SITUAÇÕES PROBLEMA APLICADAS NO ESTUDO DA CINEMÁTICA E DA DINÂMICA

## SITUAÇÕES PROBLEMA APLICADAS NO ESTUDO DA CINEMÁTICA E DA DINÂMICA

Ernani Luiz Fazolo , Gregory Beilner , Junior Mecca Barbosa , Fabio Muchenski 1 2 3 4

1 IFC - Câmpus Concórdia/Acadêmico do curso de Licenciatura em Física/ernanifazolo@hotmail.com

2 IFC - Câmpus Concórdia/Acadêmico do curso de Licenciatura em Física/gregory.beilner@hotmail.com 3 IFC - Câmpus Concórdia/Acadêmico do curso de Licenciatura em Física/mecca@r7.com 4 IFC - Câmpus Concórdia/Professor do curso de Licenciatura em Física/fabio.muchenski@ifcconcordia.edu.br

## Resumo

O presente trabalho relata um estudo sobre a Resolução de Problemas associada ao Ensino de Física. Para tal, foram desenvolvidos três exercícios envolvendo SituaçõesProblema e aplicado aos alunos do curso técnico de alimentos do primeiro ano do ensino médio do Instituto Federal Catarinense - Câmpus Concórdia. Estes exercícios pertencem ao ramo da Cinemática e também da Dinâmica e foram elaborados como SP (Situações Problema) envolvendo vetores, como: força peso, força de arrasto, velocidade e aceleração. No tocante aos movimentos, foi abordado também se o movimento era acelerado ou retardado e retrógrado ou progressivo. Aos alunos foram expostas as questões e orientados como deveriam resolver. Após esse momento, realizou-se a discussão em relação aos resultados obtidos pelos alunos. Estes foram questionados quanto as suas escolhas e como chegaram às suas respostas. Então, todas as SP foram corrigidas, procurando enfatizar o conceito por trás de cada questão. Das respostas obtidas, os dados foram quantificados e por base dos mesmos, discutida a eficiência de se adotar a resolução de Situações Problema como prática docente no ensino de Física. A metodologia de resolução de Situações-Problema mostrou-se promissora.

Palavras - chave: Situações-Problema, Resolução de Problemas, Ensino de Física.

## Introdução

A disciplina de Física é conhecida por estudantes como uma das vilãs em 'tirar o sono' dias antes das provas e trabalhos. A disciplina exige conhecimentos em matemática fundamental e interpretação de textos. Muitos dizem que o aluno chega ao Ensino Médio com dificuldades nessas áreas, alegando que no ensino básico não adquiriu o conhecimento necessário para resolver os problemas propostos na disciplina de Física. Pensando nisso, o presente trabalho surgiu a partir de uma discussão em sala de aula, no transcorrer das aulas de Metodologia do Ensino de Física I do curso de Física - Licenciatura do IF Catarinense CâmpusConcórdia no ano de 2013. Na época a Metodologia proposta foi a de resolução de Situações-Problemas (SP) na disciplina de Física no Ensino Médio. Por relatos do professor da disciplina de Metodologia, e de algumas práticas desenvolvidas no transcorrer do curso, foram evidenciadas situações repetitivas em que os alunos do Ensino Médio buscavam a interpretação de exercícios associando-os de alguma

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

26 a 30 de janeiro de 2015

maneira com equações matemáticas envolvidas no conteúdo programático. Entretanto, acredita-se que muitos professores não expõem a seus alunos às SP. Pelo contrário, costumam trabalhar apenas com exercícios que propiciam a repetição das equações e conceitos apresentados (questões fechadas). Ou seja, envolvem questões semelhantes e consequentemente a aula torna-se desinteressante.

Para contornar este tipo de situação, tendo como base trabalhos afins, foi desenvolvido este estudo que busca reforçar o uso de SP como alternativa didática e, assim, ampliar a diversidade metodológica, tornando menos intenso o método tradicional de ensino.

## Revisão bibliográfica

A LDBEN 9394/96 - Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional afirma que a educação básica tem como principal objetivo 'desenvolver o educando, assegurar-lhe a formação indispensável para o exercício da cidadania e fornecer-lhe meios para progredir no trabalho e em estudos posteriores'. No âmbito educacional, várias são as teorias que buscam explicar o comportamento cognitivo do ser humano. A partir disso, novas metodologias de ensino são criadas buscando agregar mais significados ao processo de ensino e aprendizagem.

