O POTENCIAL DE EXPERIMENTOS DE BAIXO CUSTO NO DESENVOLVIMENTO DE HABILIDADES COGNITIVAS E NA CONSTRUÇÃO DE CONHECIMENTOS DE FÍSICA NO ENSINO FUNDAMENTAL

## O POTENCIAL DE EXPERIMENTOS DE BAIXO CUSTO NO DESENVOLVIMENTO DE HABILIDADES COGNITIVAS E NA CONSTRUÇÃO DE CONHECIMENTOS DE FÍSICA NO ENSINO FUNDAMENTAL

## Leandro Silva Moro , Eduardo Kojy Takahashi 1 2

1 Universidade Federal de Uberlândia/Programa de Pós-graduação em Educação, leandrofisicaufu@yahoo.com.br

2 Universidade Federal de Uberlândia/Instituto de Física e Programa de Pós-graduação em Educação, ektakahashi@ufu.br

## Resumo

Este trabalho apresenta uma forma de articular atividades experimentais de maneira problematizadora e investigativa para estimular o desenvolvimento de algumas habilidades cognitivas e a construção de conhecimentos introdutórios de Física a estudantes do 9º ano do Ensino Fundamental. Utiliza-se como referencial teórico a Teoria da Assimilação de David Ausubel (AUSUBEL, NOVAK e HANESIAN, 1980) e como aporte metodológico os Três Momentos Pedagógicos de Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2007). Para tanto a coleta de dados ocorreu em três etapas: Atividade Prévia; os experimentos (Flutua ou Afunda? e Será que a sacola aguenta?); e por fim, a Atividade Final. Participaram da pesquisa quinze estudantes de uma escola pública do interior de Minas Gerais (MG). Os resultados obtidos sinalizam que as atividades permitiram incitar os estudantes e possivelmente elevar o nível do processo cognitivo, pois exigiram dos mesmos a capacidade de estabelecer relações entre o que sabiam e o que lhes era apresentado.

Palavras-chave : Experimentos. Habilidades Cognitivas. Conhecimentos Físicos.

## Introdução

A abordagem dos conteúdos próprios da Física invariavelmente inicia-se no último ano do ensino fundamental, embora este campo do conhecimento forneça a base científica para as explicações sobre eventos envolvendo a matéria e a energia, suas relações e interações e devesse, portanto, ser mais bem trabalhado nas séries iniciais da educação formal. O despreparo que o professor de Ciências apresenta, em geral, para abordar temas da Física (DAMASIO, 2007) e, consequentemente, idealizar e propor experimentos simples, aliado a uma despreocupação em conferir os conteúdos científicos apresentados nos livros didáticos, contribui para uma formação científica deficiente do estudante e serve para perpetuar erros conceituais na área, fatos estes já tratados na literatura (BIZZO, 2000; LANGHI e NARDI, 2007).

Além disso, acredita-se que a experimentação deve propiciar momentos de estímulo à criatividade e ao exercício do pensamento lógico. Assim, a ideia deste trabalho é apresentar uma forma de articular experimentos simples de maneira problematizadora e investigativa para estimular o desenvolvimento de algumas habilidades cognitivas e a construção de conhecimentos introdutórios de Física a estudantes do 9º ano do Ensino Fundamental. Para tanto, foram desenvolvidas e avaliadas duas atividades experimentais relacionadas aos conceitos de movimento, força e equilíbrio de forças, tendo como referencial teórico a Teoria da Aprendizagem de Ausubel (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980) e como aporte

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26 a 30 de janeiro de 2015

metodológico os Três Momentos Pedagógicos de Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2007). A condução das atividades evitou as tradicionais práticas experimentais rigidamente orientadas e demonstrativas e teve a intenção de estimular nos estudantes as capacidades de planejar e executar a investigação, observar, interpretar e analisar o fenômeno, discutir e relacionar os parâmetros físicos relevantes.

