Um Estudo da Utilização do Mergulho Recreativo No Ensino de Física

## UM ESTUDO DA UTILIZAÇÃO DO MERGULHO RECREATIVO NO ENSINO DE FÍSICA

## Marcos Moura 1

1 Colégio Pedro II e IF/UFRJ - MPEF, moura.marcos@yahoo.com.br

## Resumo

Um Estudo da Utilização do Mergulho Recreativo no Ensino de Física é uma análise da Aventura Científica realizada pelo professor Roberto Affonso Pimentel Jr. com alunos do Colégio de Aplicação da UFRJ. Nessa atividade, os alunos utilizam seus conhecimentos sobre pressão e volume de um gás para projetar, construir e calibrar um profundímetro capaz de fornecer medidas entre 0 a 10 metros com margem de erro de 0,5 m para mais ou para menos. O projeto conta ainda com encontros para discussão sobre o tema e uma viagem para Arraial do Cabo, onde, auxiliados por uma equipe de mergulhadores profissionais, os alunos utilizam seus aparelhos de medida. A partir da análise dessa atividade o autor aponta a amplitude temática e o caráter interdisciplinar e experimental desse projeto, bem como a importância do prazer, tanto para docentes quanto para discentes, no processo ensino-aprendizagem. Assim, são apresentados a fundamentação teórica para execução da atividade, mostrando como o Teorema de Stevin e a Lei de Boyle se relacionam nesse contexto; os aspectos pedagógicos que a proposta envolve e os desdobramentos da Aventura Científica em especial e, consequentemente, do Núcleo de Atividade em Física (NAF).

Palavras-chave: Física. Ensino. Aprendizado. Mergulho.

## 1. Introdução

- O presente estudo tem como objetivo apresentar a proposta de trabalho do 1 Professor Beto Pimentel Jr. no CAp-UFRJ como um projeto que rompe com os métodos tradicionais de ensino e busca instaurar um ensino que aproxime de forma mais eficaz o aluno da aprendizagem de ciências naturais.

No Núcleo de Atividades em Física (NAF), uma espécie de 'clube de ciência', os alunos, dentre outras atividades, recebem propostas de desafios que envolvem atividades experimentais chamadas 'Aventuras Científicas'. A partir da análise da segunda Aventura Científica, a AC#2, que abrange o projeto e a elaboração de um profundímetro, aparelho utilizado por mergulhadores para medir a profundidade durante a prática do mergulho, pode-se verificar as contribuições positivas que o projeto proporciona à formação dos alunos, e que serão aqui alvo de estudo.

Partindo da visão de Paulo Freire (1996, p.47) de que o ensino não consiste em mera transmissão de conteúdos, mas em uma construção capaz de proporcionar ao aluno a possibilidade de uma produção autônoma de conhecimento, este trabalho consiste em uma pesquisa que demonstra como o projeto da Aventura Científica #2 (AC#2) resulta na superação de algumas deficiências muito recorrentes no ensino de Física - a transmissão de conhecimento de maneira verticalizada através de aulas com caráter narrativo e má utilização do material didático.

Nesse sentido, serão apresentados alguns tópicos que envolvem a AC#2. Aprofundar o estudo sobre a proposta do professor Roberto A. Pimentel Júnior foi possível através do acompanhamento das atividades desenvolvidas com os alunos não só no colégio, mas também durante a prática da atividade em Arraial do Cabo (RJ), onde acontece a AC#2. Além do acompanhamento da atividade, em 2012, para elaboração do trabalho de conclusão de curso, o autor deste artigo auxiliou a atividade em 2007, como licenciando de Física do Cap-UFRJ, e, após a conclusão da Licenciatura em Física, em 2013 e 2014. A atividade foi realizada diversas vezes desde 2002, no entanto com frequência irregular.

## 2. Proposta de Atividade

Para a atividade, os alunos são divididos em grupos de quatro estudantes e a eles é dada a tarefa de construir um profundímetro que forneça medidas entre 0 e 10 metros com erro máximo de 0,5 m para mais ou para menos. Após algumas semanas de discussão sobre o tema e treinamento prévio, os alunos são levados a Arraial do Cabo onde, auxiliados pela equipe da operadora PL Divers , devem utilizar seus aparelhos durante alguns mergulhos e calibrá-los de acordo com um profundímetro comercial.

