VYGOTSKY, 1989 apud WELTI, 2002) através de conflitos cognitivos (POZO; CRESPO, 2009);
- - um processo centrado no aluno, quando, guiado e orientado pelo professor, tornando-se protagonistas de sua própria aprendizagem (GOWIN, 1981 apud WELTI, 2002; POZO; CRESPO, 2009; GOBARA, 2007).

Baseado nesses paradigmas, verificamos que os fenômenos ondulatórios estão muito mais próximos dos alunos do que imaginamos, pois os eles sabem que as pequenas embarcações jogam para cima e para baixo, os pêndulos dos relógios oscilam da direita para esquerda, as cordas e as palhetas dos instrumentos musicais vibram (TIPLER, 1995), dos pulsos de cordas, do som, dos fenômenos luminosos, das emissões de uma onda de rádio, das ondas de matérias (WELTRI, 2002). Outros assuntos menos evidentes, no qual o aluno pode vir a compreender, se

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relaciona com: oscilações das moléculas no ar numa onda sonora e as oscilações da corrente elétrica nos aparelhos de rádio e televisão (TIPLER, 1995).

Baseado nas sugestões dos PCN (BRASIL, 1998) alguns trabalhos relacionados ao ensino de ondas no Ensino Fundamental têm se concentrado, em sua maioria, no ensino do som através do aparelho fonatório ou experimentos. Podemos citar os estudos realizados por:

- · Galdino, Santos e Silveira (2011) em que apresentam o artigo 'Atividades lúdicas para o ensino de Física: um relato de experiências com estudo de ondas mecânicas';
- · Nascimento e Gobara (2007) com o artigo ' O uso do aparelho fonador para o ensino de ondas sonoras';
- · Silva e Aguiar (2011) com o artigo 'Propagação do som: conceitos experimentos' .

Todos eles realizaram estudos no 9º ano do Ensino Fundamental e serão detalhados mais adiante, quando discutiremos problemas e propostas metodológicas para e o ensino de ondas.

## O problema do ensino de ondas sonoras

Existe uma grande desmotivação do aluno relacionado à aprendizagem do ensino de Ciências, pois muitos professores insistem em ensinar de acordo com o modelo tradicional, em que o conteúdo de Física é ensinado como um emaranhado de equações matemáticas, além de ser totalmente descontextualizado do cotidiano do aluno. (POZO; CRESPO, 2009; GALDINO, 2011).

Como se não bastasse, os livros didáticos que contêm o conteúdo de fenômenos ondulatórios trazem o assunto de forma lógico-matemática, muito científico e desvinculado de qualquer aplicação prática (MONTEIRO; MEDEIROS, 1998 apud NASCIMENTO, 2009). Só para exemplificar, o Ministério da Educação MEC, por meio do Programa Nacional do Ensino Médio - PNLEM, avaliou vários livros de Física, mas somente seis foram aprovados e disponibilizados para serem adotados pelos professores do Ensino Médio das escolas públicas (NASCIMENTO, 2009).

A ausência de alguns termos utilizados pelos alunos para descrever o comportamento dos fenômenos ondulatórios, conceitos e modelos explicativos não estão presentes nos livros didáticos utilizados (CRUZ, 2003 apud NASCIMENTO, 2007). Sendo que os livros didáticos não discutem, na parte de som, questões relacionadas com o aparelho fonador, produção da voz ou som e, consequentemente, os professores não ministram esses conteúdos no Ensino Fundamental (NASCIMENTO, 2007). Isso nos leva a concluir que se o livro não explica provavelmente o professor não o fará, dado ser o livro o principal referencial em sala de aula.

Algumas investigações prévias sobre o ensino-aprendizagem dos fenômenos ondulatórios, mostram que alguns autores têm observado complicações com a propagação de ondas (MAURINES et al. 1992 apud WELTI, 2002), com a física de ondas sonoras (LINDER; ERIKSON, 1989, LINDER, 1993 apud WELTI, 2002), e com as descrições matemáticas das ondas e sua superposição (GRAYSON, 1996, WITTMANN, 1998 apud WELTI, 2002). Entre outros, esses

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autores descrevem os principais modelos de ondas que têm os alunos [no Ensino Médio]. Não somente existem essas dificuldades como também não há muita matéria publicada, conforme Silva (2011) descreve sobre os estudos de propagação do som.