## 1. A Experimentação no Ensino de Física

Consonante com muitos pesquisadores e professores da área, avaliou-se que não basta ilustrar as aulas da disciplina com simples aplicações demonstrativas da Física ou levar os estudantes ao laboratório da escola ou para outro ambiente onde possam realizar atividades práticas e/ou investigativas para que as aulas sejam mais atraentes ou interessantes. Espera-se que o docente de Física, ao escolher uma atividade prática tenha em mente como irá proceder durante a consecução da mesma e quais ligações são possíveis de ser feitas com o cotidiano do seu alunado. Assim, as atividades precisam ser desafiadoras e capazes de instigar os alunos a pensarem na construção e no funcionamento dos artefatos com os quais se depararem e/ou interagirem, para que, dessa maneira, possam fazer conexões com o 'mundo' que os cerca.

Tais reflexões apontam na mesma direção dos estudos de Valadares (2001), Valadares (2005), Laburú, Barros e Kanbach (2007), Barolli e Franzoni (2008), Abrahams e Millarb (2008) e Souza et al. (2009). Em síntese as investigações mostram que atividades práticas podem ser relevantes para o ensino-aprendizagem de Física, porque a experimentação propõe estimular os estudantes a adotarem uma atitude investigativa, inventiva, crítica, descobridora e empreendedora.

Desse modo, almeja-se que as atividades experimentais sejam conduzidas como uma aprendizagem compatível com a Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980), pois envolvem a relação do fazer com a reflexão crítica, estimulando uma postura de associação entre os conhecimentos teóricos e práticos na sua realização.

Com este propósito, entende-se como habilidades cognitivas aquelas relacionadas à organização e ao uso do conhecimento (INEP, 1999), que envolvem a resolução de problemas por meio do levantamento de hipóteses, que são inerentes a atividades experimentais.

Diante disso, consideram-se atividades práticas não somente aquelas que necessitam de um ambiente específico, com equipamentos especiais para a realização de trabalhos experimentais, mas também aquelas que podem ser desenvolvidas em ambiente escolar, sem a necessidade de instrumentos sofisticados (VALADARES, 2001). Logo, optou-se por trabalhar experimentos que utilizassem materiais acessíveis aos alunos: simples e de baixo custo.

Por outro lado, Chalmers (1993) alega que na forma dominante, a experimentação é compreendida e desenvolvida como modo de demonstrar teorias estabelecidas, visando apenas o desenvolvimento de habilidades de observação, comparação e anotação. Assim, não há uma troca de conhecimentos entre professor e alunos, bem como uma sistematização do objeto específico de conhecimento.

Isso permite deduzir que uma pessoa constrói competências e desenvolve habilidades em função das situações que enfrenta com maior frequência (PIETROCOLA, 2005). Ela utiliza conhecimentos tácitos, experiências vividas, mas

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encontra soluções novas e altera as situações apresentadas. Desse modo, pode-se entender a 'competência', como sendo um processo criativo, em que se destaca a capacidade de continuamente improvisar diante de alguma situação. Pois, competência é colocar o que se sabe em um determinado contexto.

Posto isso, acredita-se que o docente precisa levar os seus alunos a tentar descobrir a natureza dos objetos, e considerar os sinais proporcionados pelas experiências de cada um. Pois, a mediação didática deve facilitar este processo de ensino-aprendizagem, já que exige, necessariamente, a reconstrução de saberes. (PIETROCOLA, 2005).

Dessa maneira, entende-se por Ciência processos de busca por perguntas e respostas que estão inter-relacionadas. Tais processos resultam em modelos explicativos para os fenômenos da natureza, do universo, da realidade (CHALMERS, 1993).

Tendo em vista tal realidade, bem como os pressupostos e o contexto esboçado do estudo, o problema orientador foi buscar compreender em que medida a experimentação propicia o desenvolvimento de habilidades cognitivas e a construção de conhecimentos de Física em alunos de uma turma do 9º ano do ensino fundamental, de uma escola pública municipal de Uberlândia-MG.