A resolução de situações-problema motiva e instiga o aluno na busca de estratégias para a resolução de desafios propostos. Nem sempre o aluno alcança um bom resultado de imediato, mas as tomadas de decisões durante a resolução do desafio permitem a reflexão sobre os caminhos que devem ser seguidos possibilitando ao aluno a investigação, o desenvolvimento do senso críticoargumentativo e o aumento na autonomia em sala de aula. (CAMPOS et al, 2012).

Uma boa parte dos alunos tende, naturalmente, a querer resolver problemas com o uso da linguagem verbal, situação que não é muito bem vista pela maioria dos professores em virtude do caráter pouco científico apresentado nestas respostas. É preciso entender que alguns alunos fazem uso desta linguagem por ser, muitas vezes a única maneira, que eles detêm para resolver e explicitar suas resoluções. Obrigar o aluno a utilizar a linguagem formal logo nos primeiros contatos com o estudo da Física, como única forma de expressão, pode acabar causando um grande desestímulo no aluno. O professor deve atuar como mediador no processo de aprendizagem e na evolução do uso da linguagem verbal, que vai sendo aprimorada para o uso da linguagem formal visando uma aprendizagem significativa e não puramente mecânica. (FACCHINELLO; MOREIRA, 2008, pg. 15)

Discutir problemas no ensino de física sem considerar os aspectos de cognição conceitual dos alunos pode não ser a melhor maneira de tentarmos compreender algumas situações decorrentes, na qual, uma pequena parcela de indivíduos em uma sala consegue relacionar o exercício ao conceito e resolvê-lo, ou seja, o que para muitos pode ser algo parcialmente ou totalmente abstrato, para outros se tornará cognoscível conforme SOARES e PINTO (2013). Devido ao fato das turmas serem normalmente heterogêneas reforçam-se os benefícios da utilização dessa metodologia (SP), uma vez que a discussão - que advém durante a aula - envolve respostas e justificativas distintas, certas ou erradas. Assim sendo, procura-se um crescimento na apropriação de conceitos de Física na turma.

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

## Metodologia

O trabalho em si consistiu em três etapas: embasamento teórico; elaboração e aplicação dos questionários e análise e tabulação dos dados obtidos. Os dados aqui apresentados foram obtidos na aplicação de quatro SP, sendo três delas aplicadas antes da discussão e revisão conceitual dos conteúdos e a quarta SP, aplicada sete dias depois procurando averiguar um possível crescimento cognitivo.

Para que a atividade fosse desenvolvida de forma adequada, foi realizada uma busca por materiais de apoio como artigos científicos e materiais semelhantes em revistas na área de Ensino de Física. Dessa forma, compreendeu-se claramente os objetivos propostos. Uma vez concluída a fundamentação teórica, foram elaboradas as questões na forma de SP envolvendo conceitos e aplicações da Mecânica vistas no Primeiro ano do Ensino Médio, como: Cinemática e Dinâmica.

A partir disso, buscou-se avaliar o comportamento cognitivo dos alunos mediante a apresentação de conceitos físicos ou analogias. Participaram desse estudo, trinta alunos do primeiro ano do Ensino Médio do curso Técnico em Alimentos integrado ao Ensino Médio do Instituto Federal Catarinense - Câmpus Concórdia, no início do segundo semestre de 2013. Os alunos foram submetidos a resolver três Situações-Problema, seguidas de resolução e discussão das mesmas. Durante a discussão, foram abordados os conceitos físicos envolvidos nos exercícios, assemelhando-se a uma revisão do conteúdo. A primeira SP desenvolvida era baseada em um gráfico, adaptado, do livro 2 de mecânica do Grupo de Reelaboração do Ensino de Física (GREF), o qual descreve o salto de um paraquedista. A figura 01 ilustra o que foi pedido na questão.

Figura 01 : Gráfico da velocidade pelo tempo para um salto de paraquedas.

<!-- image -->

Nesta figura, o eixo das ordenadas representa a velocidade e a abscissa representa o tempo decorrido na queda. Destacam-se na figura cinco círculos caracterizando diferentes instantes do movimento. O primeiro círculo descreve o momento exato em que o paraquedista salta. No segundo círculo, instantes mais tarde, o paraquedista acelera em queda livre (MUV) e, no terceiro momento atinge a velocidade terminal. Os círculos quatro e cinco representam, respectivamente, a hora em que o paraquedas é acionado e o momento em que o movimento permanece com velocidade constante (MU). A questão é de múltipla escolha, com

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

as alternativas acompanhando o diagrama de forças do enunciado, solicitando ao aluno que indique a força resultante em cada instante indicado pelos círculos. A segunda SP envolvia um veículo em movimento descrevendo uma trajetória curvilínea com os vetores aceleração e velocidade representando o movimento, como pode ser visto na figura 02.