Sobre a parte experimental do ensino de ondas, podem até existir muitos experimentos e artigos publicados, porém a maioria deles, devido à sua complexidade, não pode ser praticado em escolas que contenham pouca estrutura (SILVA, 2011). Poucos são os trabalhos que mostram o experimento juntamente com uma proposta metodológica quando o assunto é ensino de ondas. Basta lembrar que os PCN (BRASIL, 1998) recomendam que o simples 'fazer' não significa necessariamente construir conhecimentos e aprender Ciências.

Vamos citar alguns exemplos de experimentos que são utilizados para mostrar conceitos básicos do ensino de ondas. Primeiramente podemos citar o artigo de Lüdke (et al. 2012) 'Velocidade do som no ar e efeito Doppler em um único experimento' que requer conhecimentos em circuitos eletrônicos e programas estrangeiros que analisam os dados tais como Spectrogram 16, Audacity, GoldWave e WavePad Master's Edition .

Um trabalho semelhante foi feito por Cavalcante e Tavolaro (2003), apresentado à revista Física na Escola, intitulado Medir a velocidade do som pode ser rápido e fácil que utiliza tubos transparentes, diapasão e um software que funcione como um espectrômetro tal como o GRAM V6 .

Outro exemplo, menos complicado, é o artigo publicado por Silva et al. (2003) sobre Velocidade do som no ar: um experimento caseiro com microcomputador e balde d'água, que utiliza materiais simples como régua milimetrada, programa gerador de frequências, microcomputador, cano e balde d'água. Pode até ser simples, mas será um desafio para os professores que não dominam as TIC (Tecnologia da Informação e Comunicação) entenderem e adaptarem o experimento para os alunos de Ciências. Além de tudo, outro empecilho é se a escola fornece estrutura para realização de tal experimento.

Esses são alguns exemplos de artigos publicados sobre o ensino de ondas que mostram apenas a forma experimental. Porém os PCN mostram que sua prática não implica necessariamente melhoria no ensino de Ciências, e tampouco é um critério indiscutível de verdade científica. Porém existem outros recursos metodológicos, que, quando vinculados à parte experimental, podem se tornar uma estratégia eficiente nos processos de aprendizagem.

Portanto, é necessário ter cuidado em ensinar determinados conteúdos no Ensino Fundamental, já que é justamente neste período de formação que os alunos têm o primeiro contato formal com a disciplina de Física e é crucial o trabalho dinamizado para ajudar a perceberem e entenderem as Ciências no aspecto mencionado (GALDINO, 2011).

## Um pouco sobre o que já foi produzido sobre o ensino de ondas

Aqui serão apresentados três artigos referentes ao ensino de ondas no 9º ano do Ensino Fundamental. Para melhor síntese dos artigos, foi elaborado um

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quadro onde constam a metodologia usada, resultados e comentários de cada um (Quadro 1).

Quadro 1 Quadro síntese dos artigos analisados

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explicação)

Fonte: Elaboração do próprio autor

Existem várias dificuldades previsíveis de aprendizagem e ensino de cada artigo. Porém o fato de ser ter investigado novas metodologias e ter alcançado o objetivo, que é uma nova percepção do mundo, já é um passo a mais na solução dos problemas educacionais.

Em relação ao artigo que se fundamenta no lúdico, verifica-se que o professor apresenta o conteúdo de forma mais ou menos guiada (GALDINO; SANTOS; SILVEIRA, 2011). Um tópico importante é que aparentemente o professor não provê o aluno de respostas pré-definidas; pelo contrário, nutre-o com problemas e deixa que eles mesmos busquem suas respostas (POZO; CRESPO, 2009). Percebe-se que a metodologia, com base no Lúdico, muito se assemelha ao ensino por descoberta conforme Pozo e Crespo (2009) o descrevem.