## 2. Aplicação da Metodologia

A pesquisa que aqui se delineia é empírica, descritiva e possui uma metodologia que privilegia a abordagem qualitativa. Utiliza-se esta abordagem, pois sua principal característica é a natureza interpretativa e permite uma diversidade de enfoques para compreender o objeto de estudo (BOGDAN; BIKLEN, 1994).

Quanto à metodologia das aulas, adotou-se a dinâmica didático-pedagógica fundamentada numa abordagem temática conhecida como os 'Três momentos pedagógicos' (DELIZOICOV, ANGOTTI; PERNAMBUCO, 2007). Os momentos são: Problematização Inicial, Organização do Conhecimento e Aplicação do Conhecimento.

- O desenvolvimento das atividades práticas ocorreu nas aulas de conteúdos de Mecânica, com a divisão da sala em 2 grupos de alunos. Cada grupo foi dividido em equipes compostas por dois ou três estudantes. A seguir detalha-se cada etapa do processo metodológico mencionado.

## 2.1. Problematização Inicial

Consistiu na apresentação de situações reais, que possivelmente faziam parte do universo dos estudantes e que se relacionavam com os conteúdos vistos na disciplina e aqueles que seriam trabalhados durante as atividades práticas. Buscouse identificar o conhecimento prévio dos estudantes a partir das respostas aos questionamentos verbais e escritos. Esta etapa ocorreu durante a primeira aula, com a duração de 50 minutos.

## 2.2. Organização do Conhecimento

Momento composto por duas aulas com cada grupo e duração de 50 minutos. Foi apresentada, a cada grupo de estudantes, uma situação-problema. Ao

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grupo 1, composto pelas equipes de estudantes de pseudônimos Elis, Cida e Bel; Sol e Jac; Yan e Teo foi proposto o desafio de construírem um artefato que, ao ser colocado na água, pudesse conter o maior número de bolinhas de gude (bilocas) sem afundar (experimento 'Flutua ou Afunda?'). Ao grupo 2, constituído pelas equipes de estudantes com codinomes Vini e Leo; Ket e Carol; Fran e Bia; Tati e Cris foi proposto investigar como transportar o maior número de garrafas Pet em sacolas plásticas de supermercado, de forma que a sacola aguentasse (Experimento 'Será que a Sacola Aguenta?').

Cada grupo foi conduzido em semanas alternadas ao laboratório da escola para desenvolver suas atividades. Em ambos os grupos, cada equipe também recebeu um material contendo questões investigativas e norteadoras da atividade, e as respondeu à medida que a equipe construía o artefato.

Sob a orientação de um dos professores-pesquisadores, os conhecimentos necessários para a compreensão do tema e da problematização inicial foram estudados (DELIZOICOV, ANGOTTI; PERNAMBUCO, 2007). Procurou-se questionar os discentes até o ponto em que pudessem perceber que suas informações eram insuficientes, sendo necessária a busca de mais conhecimento.

A atividade proposta ao grupo 1 teve como objetivos: compreender as variáveis envolvidas na flutuação de corpos: massa, peso, formato (área de contato do artefato com a água), distribuição de massa, empuxo. Para a realização da mesma utilizou-se: um recipiente com água (balde ou bacia, por exemplo), uma folha de papel alumínio de aproximadamente 30 cm de lado e bilocas (bolinhas de gude).

Com relação ao grupo 2 foi disponibilizado aos participantes os seguintes materiais: garrafas PET de 1,5 e 2,0 litros cheias de água e sacolas plásticas de supermercado, aparentemente idênticas. Ao começar a ler o material norteador da prática os participantes eram direcionados a pegar uma sacola e colocar alguns objetos e/ou mercadorias dentro da mesma, levando em consideração a capacidade da sacola (5 kg). Na sequência, deveriam tentar elevá-la até certa altura lentamente e relatar o que observavam e entendiam. No ensejo, tentou-se: compreender as condições de equilíbrio de um corpo; entender o conceito de força e suas características; identificar a atuação das forças na situação proposta; explicar por que ao levantar uma sacola cheia, a mesma poderia sofrer algum dano.