A atividade conta com algumas despesas referentes à sua execução e que são de responsabilidade dos alunos, pais ou responsáveis. É necessário custear transporte, hospedagem, locação de equipamento e contratação da operadora de mergulho, no caso a PL Divers . Em 2012, o transporte foi concedido pela UFRJ e os demais gastos somaram um valor de R$230.

Em Arraial do Cabo, os três primeiros alunos de cada grupo a realizar o mergulho devem registrar medidas para calibrar seus instrumentos. Cada um destes estudantes deve anotar três medidas de profundidades diferentes lidas no equipamento do instrutor e no aparelho da equipe.

Após as 9 medidas, cada equipe deve se reunir e ajustar as indicações de seus aparelhos de acordo com o profundímetro comercial de seus instrutores. A sugestão é que eles montem um gráfico cartesiano que relacione as medidas obtidas em cada aparelho e determinem a melhor equação que representa a curva do gráfico.

Acompanhado pelo instrutor, o último aluno a mergulhar deve fazer três medidas em profundidades predeterminadas pelo professor. O objetivo dessas medidas é verificar o sucesso dos alunos no processo todo: construção, utilização e calibração de seus profundímetros. Assim, o último estudante não deve conhecer previamente as profundidades que irá medir e também não deve ter acesso ao profundímetro do instrutor.

## 2.2. Princípios Físicos para Construção de um Profundímetro

Para projetar e construir seus aparelhos de medida, os alunos devem saber o que é pressão, como ela influencia no volume de um gás e como ela varia de acordo com a profundidade. Aprendendo isso, as equipes podem construir um profundímetro utilizando uma mangueira transparente vedada em uma das extremidades e, através da variação do volume do ar no interior dela, medir a profundidade uma vez que tanto o volume de um gás quanto a pressão variam com a profundidade de acordo com a lei de Boyle e o teorema de Stevin, respectivamente.

De acordo com o teorema de Stevin, a diferença de pressão entre dois pontos no interior de um líquido depende da diferença de profundidade. A expressão algébrica que traduz o teorema de Stevin é:

<!-- formula-not-decoded -->

na qual, e são as pressões em dois pontos distintos no interior do líquido a profundidades e , respectivamente, em relação a superfície do líquido.

Como na atividade os alunos deverão saber a profundidade em relação à superfície que separa a água do ar, a profundidade será nula e a pressão será atribuída à pressão atmosférica ( ). Logo, a pressão absoluta ( ) associada à profundidade a ser medida será dada pela expressão:

<!-- formula-not-decoded -->

encontrada quando substituímos por , por e por na equação (1) e representa a pressão total sobre um ponto a uma profundidade em relação à superfície livre do líquido.

Figura 1 -Representação dos pontos 1, em contato com ar atmosférico, e 2, no interior do líquido.

<!-- image -->

Além de compreender como a pressão varia em função da profundidade em um líquido, o aluno precisa relacionar o teorema de Stevin com a Lei de Boyle sabendo que influência a pressão pode provocar sobre o volume de um gás durante uma evolução a temperatura constante.

Algebricamente podemos dizer que o produto , da pressão ( ) e do volume do gás ( ), em uma evolução gasosa isotérmica é constante. Comparando três estados gasosos com um estado genérico, todos a uma mesma temperatura, temos:

<!-- formula-not-decoded -->

A conclusão a que podemos chegar é que, se uma mangueira inicialmente cheia de ar for mergulhada em água com apenas uma de suas extremidades vedada sem que se permita a saída de qualquer quantidade de ar do seu interior, a coluna de ar sofrerá uma compressão segundo o teorema de Stevin e terá seu volume reduzido gradativamente de acordo com a Lei de Boyle . 2

Matematicamente isto pode ser representado agrupando as equações (2) e

(3):

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<!-- formula-not-decoded -->

Como o formato da mangueira é cilíndrico, podemos calcular seu volume ( , assim como o volume da coluna de ar ( ) em seu interior, por:

Figura 2 -À esquerda, representação de um modelo de profundímetro construído por alunos entrando na água. À direita, representação de um profundímetro imerso na água, onde a pressão hidrostática comprime o ar e a água invade parcialmente o profundímetro.

<!-- image -->

Substituindo (5) e (6) em (4):

<!-- formula-not-decoded -->

Após chegarmos a essa relação final com os alunos, é necessário discutir os valores que devem ser adotados para cada uma das grandezas envolvidas que não serão medidas: pressão atmosférica (patm), densidade da água ( ) e gravidade local (g).

