ATIVIDADES EXPERIMENTAIS EM BIOFÍSICA EM UMA PROPOSTA CONSTRUTIVISTA

## ATIVIDADES EXPERIMENTAIS EM BIOFÍSICA EM UMA PROPOSTA CONSTRUTIVISTA

## Paola Jardim Cauduro 1 , Everton Lüdke 2

- 1 Universidade Federal de Santa Maria/Departamento de Física/paola.pjc@gmail.com

## Resumo

O ensino de biofísica em curso de ciências da saúde, pelo caráter interdisciplinar, é uma tarefa desafiadora mesmo com a disponibilidade de tecnologias modernas de ensino e da Internet. A transposição dos conteúdos entre física, química, física clássica e moderna constitui em um desafio ao aluno no que se refere a aplicações científicas no raciocínio clínico que devem desenvolver ao longo dos cursos. No presente artigo, apresentamos uma proposta de trabalho na forma de uma sequência de dez aulas experimentais em disciplinas de biofísica que foram realizadas na Universidade Federal de Santa Maria no período de 2007 a 2012 que parece ser promissora no aumento da efetividade de ensino de cursos, pois fomenta não só a motivação dos alunos e interesse pela profissão escolhida pelo aluno como farmácia e fisioterapia, mas sim possibilitando a visualização da física aplicada às técnicas envolvidas no processo diagnóstico de doenças prevalentes. A metodologia descrita no presente trabalho foi eficiente na obtenção da Aprendizagem Significativa como na teoria de Ausubel da aquisição do conhecimento.

Palavras-chave : Critérios de atividades, ensino de Biofísica, construtivismo.

## Introdução

A comprovação de conceitos através de ensaios experimentais supervisionados pelo professor consiste em um aspecto epistemológico importante, havendo sido enfocado por diversos autores que contribuíram para a gênese das teorias modernas da aprendizagem no último século (MOREIRA, 1999). Em particular, a consolidação de competências decorre não somente do processo estímulo-resposta como na teoria de Ausubel (AUSUBEL, NOVAK, HANESIAN, 1978; MASINI, MOREIRA, 2001), mas sim com uma parcela de construção social do conhecimento decorrente de pesquisa de obtenção de resultados em grupo (MOREIRA, 1999). Para Ausubel, a matriz curricular contém descrições detalhadas os conceitos que já foram previamente abordados em discussões teóricas em salas de aula, e que fornecem o subsídio à execução das atividades experimentais norteiam a lógica e o raciocínio de grupos de alunos no sentido de promover a integração necessária para alcançar a aprendizagem significativa.

Além disso, há a necessidade que o professor elabore experimentos e a práxis laboratorial como um processo de continuidade à sequência de conteúdo, consolidando, dessa forma, o processo de instrução. (GAGNÉ, 1980) Assim, espera-se que as aulas teóricas surjam como elementos motivadores, preparando grupos de alunos para o ambiente laboratorial, uma vez que para que a aprendizagem significativa ocorra deve haver duas condições essenciais como (a)

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20 a 25 de janeiro de 2013

disposição do aluno para aprender e (b) o uso de material didático significativo para o aluno, que possa ser manuseado adequadamente dentro das habilidades cognitivo-motoras de cada indivíduo que constitui os grupos de trabalho.

- O objetivo desse artigo é apresentar uma metodologia de trabalhos em laboratório de ensino de biofísica a partir da preparação de um número de 10 experimentos que foram ofertados aos alunos de cursos universitários de biofísica no período de 2007 a 2012, tendo em vista a necessidade de implementação de uma sequência de atividades experimentais básicas para propiciar a consolidação da interdisciplinaridade entre conteúdos de biologia (fisiologia), física (ótica, ondas eletromagnéticas, física atômica e partículas e radiações), fluidos (hidrostática e hidrodinâmica), caracterização de fluxos laminares e turbulentos e relação trabalhoenergia na interpretação de rotinas de obtenção de exames médicos e procedimentos hospitalares, além do processo de detecção de doenças através de exames clínicos não invasivos, dentro das disciplinas de biofísica que são regularmente ofertadas para cursos de farmácia, biologia e fisioterapia na Universidade Federal de Santa Maria.

