Um relato de uma Atividade Experimental, sobre força elástica aplicado pelas bolsistas do PIBID

## Um relato de uma Atividade Experimental, sobre força elástica aplicado pelas bolsistas do PIBID

## Monique Witt Garzillo , Gislena Maria Duarte , Ivani T. Lawall , Alex Bellucco do 1 2 3 Carmo 4 , Tatiana C. Flores 5.

1

UDESC/DFIS/Bolsista do PIBID/ monique\_witt@yahoo.com.br 2 UDESC/DFIS/Bolsista do PIBID/ gislenafisica@gmail.com 3 UDESC/DFIS/ ivani@joinville.udesc.br 4 UDESC/DFIS/ alexc@joinville.udesc.br 5 E.E.B. Dr. Jorge Lacerda/ tatiflores@terra.com.br

## RESUMO

Este artigo discute a proposta de um Módulo de Ensino sobre a Lei de Hooke desenvolvido por bolsistas do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID) para alunos de uma turma do primeiro ano do Ensino Médio da rede Estadual de Santa Catarina. A proposta contempla uma introdução biográfica de Robert Hooke, a contextualização do uso de molas no cotidiano e uma pequena problematização acerca da constante elástica da mola por meio de um roteiro préestabelecido. Nas atividades propostas os alunos são levados a participar da construção do conhecimento, ou seja, participando ativamente no conhecimento através de discussões, reflexões, análises e relatos da atividade. A elaboração e aplicação da atividade foram desenvolvidas pelas bolsistas do PIBID e a professora da disciplina acompanhou a atividade. Neste artigo é apresentada a proposta do Módulo de Ensino e discutido os obstáculos encontrados durante a aplicação da atividade, que descreve a Lei de Hooke.

PALAVRAS-CHAVE : PIBID, Atividades Investigativas, Ensino Médio, Lei de Hooke.

## INTRODUÇÃO

- O Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID) tem o objetivo de inserir o acadêmico dos cursos de Licenciatura no contexto do ambiente escolar para que ele tenha a possibilidade de conviver com as experiências diárias entre professores e alunos na escola.

Essa interação entre os bolsistas do PIBID e a escola faz com que possam ter uma noção do que é o cotidiano de um professor de física e também adquirir experiência capacitando o acadêmico. Dentro da Universidade é recebida a formação teórica, e por meio da bolsa os acadêmicos têm um incentivo para uma formação prática.

No projeto desenvolvido na Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC) propõe-se trabalhar com atividades diferenciadas dentro da escola,

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

20 a 25 de janeiro de 2013

criando Módulos de Ensino, podendo ser ministrados pelos acadêmicos. Além disso, são conduzidas atividade de monitorias para os alunos do Ensino Médio e há ainda a observação das atividades desenvolvidas pelos professores.

Dentro da proposta do PIBID, foi pensado em uma atividade experimental para ser realizada com os alunos do EM. Trazer atividades que fujam do tradicional que é visto normalmente em salas de aula das escolas públicas certamente é um incentivo ao estudo das ciências e, mais especificamente, da Física. Nem todas as escolas possuem laboratórios para o desenvolvimento de atividades experimentais, e nem todos os professores se dão conta da importância de tais atividades, que certamente enriquecem muito o processo de ensino-aprendizagem.

Nos anos 50 teve início a mudança do papel do professor em sala de aula, que ocorreu a partir do representante do movimento inovador no ensino de ciências, o projeto de Física PSSC1 nos EUA. Na sequência vieram Harvard 1 e Piloto e os projetos brasileiros também, FAI, PEF e PBEF, introduzindo as atividades experimentais. Para Carvalho (2009), as atividades experimentais devem procurar generalizar e/ou aplicar o conhecimento adquirido relacionando-o com a sociedade em que vivem.

Outra questão colocada é sobre o papel da aprendizagem quando se utiliza o laboratório.