## 2.3. Aplicação do Conhecimento

O terceiro e último momento pedagógico consistiu na aplicação da Atividade Final, momento que destinou a abordar sistematicamente o conhecimento incorporado pelos alunos, para analisar e interpretar tanto as situações iniciais que determinaram seu estudo, como outras que surgiram no decorrer da pesquisa. No entanto, o processo da significação conceitual tem início na problematização (DELIZOICOV; ANGOTTI; PERNAMBUCO, 2007). Tal atividade também foi respondida individualmente, em sala de aula e em no máximo 50 minutos. Tratou-se de questões relacionadas aos conceitos trabalhados durante as atividades e lançados inicialmente na Atividade Prévia.

## 3. Apresentação e Análise dos Dados

Os dados obtidos no estudo consistem: das respostas à Atividade Prévia; das respostas às perguntas norteadoras que tinham a intenção de facilitar a

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construção do artefato (situação-problema); de parte das transcrições consideradas relevantes; das respostas à Atividade Final.

Nessa perspectiva considera-se a Atividade Prévia uma espécie de organizador das concepções espontâneas. Assim, essa atividade esteve em busca de subsunçores (densidade, força, equilíbrio, massa, peso etc.) que pudessem servir de âncora. Na sequência apresenta-se algumas concepções prévias identificadas e organizadas de acordo com a ideia-chave:

- · massa e peso - possuem o mesmo significado (Elis, Jac, Bel, Ket, Fran, Carol e Tati);
- · afundamento de corpos na água - Sol (Grupo 1) e Carol (Grupo 2), mencionaram a grandeza física densidade (subsunçor);

Concernente ao Experimento 'Flutua ou Afunda?' os relatos subsequentes procuram ilustrar o levantamento de hipóteses por parte dos alunos ao tentarem escolher o melhor formato para o artefato e testá-lo no recipiente com água:

Sol: o artefato tem formato de círculo, porque cabe bastante bilocas.

Bel: porque pensei que quanto maior a superfície de alumínio sustentada pela água, mais bilocas o artefato suportaria.

Percebeu-se também que desde o princípio da realização da atividade, procurou-se garantir uma postura dialógica:

Yan - Tio, esse aqui vai flutuar será?

Professor-Pesquisador - coloque o artefato na água e vá colocando as bilocas.

Yan - 1, 2, 3... 17. Uma a mais. Ah! Não!

Professor-Pesquisador -vocês vão comparando porque o de vocês suportou maior ou menor número de bilocas, ou por que uns estão tendo sucesso e outros não.

Yan - ele (o barco) é mais leve do que a água.

Gradativamente, cada equipe foi testando o artefato construído e fazendo comparações com os dos colegas de turma, no que se referia ao tamanho e à forma. O teste da hipótese do formato do artefato fica evidente nas palavras de:

Cida - 'eu tinha feito o meu pequeno, aí depois eu pensei que daquele jeito não ia flutuar, porque quanto maior o tamanho dele, maior o número de bilocas'.

Professor-Pesquisador - 'refez o artefato?'

Devido aos materiais utilizados (pedaço de papel alumínio e 120 bilocas) era esperado (e ocorreu) que todos os artefatos afundassem, uma vez que, haveria um limite para a capacidade do mesmo.

- O 'conceito' de força chama bastante a atenção mediante a Teoria da Aprendizagem Significativa, pois representa o subsunçor, uma das condições imprescindíveis para que ocorra aprendizagem significativa.

Acerca do experimento 'Será que a sacola aguenta?' atina-se que a manipulação de objetos possibilita aos alunos a construção de experiências pessoais. As falas a seguir procuram mostrar isso:

Leo - Como eu vou colocar as garrafas? Viradas?

Bia - Quando levantamos lentamente a sacola permaneceu intacta.

Vini - Porque lentamente o peso da sacola é controlado.