Para pressão atmosférica, será adotado o valor indicado por HALLIDAY, RESNISCK, e KRANE (2003) 3 : . No mesmo livro de HALLIDAY, RESNISCK, e KRANE (2003, p. 39, tabela 15.2), encontramos a informação de que a densidade da água do mar é . Usando para gravidade , temos:

Logo,

<!-- formula-not-decoded -->

Esta equação permite aos alunos relacionar a profundidade ( ) com o comprimento da coluna de ar no interior do profundímetro ( ). Assim, eles podem fazer marcações em seus aparelhos para que estas sirvam de escala para medição da profundidade.

Após projetar, construir e graduar seus equipamentos é a vez de testá-los e comparar as medidas lidas neles com os profundímetros utilizados pelos instrutores de mergulho de cada equipe. Com essa comparação o desafio termina com as

equipes calibrando seus aparelhos de acordo com o do instrutor com margem de erro de no máximo 0,5 m para cada medida das três a serem testadas entre 0 e 10 m.

## 3. Aspectos Pedagógicos

## 3.1. A Forma Clássica de Ensinar

As aulas ministradas por professores de diferentes disciplinas em muitas escolas tradicionais de ensino básico possuem um caráter narrativo predominante. Os professores se preocupam em elaborar explicações claras, fazendo o aluno entender tudo o que está sendo apresentado.

Neste modelo clássico de aula, o professor assume o papel de narrador, com objetivo de transmitir o conteúdo do livro didático ao aluno. Ao aluno, então, cabe o papel de reproduzir em seu caderno aquilo que é apresentado em aula, ou o que ele conseguir escrever, e estudar essas anotações e o livro-texto para ser avaliado através de uma prova ou teste.

## Segundo MOREIRA (2010, p.19):

Finkel argumenta que o modelo da narrativa parece natural aos alunos, aos pais, à sociedade, a todos, e, por isso mesmo, não é questionado. Mas deveria sê-lo: transmitir informação desde a cabeça do professor até o caderno do aluno, para que este transfira a informação do caderno à sua cabeça para passar em exames é um objetivo inadequado da educação (op. cit., p. 35) . Esse modelo está voltado para a aprendizagem de informações 4 específicas a curto prazo. Pouco resta dessa aprendizagem depois de algum tempo. Ao contrário, a educação deveria buscar aprendizagens relevantes, de longa duração, que alterassem para sempre nossa apreciação do mundo, aprofundando-a, ampliando-a, generalizando-a, agudizando-a (op. cit., p. 37) . A esses objetivos poderíamos acrescentar a 5 crítica, ou seja, 'nossa apreciação crítica do mundo'.

Fica claro, então, que mesmo que o professor seja um bom professor, capaz de dar boas explicações e encantar seus alunos com seus discursos, esse modelo de ensino estimula a aprendizagem mecânica em detrimento da aprendizagem significativa em que o aluno é sujeito da aquisição de conhecimento.

Essa forma tradicional de ensinar, segundo MOREIRA (2010, p.8 e p.9), segue um modelo que Paulo Freire chamou de "educação bancária":

Mesmo na época das novas tecnologias de comunicação e informação a metáfora que parece prevalecer na escola é aquela que Freire chamou de educação bancária. Nessa metáfora, o conhecimento é 'depositado' na cabeça do aluno, sem relação com seu saber prévio, com sua realidade, com seus interesses. O currículo está organizado em termos de disciplinas acadêmicas e/ou competências e dos professores exige-se que cumpram extensos programas das disciplinas em períodos fixos de tempo, o que só pode ser feito 'depositando' o conhecimento na cabeça do aluno. As competências seriam, metaforicamente, possíveis 'rendimentos' desse depósito.

Nessa atmosfera, em que o professor deixa de construir laços entre a matéria aprendida em sala de aula e situações reais, aprender o conjunto de fórmulas e suas aplicações em exercícios abstratos, que criam uma nova realidade, se torna mera obrigação. Assim, o aluno perde a oportunidade de compreender

fenômenos naturais, o funcionamento de máquinas e aparelhos do seu cotidiano, entre outras coisas.

## 3.2. O Prazer no Processo Ensino-Aprendizagem

Para PIMENTEL Jr. (2011, p. 124), há um fator no processo ensinoaprendizagem que merece ser considerado como uma categoria de problemas à parte:

Trata-se do entendimento do processo de ensino-aprendizagem como um processo de volição, isto é, como algo subordinado à vontade. Traduzindo num aforismo: só aprende quem quer aprender. É chocante o contraste entre o quanto isto parece um fato óbvio e o quanto as propostas didáticas dos professores parecem não o levar em conta. Note-se que não estou falando de ensinar o que o aluno quer aprender. Do ponto de vista do aluno, estou dizendo que ele só conseguirá aprender algo se tiver o desejo de aprendê-lo. Evidentemente, este desejo pode ser motivado por diversos fatores, desde simples coerção até às mais nobres aspirações por um conhecimento com fim em si mesmo.