(...) a questão que se coloca é: o laboratório pode ter um papel mais relevante para a aprendizagem escolar? Se pode, de que maneira ele deve ser organizado? A resposta para a primeira questão é sem dúvida afirmativa: o laboratório pode, e deve ter um papel mais relevante para a aprendizagem de ciências. (...), o que precisamos é encontrar novas maneiras de usar as atividades prático-experimentais mais criativa e eficientemente e com propósitos bem definidos, mesmo sabendo que isso apenas não é solução para os problemas relacionados com a aprendizagem de ciências. Borges (2002)

Com base nisso, o Módulo de Ensino desenvolvido para os primeiros anos do EM, cujo tema central é a determinação da constante elástica de uma mola, apresenta uma atividade experimental proposta pelas bolsistas do PIBID com acompanhamento da professora e aplicado em sala de aula. Ao longo do artigo, será relatada a proposta do Módulo de Ensino, seu desenvolvimento e as dificuldades encontradas no decorrer do processo.

## PROPOSTA DO MÓDULO DE ENSINO

O tema 'Força Elástica' é introduzido a partir de um texto biográfico sobre a história de Hooke e contextualização da importância do estudo dessa força. Durante a aplicação os alunos foram questionados para se ter noção se eles conheciam as aplicações desse fenômeno na vida cotidiana, e com isso foram obtidas respostas que levaram a criar um diálogo entre bolsistas e alunos. Com o uso de molas,

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

réguas e corpos de massas pré-determinadas foram propostos aos alunos construírem o gráfico da força elástica versus deslocamento. A partir desses dados, responderem a um questionário, que teve como objetivo a construção do conceito da constante elástica da mola, por meio da construção de um gráfico, e verificar na prática a aplicação da Lei de Hooke. O conteúdo conceitual já tinha sido desenvolvido pela professora, por meio de resumos e exemplos resolvidos.

De uma maneira geral, o objetivo do Módulo de Ensino é proporcionar aos alunos o contato com uma atividade experimental e, por meio dela, ser capaz de relacionar o coeficiente angular da reta do gráfico construído com o significado físico da constante elástica da mola, estabelecendo a relação entre as grandezas envolvidas com a Lei de Hooke.

A seguir, serão apresentadas as etapas, sequencialmente, que compõem o Módulo de Ensino, de uma maneira mais detalhada e com seus objetivos específicos. A cada grupo de 4 ou 5 alunos, foi entregue um roteiro para a realização da atividade. Neste material consta um texto histórico, uma breve explicação sobre a Lei de Hooke e sobre coeficiente angular, seguidas da explicação do procedimento experimental e das perguntas propostas. Foi entregue também um kit para a realização do experimento, contendo uma mola, um conjunto com de seis arruelas agrupadas em 1, 2 e 3 arruelas com massas conhecidas, uma régua e uma folha de papel milimetrado. A atividade sobre força elástica era direcionada por um roteiro com o intuito de que os alunos o seguissem, com o objetivo de conceituar esse fenômeno utilizado no cotidiano.

## ETAPA 1: CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA E SOCIAL E PROBLEMATIZAÇÃO

## Objetivos:

Mostrar a importância do estudo das molas em aplicações cotidianas e desenvolvimento tecnológico;

Relacionar o conteúdo trabalhado em sala de aula com o dia-a-dia;

Problematizar a questão da utilização da mola e da constante de mola;

Incitar a curiosidade dos alunos acerca do assunto.

Desenvolvimento: Por meio da leitura de um texto histórico sobre Robert Hooke, 2 procurou-se mostrar aos alunos uma visão mais 'humanizada' de um cientista, para que possam perceber que ele é uma pessoa comum, inserida em uma sociedade e em um momento histórico, contrariando os estereótipos normalmente formados a respeito dos físicos. Pretende-se que os alunos compreendam que as 'descobertas' e formulações de teorias são processos que levam tempo, exigem dedicação e conhecimentos prévios. ' Conhecer o passado das idéias e buscar compreender o progresso delas, pode ajudar a conhecer a ciência como recorte da realidade que se relaciona com outras atividades humanas, com diferentes recortes' (Carvalho et. al., 1999).