## Os métodos de investigação e os participantes

- O referencial pedagógico adotado fundamenta-se nas teorias de Ausubel e nos princípios fundamentais da escola construtivista que parte da premissa que o indivíduo deve ser, em todo o momento, o agente ativo na construção do seu próprio conhecimento. Um experimento científico, mesmo que seja para a reprodução de conteúdos previamente conhecidos, deve propiciar a construção de significados e a definição de sentidos de acordo com a representação da realidade pelo próprio aluno a partir de um esquema hierárquico e gradual de aquisição de motivação, competência e vivências, na direção de níveis mais complexos de abordagens conceituais.

Desse modo, um programa de ensino de biofísica com referenciais teóricos e experimentais não é uma tarefa simples de ser implementada, uma vez que praticamente inexistem recursos laboratoriais de baixo custo ou experimentos comerciais destinados à integração de conceitos que tal prática requer.

Por si só, o professor de Biofísica destinado a trabalhar com futuros profissionais de saúde se vê em frente de novos paradigmas para a elaboração de campos de trabalho e a organização social das atividades, pois o acesso a materiais e informações é limitado dentro das universidades brasileiras. Deve, ele próprio, compreender a interdisciplinaridade e aplicações conceituais e providenciar os trabalhos de oficina necessários à confecção de experimentos, o que torna o ato de ensinar em laboratório didático de biofísica, um desafio a cada conteúdo que se queira abordar.

Nesse contexto, o desenvolvimento de materiais didáticos pelo professor a um público de acadêmicos deve visar a interdisciplinaridade na apresentação de situações específicas em ciências da saúde como casos clínicos e cirúrgicos e os métodos biofísicos que certamente serão empregados em seu processo de capacitação profissional no meio acadêmico. Nós como autores entendemos que o estudo da resolução de problemas concretos oriundos da vida prática do profissional de saúde, que as diversas disciplinas possam ser vista como interatuantes entre si e

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que possibilitam o aluno o desenvolvimento de novas competências que caracterizam a aprendizagem significativa.

Na prática, a ementa da disciplina de biofísica como oferecida aos cursos de farmácia e fisioterapia consiste no seguinte conteúdo programático:

- · UNIDADE I - Radiações Eletromagnéticas;
- · UNIDADE II - Ultrassonografia para fins diagnóstico e terapêutico;
- · UNIDADE III - Biofísica dos sistemas;
- · UNIDADE IV - Biofísica da contração muscular;
- · UNIDADE V - Bioeletricidade.

Na elaboração do material didático experimental, percebemos imediatamente que cada aula experimental de três horas de duração deve proporcionar os conhecimentos fundamentais para a compreensão dos problemas para o qual o determinado método diagnóstico se aplica, cabendo ao aluno a capacidade de listar as características dos aparelhos e inferindo sobre o método de medida das quantidades biofísicas para o levantamento das condições fisiológicas do paciente e a manifestação das doenças específicas que podem ser estudadas pelo clínico com a técnica proposta.

Com a turma dividida em grupos de três alunos, onde um aluno registra as medidas, enquanto que os outros alunos realizam o papel de 'paciente' e 'clínico', o professor deve ter amplo controle do instrumental empregado para estimular a reflexão dos grupos sobre os meios, recursos e estratégias necessários para obter o diagnóstico correto e a transformação da realidade do 'paciente'.

Percebemos, em todos os aspectos, que tal procedimento é mais familiar a alunos de cursos de ciências da saúde, pois eles naturalmente visam buscar a aquisição das competências técnicas específicas para estabelecer um diagnóstico clínico confiável com respeito à situação de saúde do paciente, além de buscar a liderança, autonomia e ética profissional dentro do trabalho em equipe necessário para a realização dos experimentos.

No decorrer dos meses que caracterizam o semestre acadêmico, notamos para todas as turmas que a integração entre unidades de aprendizagem obtida a partir das abordagens com similar estratégia metodológica é obtida como decorrência natural da participação dos alunos nas aulas teóricas e atividades experimentais. Em particular, a resolução de problemas de física aplicada à fisiologia, estudos de casos clínicos e doenças prevalentes em medicina interna, reflexão sobre a experiência de profissionais de grandes centros médicos através da análise das publicações em revistas especializadas como em ginecologia (doenças do trato reprodutivo feminino), obstetrícia (desenvolvimento e saúde fetal), doenças cardiovasculares, neurológicas e musculares, dentre outros. Verificamos, também, que a leitura de artigos com relatos de casos nessas áreas, estimulam a curiosidade e a motivação dos alunos como um todo, pois possibilitam reflexões sobre aporte teórico, pesquisa e planejamento de ações para futuros projetos de pesquisa no meio hospitalar, onde o aluno de biofísica emerge com novas percepções sobre a instrumentalização que os capacitem para o desenvolvimento de corretos comportamentos e atitudes dentro da sua nova prática profissional em disciplinas curriculares mais específicas que serão abordadas em fases posteriores dos cursos.