Acreditando que o processo de ensino-aprendizagem é um processo relacionado à vontade também para o professor, PIMENTEL Jr. (2011, p.124) destaca a seguinte questão: "aquilo que dá prazer ao meu aluno pode ser igual àquilo que me dá prazer como professor?". Dando como exemplos o prazer pelo lúdico, de explorar e descobrir coisas novas, descobrir padrões ou interagir com outros seres humanos, o autor mostra que a resposta é "sim" e explica: "em geral, o prazer de ensinar está intimamente relacionado ao prazer que sentimos quando aprendemos , e a memória de um reforça o outro."

A atividade do profundímetro, portanto, une os interesses de professor e aluno através de uma prática prazerosa, tornando-a bem sucedida e eficaz. Os alunos se envolvem com a aventura científica, apreendendo conceitos físicos de maneira mais criativa e autônoma.

## 3.3. A Atividade Além de um Profundímetro

Com os alunos estimulados, são muitos os temas relacionados a mergulho que englobam Física e que podem ser trabalhados antes, durante e depois da atividade. Além dos tópicos necessários para desenvolver o profundímetro - a Lei de Boyle e o Teorema de Stevin - o professor ainda pode estender o conteúdo de hidrostática até o Princípio de Arquimedes, e ainda trabalhar calorimetria, óptica e outros tópicos.

Durante os dias de prática da atividade, pode-se introduzir uma discussão sobre as forças que atuam sobre uma pessoa durante o mergulho recreativo. Com isso, é possível abordar a diferença entre mergulho em água doce e água salgada, o porquê de ser mais difícil mergulhar com a roupa de neoprene e qual a importância dos lastros, da utilização do colete, entre outras coisas.

Ao falar sobre a roupa de mergulho, o tema "troca de calor" pode ser introduzido com o debate sobre as trocas de calor entre o corpo humano e diferentes meios (água, ar e diferentes tipos de sólidos), o papel das diversas roupas de mergulho (espessuras das roupas de neoprene , roupas semi-secas e secas) e o efeito do xixi dentro da roupa do mergulho - há, inclusive, um ditado que diz que todo mergulhador ou faz xixi na roupa durante o mergulho ou mente.

Em óptica, um dos grandes temas é quais cores enxergamos em diferentes profundidades, questão esta que pode ser explicada pela absorção diferenciada da

luz pela água. Ainda sobre óptica, pode-se abordar a refração e como enxergamos embaixo d'água quando vestimos a máscara de mergulho.

- O caráter múltiplo do projeto, que cria a possibilidade de abordar diversos temas do currículo de Física, o torna mais rico. No mesmo ambiente, vemos como as matérias coexistem e podem ser trabalhadas concomitantemente dentro de um mesmo contexto, transitando entre diferentes tópicos como hidrostática, termologia, óptica, etc.

Além da grande amplitude da atividade dentro do conteúdo de Física, também é possível abordar temas de outras disciplinas. Segundo PIMENTEL Jr. (2011, p.127):

as atividades do NAF sistemática e necessariamente buscam romper com a visão tradicional de disciplinas estanques, porque se baseiam em problemas reais, nos quais é preciso lançar mão de conhecimentos de diversas naturezas, e não apenas os relacionados aos conteúdos trabalhados nos cursos de Física.

Disciplinas como Física, Química e Biologia, comumente dissociadas no ensino médio, se integrando de forma perfeita quando estudamos a fisiologia do corpo humano associada ao mergulho. Além desse exemplo, podemos citar os recursos matemáticos utilizados para projetar, construir e calibrar o profundímetro e a atividade de observação dos diferentes tipos de espécies ao longo do costão orientada por um professor ou licenciando de Biologia que acompanha o grupo.

Sobre a Aventura Científica do profundímetro (AC#2) PIMENTEL Jr. (2011, p. 131) afirma:

Um dos aspectos mais interessantes da AC#2 é, no entanto, aquele relacionado ao design. As equipes não têm apenas que construir um instrumento de medição, elas têm que construir um instrumento de medição que forneça as melhores medições possíveis com a maior facilidade de uso nas condições em que terá que ser usado. Nesse aspecto é sempre muito interessante ver as soluções encontradas pelas equipes e as improvisações que elas precisam fazer, tanto no instrumento de medição enquanto objeto, como na análise de dados e nos procedimentos de medição.