Figura 02: Situações em que o aluno deveria indicar qual o esquema correto. Seta laranja representa a aceleração e a seta branca o vetor velocidade.

<!-- image -->

O exercício continha cinco alternativas, sendo que em cada uma, os vetores estavam em posições diferentes e solicitavam a alternativa que representava corretamente o diagrama contendo os vetores aceleração e velocidade. A terceira SP abordava os tipos de movimento, progressivo, retrógrado, retardado e acelerado. Em quatro situações o carrinho encontrava-se posicionado na mesma direção e sentido, no entanto as setas representando os vetores aceleração e velocidade foram dispostos distintamente para os casos (a), (b), (c) e (d), como podem ser vistos na figura 03.

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

Figura 03: Diferentes combinações de movimentos.

<!-- image -->

O enunciado deste exercício requisitava ao aluno escrever de acordo com os vetores, o tipo de movimento apresentado em cada situação. O conteúdo referente a terceira SP foi retomado e foi reaplicado na semana seguinte. Para tal, o sentido do carrinho, dos vetores e da trajetória, foram alterados. Concluída essa etapa do trabalho, iniciou-se a tabulação das respostas obtidas pelos alunos na forma de gráficos.

## Resultados e Discussão

São apresentados nesta seção os resultados obtidos com a coleta dos dados, bem como as respectivas análises e discussões. Como mencionado anteriormente, o primeiro exercício propôs a interpretação gráfica do salto de um paraquedista, em quatro instantes distintos do salto. Durante a discussão foram levantados alguns aspectos que são considerados fundamentais para a resolução do exercício. Alguns dos aspectos foram abordados mediante perguntas aos alunos, como a que segue: Em algum momento do salto a força peso deixa de existir? Como esperado, a resposta foi: em nenhum momento . Ou seja, independentemente da velocidade variar ou não, a força peso está presente. Além desta importante questão foi explorada a leitura e interpretação do gráfico, para o qual uma aluna se manifestou afirmando que ' a velocidade em função do tempo relacionava a trajetória do paraquedista '. Após o esclarecimento, observou-se uma melhor compreensão dos alunos em relação à leitura e interpretação do gráfico. Prosseguindo a atividade, a segunda SP, requisitou dos alunos que assinalassem a alternativa que melhor representasse a força resultante e a velocidade instantânea que atuavam em um carro fazendo uma curva para a direita. Averiguando as respostas da segunda SP, foi construído o gráfico 01. Ele mostra a porcentagem de erros e acertos da questão.

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

Gráfico 01: Acertos e Erros relacionados à segunda situação-problema.

<!-- image -->

Diferentemente da primeira SP, de modo geral, o desempenho dos alunos foi melhor. Durante a correção do exercício, alguns alunos justificaram sua escolha, associando ao fato de que quando pessoas estão em um carro e o motorista faz uma conversão (ou mesmo quando faz uma curva acentuada) para a esquerda 'tende-se' a ir para a direita, ou seja, no sentido contrário ao movimento.

Outra justificativa diz respeito ao carro fazer ou não a curva. Alguns alunos assinalaram a alternativa que ambas as setas (velocidade e força) apontavam para a mesma direção. A escolha dessa alternativa se deve ao fato do carro fazer a curva e não 'sair' da estrada (tangente à curva), pois caso esse fato se confirmasse, as setas indicariam a direção em que o automóvel adotaria. Para explicar esse fato o professor-orientador interveio na discussão, tomando como exemplo, uma pedra ligada a um fio, em que a mesma estivesse girando. O fio, ligado a pedra representa a força centrípeta (presente também no carro percorrendo a curva). Caso o fio fosse rompido, a pedra sairia da trajetória original e 'escaparia' tangencialmente à curva.

O terceiro exercício apresentava quatro situações de movimento, em que o enunciado demandava aos alunos que indicassem o tipo de movimento em cada caso. Sabe-se da existência de quatro movimentos: Progressivo, quando o móvel se desloca no sentido positivo da trajetória; Retrógrado, quando se desloca no sentido negativo da trajetória; Acelerado, quando o módulo da velocidade aumenta, e retardado quando o módulo da velocidade diminui. Para cada situação do exercício existem dois tipos de movimento. As respostas foram quantificadas, e não foram obtidos resultados satisfatórios. Ou seja, nenhum acerto. Segundo o relato dos estudantes: diziam eles que não lembram ter estudado tal assunto . Nesse sentido, o assunto foi enfatizado durante a correção do exercício e para facilitar o entendimento dos alunos foi demonstrado um 'macete' através de uma comparação entre os sinais da velocidade e aceleração em uma reta orientada, conforme disposto na tabela 1 abaixo.