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## Descrição dos experimentos desenvolvidos

Os experimentos temáticos desenvolvidos na presente proposta de trabalho são inéditos e foram os seguintes:

- 1. Determinação da velocidade do sangue na artéria axilar e braquial: os alunos receberam um ultrassom vascular portátil, um computador com software de análise espectral e um atlas de anatomia humana. A tarefa consistia em solicitar o valor da velocidade sistólica do sangue aos grupos de alunos, cabendo a eles elaborar estratégias de medidas com o uso da teoria aprendida sobre efeito Doppler.
- 2. Determinação das ondas de pressão em pulsos carotídeos: os alunos usaram o equipamento anterior para avaliar a amplitude das ondas de pressão na artéria carótida externa e concluir sobre as doenças cardíacas e pulmonares que podem afetar as medidas, construindo os conceitos necessários.
- 3. Determinação experimental da lei de Boyle - Mariotte e do coeficiente adiabático do ar: nesta atividade os estudantes precisam relacionar os conceitos de pressão e volume para, com base em conhecimentos matemáticos, encontrar a relação entre essas duas grandezas.
- 4. Obtenção da lei de Hill para músculos bíceps e tríceps: a partir dos dados obtidos em aula e da curva traçada através dessas informações, é possível que os estudantes possam comparar o funcionamento dos músculos bíceps e tríceps dos colegas voluntários com as referências mostradas em aula.
- 5. Medida de velocidade do som no ar e em meios gordurosos e limiar auditivo: nesta atividade além de terem de montar o equipamento e fazer as medidas de freqüência e de comprimento de onda, os alunos tem a oportunidade de, através de discussão em grupo, de avaliarem o comportamento de uma onda sonora em diferentes meios.
- 6. Geração de calor em músculos usando ondas curtas: usando um aparelho de diatermia por microondas em 2,45GHz, pares de alunos foram incumbidos de calcular a variação de temperatura em função dos tempos de exposição à radiação usando um copo de glicerina de 240 ml e um termômetro de radiância espectral, construindo estratégias de interpretação dos dados obtidos.
- 7. Estudo do momento e pressão de radiação da luz solar: utilizando radiômetro de ventoinha, fotômetro e espelhos, para concluir que p=I/c ;
- 8. Medida de comprimento de onda do laser de hélio-neônio: nesta atividade os alunos são apresentados ao aparato experimental composto por laser, régua, calculadora, rede de difração e anteparo; onde, após medidas e cálculos, relacionam diferentes intensidades do comprimento de onda com diversos tratamentos com laserterapia.
- 9. Uso de medidas da velocidade de propagação de impulsos nervosos ao longo do nervo ulnar: utilizando um amplificador biológico, para estimarem as conseqüências de doenças neurodegenerativas e obstrução nervosa decorrente de trauma, e extrapolar possíveis rotinas em fisioterapia dessas doenças.
- 10. Uso da biofísica de ultrassom e raios X para entender a produção de imagens em tomografia computadorizada e ultra-sonografia para uso diagnóstico.

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Todos os experimentos foram construídos dentro do Departamento de Física da UFSM, nos laboratórios de mecânica e suporte em eletrônica, uma vez que não encontramos experimentos industrializados que possam ser adquiridos tendo em vista os objetivos pedagógicos discutidos na seção anterior. Todas as atividades experimentais priorizam o desenvolvimento de habilidades, de tal forma que os estudantes tenham a oportunidade, a partir de questões-problema, de pesquisar, discutir e relacionar os procedimentos e resultados com a prática de sua futura profissão.

Os alunos foram distribuídos em grupos de três pessoas, tendo em vista as indicações que esse número seria aquele que aperfeiçoaria a discussão e o nível dos resultados obtidos, que foram decorrentes de resultados de estudos em psicologia social e organizacional (LAUGHLIN; HATCH; SILVER; BOH, 2006). Desse modo, também constatamos os resultados dos autores que mostraram que grupos de três pessoas possuem uma possibilidade maior de obter resultados de uma forma mais eficiente que aqueles obtidos pelos melhores alunos trabalhando sozinhos ou em grupos de maior número.