Depois, foi feita uma pequena explanação a respeito da utilização cotidiana da força de mola, para que os alunos relacionem o conteúdo visto em sala e

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

entendam a importância da física na sociedade, especialmente no desenvolvimento tecnológico. Foi destacada a importância do estudo da força de mola em diversas áreas, através de exemplos práticos. Então, a questão da constante elástica da mola foi problematizada, através de perguntas feitas aos alunos de como e por que estudar esse conceito, foi solicitado aos alunos que fornecessem exemplos de como eles imaginam que o fenômeno da força elástica é utilizado, também se possuíam algum conhecimento sobre o assunto. Foi mostrado que a Lei de Hooke não é algo que é estudado somente no Ensino Médio porque 'está no planejamento', mas também no Ensino Superior em razão da sua enorme importância. Assim, os alunos podem relacionar a teoria com a prática, e entender a Física não mais como algo fechado e pronto que só utilizamos em sala de aula, mas algo que está em constante construção. Foram descritos diversos processos e equipamentos corriqueiros que aplicam a força elástica, como portas com amortecedores, peças de meios de transporte, dentre outros, subsequentemente, foi ressaltada a importância prática do estudo dessa força.

## ETAPA 2: LEI DE HOOKE

## Objetivos:

Utilizar conhecimentos cotidianos para relacionar com a Força Elástica;

Relembrar o conceito de Coeficiente angular e Linear;

Relacionar a equação da reta com a Lei de Hooke;

Desenvolvimento: Relembrou-se de maneira breve, mas clara e objetiva, a teoria acerca da Lei de Hooke, quais as variáveis envolvidas e a relação entre elas. Também foram trabalhadas as unidades de medidas das variáveis. Na seqüência foi descrita no quadro a relação de proporcionalidade entre a força e a deformação da mola causada por ela. Foi conceituada a força de mola, a deformação e depois explicado que a constante de proporcionalidade entre essas grandezas é a constante elástica da mola, a qual foi conceituada subsequentemente. A cada grandeza foi atribuída a unidade de medida no SI (Sistema Internacional de Unidades). A partir dessas grandezas, a equação que representa a Lei de Hooke foi construída. Essa etapa se deu com auxílio de molas e corpos com massa prédefinidas para ilustrar.

## ETAPA 3: COEFICIENTE ANGULAR DE UMA RETA

## Objetivos:

Relembrar ou construir o conceito e aplicação do coeficiente angular de uma reta; Construir o gráfico da força de mola versus deformação da mola;

Relacionar o coeficiente angular da uma reta deste gráfico à constante elástica da mola.

Desenvolvimento: Como um dos objetivos do Módulo de Ensino era que os alunos construíssem o gráfico da força pelo deslocamento sofrido pela mola ao ser deformada, para que eles visualizassem melhor a relação de proporcionalidade

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

20 a 25 de janeiro de 2013

entre essas grandezas, o conceito de coeficiente angular de uma reta foi trabalhado com os alunos. A princípio, não se sabia se os alunos tinham conhecimento desse conteúdo, e como eles responderam que não, foi utilizado muito tempo na explicação. Os alunos lembravam vagamente das relações de seno, cosseno e tangente, o que requereu um tempo maior de recapitulação destes conceitos. A relação entre a constante elástica da mola e o coeficiente angular da reta foi construída com os alunos utilizando o quadro negro e questionamentos para que os mesmos participassem e recapitulassem os conceitos.

## ETAPA 4: VERIFICANDO A LEI DE HOOKE

## Objetivos:

Trabalhar com os alunos a lei de Hooke de uma maneira prática;

Promover o interesse dos alunos pelo conteúdo através de uma atividade diferente do que eles têm normalmente;

Contextualizar de maneira mais efetiva e mais fácil de visualizar o uso de molas;

A partir da experiência que os alunos fazem leva-los a relacionar a Lei de Hooke com a equação da reta e identificar os coeficientes angulares e lineares respectivamente;