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

Tabela 1: Relação entre os sinais da velocidade e aceleração e o tipo de movimento.

O sinal da velocidade diz respeito ao sentido do movimento, sendo ele progressivo (+) ou retrógrado (-). O sinal da aceleração conjugado com o sinal da velocidade identifica o movimento como acelerado (+) ou retardado (-). Isto é, da mesma forma como em um jogo de sinais, muito utilizado em matemática, o resultado do produto dos mesmos dirá se o movimento será acelerado ou retardado.

Percebeu-se a grande dificuldade dos alunos em definir os tipos de movimento com a realização da terceira SP. Procurando melhores resultados foi desenvolvida outra SP para reaplicação. Foi desenvolvido um exercício semelhante ao da terceira SP - já que não foram obtidos acertos no ato da primeira aplicação. Com o mesmo enunciado, mas com algumas alterações na imagem, o exercício foi reaplicado. O gráfico 02, a seguir, representa a quantidade de erros e acertos na reaplicação.

Gráfico 02: Número de acertos na reaplicação da segunda SP.

<!-- image -->

Como pode ser percebido, o maior percentual de acertos ocorreu na situação 'A', seguida da situação 'D', 10 e 7, respectivamente. Nestas situações os vetores velocidade e aceleração apontavam para o mesmo sentido. No momento da reaplicação, a interação com a turma foi mínima, uma vez que o tempo cedido era limitado.

Durante a aplicação das SP e durante a correção das mesmas em sala, os conceitos já estudados foram reforçados, favorecendo uma discussão interativa

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

aluno-professor, tornando a aula mais agradável e possibilitando ao aluno uma melhor compreensão.

## Conclusões

Com a conclusão do trabalho, presenciaram-se as dificuldades que os alunos possuem com a disciplina de Física do primeiro ano do Ensino Médio, sobretudo aqueles relacionados à cinemática. Mesmo sem a presença de equações matemáticas e evidenciando apenas situações interpretativas. Fica explícito, com a realização deste trabalho, que o 'dito popular' Não entendo a Física pelo fato de possuir inúmeros cálculos não passa de uma concepção alternativa existente entre os alunos. Os conceitos podem ser tão difíceis de serem assimilados quanto os cálculos.

- A utilização de resolução de SP como uma das opções para o ensino da Física mostrou-se promissora, uma vez, que os alunos interagem com maior frequência durante a aula. Uma aprendizagem significativa pode ocorrer na turma, já que o aluno é incentivado a participar, expor sua interpretação e possíveis dúvidas que surgirão no transcorrer da aula.
- O trabalho apresentou-se proveitoso e de suma importância para a formação profissional. Acredita-se que ministrar aulas, envolvendo a resolução de SP, pode ser uma das metodologias que apontam no sentido de apresentarem relativa eficácia no ensino de Física.

Além disso, considera-se relevante a diversificação metodológica na docência ao invés da prática rotineira. Os conteúdos de Física devem, sempre que possível, serem trabalhados de forma interdisciplinar e integradora em detrimento de sua fragmentação como muitas vezes ocorre. A organização dos conteúdos a serem abordados em sala na forma de SP poderá contribuir para desmistificar a ideia da 'Física abstrata'.

## Referências

BRASIL. Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional , Lei nº. 9.394, de 20 de dezembro de 1996.

CAMPOS, B.S.; FERNANDES, S.A.; RAGNI, A.C.P.B. e SOUZA, N.F. Física para crianças: abordando conceitos físicos a partir de situações-problema. Revista Brasileira do Ensino Física, São Paulo, vol.34, n°1, Jan./Mar. 2012.

FACCHINELLO, Carla Simone; MOREIRA, Marco Antônio. Uma alternativa para o ensino da dinâmica no ensino Médio a partir da resolução qualitativa de problemas. Textos de apoio ao professor de física, Porto Alegre: UFRGS, v.19, n°6, 2008.

SOARES, M. T. C.; PINTO, N. B. Metodologia da Resolução de Problemas.

UFPR. Disponível em: &lt;http://www.ufrrj.br/emanped/paginas/conteudo\_producoes

/docs\_24/metodologia.pdf &gt;. Acesso em: 07 out. 2013.

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