Para cada grupo foram fornecidas questões a serem respondidas pelos alunos durante a realização dos trabalhos, onde exemplos de casos clínicos em medicina interna (TOY; PATLAN, 2009) e clínica cirúrgica (TOWNSEND; BEAUCHAM; EVERS; MATTOX, 2008) com respectivos modelos de laudos de exames referentes a situações clínicas reais.

No final das atividades, os alunos foram entrevistados para fomentar a melhoria do material didático fornecido, a qualidade das aulas e a exploração de fontes de erro que possam interferir na interpretação dos resultados. As entrevistas foram feitas na forma de distribuição de questionários sobre as percepções dos alunos sobre o estudo da física como algo a ser aplicado no seu dia-a-dia e observou-se um aumento crescente na dedicação dos mesmos, o que sugere a inserção espontânea dos mesmos dentro do conceito de aprendizagem significativa de Ausubel, fomentado pelas propostas de ensino experimental como tarefa consolidadora dos objetivos didático-pedagógicos da disciplina.

Para finalizar, percebemos que os alunos de cursos de ciências da saúde não possuem a formação matemática e experimental que possibilitem ter a independência na execução de experimentos de biofísica. Isso de deve ao fato de uma pequena minoria deles terem algum recurso experimental de ciências nas escolas de ensino médio de origem. Dessa forma, a condução das atividades de laboratório foi escolhida como sendo o método tradicional, onde os estudantes realizam atividades práticas envolvendo observações do equipamento e medidas a fim de corroborar fenômenos previamente determinados pelo professor, dentro de roteiros de experimentos do tipo 'livro de receitas'. As operações de montagem das condições experimentais, atividades de coleta de dados, realização dos cálculos para obter as respostas esperadas consumiram muito tempo de aula, restando pouco tempo para a análise, discussão e interpretação dos resultados.

Embora esse problema seja constatado a cada semestre, ainda não dispomos de uma solução imediata para agilizar as atividades e reduzir o tempo necessário para que os alunos obtenham a mentalização dos conceitos e o raciocínio científico.

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## Conclusões

Nesse artigo descrevemos os resultados de uma pesquisa de novas metodologias e tecnologias desenvolvidas por nós mesmos, voltadas ao ensino de biofísica, dentro de uma proposta de trabalho conciliadora entre a interdisciplinaridade, a exploração interconceitual e a estimulação da crítica e capacitação profissional de alunos de curso de ciências da saúde na Universidade Federal de Santa Maria.

Os resultados das atividades produziram não só uma mudança comportamental dos alunos frente às aulas teóricas, mas sim um aumento da motivação dos mesmos quanto à assiduidade e pontualidade nas aulas, o que por si só já justifica a construção de novos experimentos que unam os princípios biofísicos dos instrumentos normalmente empregados na área clínica e cirúrgica, tanto em ambulatório de especialidade quanto no planejamento cirúrgico e caracterização das doenças.

Esperamos que algumas dificuldades inerentes ao ensino de biofísica a cursos de biologia e ciências da saúde foram sanadas com essa proposta metodológica, que mostrou ser adequada dentro das expectativas de curso.

## Referências

AUSUBEL, D.P.; NOVAK, J. D.; HANESIAN, H. Educational Psychology: A cognitive view, second edition . New York: Holt Rinehart and Winston, 1978.

GAGNÉ, R.M. Príncipios essenciais da aprendizagem para o ensino . Trad. Rute V. A. Baquero. Porto Alegre: Globo, 1980.

LAUGHLIN, P.R.; HATCH, E.C.; SILVER, J.B.; BOH, L. Groups perform better than the best individuals on letters-to-numbers problems: effects of group size, Journal of Personality and Social Psychology, Vol. 90(4), p.644-651. 2006.

MASINI, E. F. S.; MOREIRA, M. A. Aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel, 2a ed., São Paulo: Centauro. 2001.

MOREIRA, M. A. Teorias da Aprendizagem . São Paulo: Editora Pedagógica e Universitária, EPU. 1999.

TOY E.C.; PATLAN, J.T; CASE FILES - Internal medicine , third edition, New York; Lange - McGraw-Hill medical. 2009.

TOWNSEND, C.M.; BEAUCHAMP, R.D.; EVERS, B.M.; MATTOX, K.L. Sabiston Textbook of Surgery: the biological basis of modern surgery practice . 18 th edition. Philadelphia: Saunders Elsevier. 2008.

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