- O segundo artigo, referente à Teoria de Ausubel e Teoria dos modelos mentais de Johnson-Laird, trabalha os conhecimentos prévios, a construção de subsunçores e a construção de modelos mentais que propiciam ao aluno explicar o sistema fonatório e a produção do som. Conforme Ausubel (1973 apud POZO; CRESPO; 2009), é mais fácil aprender por diferenciação conceitual do que pelo processo inverso, mediante integração hierárquica. Porém trata-se, em suma, de uma teoria de compreensão mais do que uma teoria do aprendizado construtivo. Não somente isso, mais os alunos possuem teorias implícitas sobre a matéria e seu funcionamento, cujos princípios são incompatíveis com as teorias científicas. (POZO; CRESPO, 2009)

Sobre o último artigo, que trata sobre a propagação do som, podemos considerar como a que mais se aproxima de um ensino construtivista, no sentido de que encoraja os estudantes a serem pensadores críticos e aprendizes independentes, onde o professor atua como mentor e facilitador (GABLER; SCHROEDER, 2003 apud LEFRANÇOIS, 2008). Outro sentido é que o ensino é mais voltado para o aluno e deixa a desejar as questões referentes à sociedade. A teoria piageniana é muito utilizada na Psicologia e na Educação, porém existem vários autores que discordam em alguns pressupostos deixados por Piaget. Em certas ocasiões, subestima a capacidade das crianças e em outras, acaba por superestimá-las. (LEFRANÇOIS, 2008).

## Uma proposta metodológica para o ensino de ondas sonoras

Mediante os problemas citados nos itens anteriores, podemos elaborar uma metodologia mais totalizante, no qual aborde as cinco metas estabelecidas por Jiménez Aleixandre e Sanmartí (1997 apud POZO; CRESPO, 2009) para a educação científica:

- a) a aprendizagem de conceitos e a construção de modelos;
- b) o desenvolvimento de habilidades cognitivas e de raciocínio científico;
- c) o desenvolvimento de habilidades experimentais e de resolução de problemas;

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- d) o desenvolvimento de atitudes e valores;
- e) a construção de uma imagem da ciência.

É nessa proposta que será elaborada uma metodologia que aborde as questões sociais do ensino. A ênfase do psicólogo soviético Lev Vigotsky (apud LEFARNÇOIS, 2008) está na cultura e na interação social, pois são envolvidas no desenvolvimento da consciência humana.

Pelas palavras de Santos (2005, p. 10),

Enquanto os métodos anteriores mantinham um distanciamento entre sociedade e educação, a PHC mantém esse vínculo constantemente. Daí os professores e alunos serem agentes sociais participando de relações que vão além dos muros da escola.

A Pedagogia Histórico-Crítica (PHC), proposta por Saviani (1999 apud GASPARIN, 2003), utiliza três fases do método dialético de construção do conhecimento escolar -prática, teoria, prática -, partindo do nível de desenvolvimento atual do aluno, trabalhando a zona de desenvolvimento imediato, para chegar a um novo nível de desenvolvimento atual. O autor propõe, ainda, cinco passos que estruturam a proposta de trabalho da PHC, que são: Partir do Social; Problematização; Instrumentalizar; Catarse e Retorno à Prática Social. (SANTOS, 2005)

Essa forma de abordar o ensino muito se aproxima da Zona de Desenvolvimento Proximal (ou Potencial) apresentada por Vigotsky (SCRIMSHER; TUNDGE, 2003 apud LEFRANÇOIS, 2008; GASPARIN, 2003). Davydov (1995 apud LEFRANÇOIS, 2008) explica a zona de desenvolvimento proximal assim: 'O que a criança inicialmente consegue fazer apenas junto com adultos e seus iguais, e na sequência o faz de forma independente, é a zona proximal de desenvolvimento psicológico'. E, portanto, pode-se concluir que o professor aprende com a criança e sobre ela da mesma forma que a criança aprende por causa da ação do professor.

Para isso, torna-se necessário apresentar novas metodologias que abordem a relação indivíduo e sociedade, apresentada por Vigotsky, para otimizar a aula e tornar a aprendizagem de ciências mais significativa.

Para que se pudesse exemplificar a proposta metodológica, escolheu-se o tema ensino de ondas, e os conteúdos ensinados serão os quatro conceitos básicos de frequência, amplitude, comprimento de ondas e velocidade de propagação. Para ensinar isso, utilizaremos o estudo de ondas sonoras e o efeito Doppler.

## 1º Momento: Prática Social

Esse é o momento em que o professor deverá mostrar aos alunos vídeos, simulações, informações e textos que estejam de acordo com o cotidiano do aluno. O professor deverá escolher materiais que potencializem a possibilidade de dúvidas e perguntas. Por exemplo: uma simulação de efeito Doppler encontrado no Portal do Professor sobre a Física do Cotidiano, onde podemos estudar as questões de ondas sonoras de um emissor em movimento ou não com um receptor em movimento ou não.