Desenvolvimento: A classe foi dividida em grupos de 4 ou 5 alunos, aos quais foram distribuídos kits para a realização do experimento. Cada kit era composto por três conjuntos de arruelas de massa conhecida presas por um barbante, 1 mola e uma folha de papel milimetrado. Então, os alunos deveriam medir o comprimento da mola primeiramente sem nada pendurado nela, depois com cada um dos conjuntos de arruelas. Depois, anotar em uma tabela as informações massa, peso e deformação referente a cada um dos três conjuntos, já com as unidades de medida no Sistema Internacional. Com os dados 'peso' (que em equilíbrio é igual à força de mola) e deformação sofrida pela mola, os alunos deveriam construir um gráfico de Força de Mola pela Deformação. Então, pergunta-se se a curva obtida (reta) era a esperada, e por que? A seguir, os alunos calculariam o coeficiente angular da reta a partir do que foi trabalhado anteriormente. Pergunta-se, então, qual o significado físico do coeficiente angular encontrado, ou seja, com qual grandeza da Lei de Hooke ele se relaciona? Os alunos não perceberam de imediato a relação que o coeficiente angular tem com o coeficiente de elasticidade, as bolsistas tiveram que interferir na discussão e expor novamente os conceitos para que os mesmos conseguissem identificar o que estava sendo proposto. Com os dados fixos para esta mola (constante elástica da mola e tamanho inicial da mola), os alunos deveriam escrever a Lei de Hooke particularmente para esta mola. Por último, foi proposto que eles imaginassem um quarto conjunto de arruelas, com uma massa de 80,000g, e que colocassem os dados referentes a ele na tabela. A precisão de três casas após a vírgula é necessária por ser a mesma precisão utilizada nos conjuntos de arruelas fornecidas anteriormente, cujas massas foram medidas em uma balança de precisão e poder discutir os algarismos significativos dos dados. Então, a partir da Lei de Hooke para esta mola, eles calculariam qual a deformação esperada causada por esse conjunto, e colocariam o ponto no gráfico. Foi solicitado aos alunos que todos os cálculos e respostas constassem no trabalho que seria entregue.

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

- O projeto foi aplicado em uma turma de primeiro ano do período noturno. Alguns problemas ocorreram no dia da atividade: em razão de não haver sinal que avise o término das aulas, a aula anterior à de Física ocupou quase dez minutos a mais, atrasando o início da atividade. Esse tempo perdido fez bastante diferença, uma vez que as aulas têm a duração de 45 minutos. Além disso, mais tempo foi perdido para organizar os alunos em grupos, pois eles estavam bastante dispersos. O tempo necessário para essa organização foi contado na preparação do Módulo de Ensino, porém, o tempo gasto de fato foi maior, e observou-se a necessidade de ter mais tempo para desenvolver as atividades, pois as aulas de física devem ser voltadas não somente ao ensino tradicional, mas também às práticas experimentais para que os estudantes tenham a possibilidade de desenvolver outras atividades que possibilitem estudar como se desenvolveu o conhecimento científico e não ficarem limitados à resolução de exercícios e questões de vestibular. Além desses fatores, as atividades propostas exigem um número maior de aulas para o desenvolvimento. Nesta atividade, por exemplo, é preciso em torno de três aulas, pois é necessária uma aula para a introdução do assunto, leitura do texto e discussão desta parte inicial, uma aula para a apresentação e realização da atividade experimental e outra para a discussão dos resultados encontrados e a conclusão da atividade. Com o desenvolvimento de atividades experimentais os alunos devem ser levados a participar ativamente no desenvolvimento do conhecimento através de discussões, reflexões, análises e relatos da atividade. Abaixo apresentamos alguns obstáculos observados durante a aplicação da atividade:
- 1º obstáculo: como não existe sinal entre as aulas no período noturno, o professor da disciplina, iniciou a aula com atraso, com isso o planejamento sofreu alterações.
- 2º obstáculo: os alunos não lembravam o conceito de coeficiente angular, fazendo com que os conteúdos tivessem que ser retomados. Os estudantes demonstraram dificuldades para entender a relação que existe entre o coeficiente angular com a força elástica, não conseguindo relacionar os dados analisados do gráfico. Em uma atividade experimental a questão problema deve vir no início da atividade para crie um propósito de trabalho, o aluno saiba o que está procurando.
- 3º obstáculo: dificuldades no manuseio do material experimental, para fazer as medições necessárias.
- 4º obstáculo: pouco tempo de aula, impossibilitando que os alunos terminassem de realizar as medições, os alunos ficaram sem as medidas e impossibilitados de concluir o experimento e tirar as conclusões.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