Similarmente ao grupo anterior, os alunos também interagiram bastante com o professor-pesquisador e conversavam com o seu colega de equipe a respeito da atividade proposta. Dessa forma, a atividade em questão parece ter propiciado, além da manipulação de objetos, a de ideias como é ilustrado a seguir:

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Professor-Pesquisador - Pense e tente dizer qual(is) força(s) est(á)ão atuando nessa situação. Então o que acham?

Vini - A força gravitacional.

Ket - A força da sacola.

Nota-se ainda que a experimentação também oportuniza aos alunos o relacionamento com os processos científicos, pois são desafiados a explorar, testar e avaliar as próprias ideias. Em um momento:

Cris - A direção das forças é para um lado e outra, para o outro. Professor-Pesquisador - este foi o exemplo que eu dei, do cabo de guerra. No caso das garrafas Pet, essas forças atuam nesta mesma direção?

Além disso, ao experimentar o concreto de acordo com Hoering e Pereira (2004), pode ocorrer o desenvolvimento do raciocínio e possivelmente a compreensão dos conceitos.

Professor-Pesquisador - Vire a garrafa de cabeça para baixo.

Ket - Vou repetir, então.

Leo - Puxa rápido.

Ket - A sacola rasgou, a força é maior.

Outro aspecto importante o fato de alunos, de ambas atividades experimentais questionarem positivamente a metodologia da pesquisa, visto que as aulas de laboratório que tinham, assumiam, em geral, um caráter de demonstração.

Em continuação na Atividade Final buscou-se a 'generalização da conceituação' (DELIZOICOV; ANGOTTI; PERNAMBUCO, 2007, p. 202).

Em decorrência disso, a seguir procura-se fazer uma análise de algumas respostas dadas pelos alunos à Atividade Final de acordo com uma ideia-chave:

- · variável física medida por uma balança - Sol, Jac, Tati, Ket e Cris conseguiram reelaborar o conhecimento e fizeram uma diferenciação progressiva (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980), com detalhamento gradual;

Em virtude dos aspectos abordados vale salientar que algumas concepções espontâneas dos estudantes mostraram-se resistentes, sobrevivendo ao ensinoaprendizagem por meio deste estudo, pois os mesmos vivem em um contexto cultural que pode (ou tende a) reforçar isso.

## 4. Considerações Finais

Em resposta à problemática inicialmente levantada admite-se que houve uma gradual assimilação dos conceitos físicos (massa, peso, densidade) por parte dos alunos, pois as atividades experimentais propostas possibilitaram aos alunos: usar a imaginação, ou melhor, realizar a elaboração de um modelo mental para resolver o desafio proposto; incitar e, possivelmente, elevar o nível do processo cognitivo, visto que exigiu dos mesmos estabelecer relações entre os conhecimentos prévios e os novos; estimular a curiosidade e abrir espaço para que pudessem se expressar, características condizentes com a perspectiva problematizadora e com a disciplina Física; desenvolver habilidades cognitivas associadas ao ensinoaprendizagem de conteúdos; despertar para a valorização de um ensinoaprendizagem por investigação, o que está de acordo com Carvalho (1998).

Como exposto, considera-se que a experimentação, neste nível de ensino, pode contribuir efetivamente no desenvolvimento de habilidades cognitivas pois propicia uma atitude mais ativa dos alunos, permitindo que os mesmos sejam

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desafiados e vivenciem algumas condições importantes para o processo de ensinoaprendizagem, como: manipulação de objetos e ideias concomitantemente; invenção; descoberta pelos sentidos e raciocínio lógico; envolvimento maior na aula, o que amplia a possibilidade de testar seus conhecimentos e hipóteses; resolver problemas em outros contextos que não o escolar; criação de um bom clima de ensino-aprendizagem, que seduz os estudantes, levando-os a perceberem que podem controlar algumas variáveis físicas.

Por fim, os resultados desta pesquisa, apresentam algumas limitações, de naturezas diversas: umas relacionadas com a amostra selecionada; outras, com os instrumentos de coleta de dados e o assentamento dos mesmos; bem como do foco da análise, mediado pela experiência e visão de mundo dos professorespesquisadores.

## Referências

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