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Figura 01: Artigos e suas fundamentações teóricas, metodologias, resultados e comentários. Fonte: MEC, 2012.

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## 2º Momento: Problematização

Esse é o momento do debate, onde o professor deverá se conscientizar daquilo que o aluno já sabe e aquilo que o aluno gostaria de saber. Uma gravação ou anotação dessas questões são feitas para que se possa retornar a elas no final dos momentos.

Em relação ao ensino de ondas, o professor pode emitir perguntas do tipo: 'Por que uma canoa não pode chegar perto de uma onda formada por um barco?', 'Por que uma onda sonora emitida por uma ambulância aumenta quando se aproxima e diminui quando se afasta?', 'Como medir a distância entre a emissão de uma onda e outra?' ou 'Qual a relação que existe entre frequência e velocidade?'. Mediante a explicação do aluno sobre determinados problemas, pode-se fazer outras perguntas que confrontem os modelos utilizados pelos alunos nas respostas. Perguntas que iniciem com: 'E se...', 'Por que então...' e 'Como explicar isso...'.

## 3º Momento: Instrumentalização

Aqui é o momento da prática pedagógica do assunto, que pode ser o uso de um modelo para representar um determinado fenômeno a ser estudado. Este modelo pode não ser científico, mas ajuda os alunos a ter capacidade de responder a outras questões que se relacionem com seu cotidiano.

Um balde de água que tenha esponjas pequenas ao seu redor pode funcionar como uma cuba de ondas, e a partir dele demonstrar como se relaciona período, frequência, comprimento de onda e velocidade de propagação. É importante aqui apresentar as equações matemáticas e o que quer dizer cada variável da equação.

## 4º Momento: Catarse

Aqui o aluno deverá fazer uma síntese sobre aquilo que ele aprendeu e aquilo que ele pensava, o que pode ocorrer por meio de um texto descritivo. O professor poderá aproveitar esse momento como parte da avaliação do aluno. Outras atividades poderão ser feitas, de forma que o aluno as utilize no momento da Problematização.

No caso de ondas, perguntas que deem conta das diversas dimensões estudadas na Problematização e Instrumentalização. Perguntas relacionadas à velocidade de propagação da luz; ultrassom; avião supersônico; aparelhos fonatórios; problemas de surdez; área onde não se deve fazer barulho (hospitais e

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asilos); prioridades no trânsito relacionado a bombeiro, polícia e ambulância podem fazer parte da Catarse.

## 5º Momento: Retorno à prática social

Com os conhecimentos adquiridos, o professor pode estudar problemas de sua região que estejam de acordo com o conteúdo ministrado e distribuir aos alunos, que deverão escrever um texto dissertativo mostrando uma forma de resolver o problema em questão.

Esses problemas podem ser: poluição sonora; leis ambientais e de trânsito que falem sobre o assunto; problema relacionado ao uso excessivo de ultrassom; e os problemas que os alunos gostariam de saber as respostas extraídas do momento da Problematização.

## Considerações finais

Pode-se concluir que investigar metodologias que sejam adequadas para o ensino de Ciências é um desafio para professores que dispõem de pouco tempo para refletir sobre sua prática pedagógica em sala de aula.

Considerando que o Ensino Médio é o momento de aprofundamento nos estudos do Ensino Fundamental, podemos concluir, a partir deste estudo, que o foco principal da pesquisa relacionada com metodologias do ensino de ondas está direcionado para os ensinos Médio e Superior.

Pelo desafio que o professor tem em elaborar uma metodologia de ensino de Ciências, podemos considerar o quão é difícil essas metodologias estarem em harmonia com as metas da educação científica descritas por Jiménez Aleixandre e Sanmartí (1997 apud POZO; CRESPO, 2009).

Outra situação que pode ser concluída é que existem poucos trabalhos que investiguem metodologias adequadas para ensinar esse conteúdo, e as que existem, considerando a pesquisa realizada, estão focadas na dimensão conceitual e, por vezes, considerando a dimensão procedimental do conteúdo/processo ensinoaprendizagem. Procurou-se, na metodologia proposta, abranger, além dessas duas dimensões, a dimensão atitudinal.

## Referências

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