- A elaboração deste Módulo de Ensino foi feita baseando-se na proposta de atividades experimentais a serem realizadas em sala de aula do Ensino Médio. Ao longo dessa elaboração, procurou-se pensar em algo que fosse simples para construir e aplicar, ao mesmo tempo fugindo do que é tradicionalmente feito em sala e que promovesse uma aprendizagem efetiva os alunos.

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

Inicialmente, foi pensado em uma atividade que ocupasse no máximo duas horas-aula, pois se sabe que a carga horária da disciplina de Física é pouca. Porém, diversos empecilhos estiveram presentes no desenvolvimento da atividade, resultando em um exemplo de não desenvolvimento das atividades propostas. Primeiro, ocorreu um atraso de 10 minutos no início da aula. Um tempo grande foi perdido organizando os alunos em grupos. Ao começar a atividade, percebeu-se que seria necessária uma hora-aula só para as explicações e contextualizações, em razão das dificuldades dos alunos com os conceitos. Embora eles tivessem conhecimento dos conceitos da Lei de Hooke, alguns pareciam não ter nenhuma segurança no assunto, pois não conseguiam relacionar as grandezas físicas correspondentes a cada termo da equação da Lei de Hooke, ou não compreendiam muito bem o conceito de constante elástica da mola ou do deslocamento.

Na atividade proposta o trabalho deve fazer sentido para o aluno, ou seja, ele deve saber o que está procurando seguindo uma linha de raciocínio voltado para o que procura. Os alunos afirmavam desconhecer o conceito de coeficiente angular, que não havia sido trabalhado com as turmas de primeiro ano do Ensino Médio, o que dificultou a discussão da atividade. Por não terem tido contato com coeficiente angular ainda, alguns alunos julgaram precipitadamente que a atividade seria 'muito difícil' e simplesmente desistiram de realizá-la, dificultando muito o andamento da atividade, pois ocorreu uma grande dispersão dos alunos. Mesmo tendo a presença da professora da disciplina em sala de aula, não se consegui manter a atenção da maioria dos alunos. Acredita-se que isso tenha ocorrido também pela falta de experiência das bolsistas.

Na primeira hora-aula, apenas a parte teórica do Módulo de Ensino foi contemplada. Ao iniciar a atividade experimental, a aula terminou, e os alunos se dispersaram novamente, pois era intervalo. Apenas um grupo continuou a desenvolver as atividades. O Módulo de Ensino não pôde ser concluído, pois a professora solicitou que a outra parte da atividade fosse feita no próximo bimestre. A partir dos obstáculos encontrados ao longo da aplicação do Módulo de Ensino, e tendo em vista que ele será aplicado novamente no próximo bimestre, ele será reelaborado. O objetivo da reelaboração do Módulo de Ensino é minimizar as dificuldades e melhorar o aproveitamento e a participação dos alunos nas atividades experimental. Nesta reelaboração o experimento poderia ser feito antes da explicação dos conceitos físicos, para responder uma questão do tipo: 'como se relaciona a força na mola e a sua distensão?'. Afinal, os alunos devem considerar como é desenvolvido o conhecimento científico, pois nenhum cientista vai para o laboratório sabendo exatamente qual é o formato da expressão matemática que vai obter e qual o seu significado, ele está lá para testar hipóteses.

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

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CARVALHO, ANA MARIA PESSOA. ' Termodinâmica: Um Ensino por Investigação', Editora da USP, São Paulo - SP. 1999.

PIETROCOLA, Maurício. 'Física em Contextos' . Vol. 1, 1ª ed. FTD, São Paulo SP. 2010.

BORGES, A. T.; Novos rumos para o Laboratório Escolar de Ciências , Cad. Brás. Ens. Fís., v. 19, n.3: p.291-313, dez. 2002.

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