Essa análise ressalta mais uma característica do projeto. A atividade extrapola os conteúdos programáticos clássicos e ajuda o aluno a desenvolver conhecimentos, habilidades e competências além da formação curricular tradicional.

No projeto de construção do profundímetro, o aluno se torna sujeito de sua aprendizagem, capaz de assumir responsabilidades e planejar ações, ciente do que irá realizar, para quê e como. Sendo agente ativo desse processo, o aluno aprende a trabalhar com hipóteses e encontrar soluções.

- A atividade em questão entrelaça teoria e prática, estimula o aluno a aprender e a aplicar o conhecimento numa situação real, fugindo do padrão desinteressante em que o aluno precisa aprender apenas para o teste. Alternando a obrigação pela satisfação no processo ensino-aprendizagem, os alunos saem de um ambiente de solidão nos estudos no qual muitas vezes apenas aprendem a reproduzir o conteúdo aprendido para um meio de cooperação onde há grande espaço para criatividade e sociabilidade.

## 4. Conclusão

A partir deste estudo foi possível concluir que a Aventura Científica #2 proporciona aos alunos a realização de um experimento que consiste na própria

vivência científica em primeira pessoa. Ao construírem por si mesmos um aparelho de medida que é testado e utilizado na atividade de mergulho, os alunos não apenas sistematizam conceitos físicos, mas se apropriam do conhecimento prático do que aprendem.

A realização da AC#2 apresenta, entretanto, algumas dificuldades, uma vez que são raros professores com disponibilidade e possibilidade de romper com o ensino tradicional de ciências. Outro empecilho que pode ser apontado é a demanda financeira. Não basta, portanto, ter interesse na aventura, mas é preciso dispor de meios para participar do projeto.

Ainda que esteja diretamente relacionada a uma prática prazerosa, é preciso ressaltar que a AC#2 é uma proposta com fundamento teórico, que tem como objetivo uma apreensão mais eficaz dos conteúdos. A partir de entrevistas feitas com ex-alunos que participaram do projeto em diferentes anos, foi possível concluir que, embora muitos não se lembrem das denominações dos princípios físicos necessários para projetar e construir um profundímetro (Lei de Boyle e Teorema de Stevin), a essência desses tópicos é apreendida. Esses e outros assuntos, como a ampliação de uma máscara de mergulho, troca de calor e questões relacionadas à fisiologia, são lembrados por alguns ex-alunos mesmo anos depois da conclusão do Ensino Médio.

A aventura científica do NAF é uma experiência afetiva e efetiva de conhecimento só possível porque conjuga ensino e prazer de aprendizagem. Exemplo de que o comprometimento de um professor pode criar laços que unem os alunos para além de atividades escolares, o NAF é uma experiência bem sucedida que possibilita a apropriação da Física não só como uma disciplina tradicionalmente associada à área de exatas, mas também como uma ponte para a construção de uma das mais estimadas conquistas humanas: o senso de pertencimento.

## Referências

HALLIDAY, David; RESNISCK, Roberto; KRANE, Kenneth S. Física 2. 5 ed. Rio de a Janeiro: LTC, 2003

FREIRE, Paulo. Pedagogia da autonomia: saberes necessários à prática educativa. ed. São Paulo: Paz e Terra, 1996.

MOREIRA, Marco Antônio. Aprendizagem Significativa Crítica. Versão revisada e estendida de conferência proferida no III Encontro Internacional sobre Aprendizagem Significativa, Lisboa (Peniche), 11 a 15 de setembro de 2000. Publicada nas Atas desse Encontro, pp. 33- 45, com o título original de Aprendizagem significativa subversiva. Publicada também em Indivisa, Boletín de Estúdios e Investigación, no 6, pp. 83-101, 2005, com o título Aprendizaje Significativo Crítico. 1a edição, em formato de livro, 2005; 2a edição 2010; ISBN 85-904420-7-1.

NUSSENZVEIG, H. Moyses. Curso de Física básica - vol. 2. 4 ed. São Paulo: a Edgard Blucher, 2002

PIMENTEL Jr., Roberto Affonso. . Aventura e Ensino de Física. Instrumento (Juiz de Fora), v. 13, p.123-133, 2011.