PRODUÇÃO DE VÍDEO-AULA COMPLEMENTAR, DE DINÂMICA DAS ROTAÇÕES, DENTRO DO PARADIGMA TEÓRICO DE AUSUBEL.

## PRODUÇÃO DE VÍDEO-AULA COMPLEMENTAR, DE DINÂMICA DAS ROTAÇÕES, DENTRO DO PARADIGMA TEÓRICO DE AUSUBEL.

## Bernardo M. Tavares 1 *, Valéria N. Belmonte , Rubem Caetano , 1 2 Edna A. Fernandes 3 , Nathalia de Souza Dantas 3

1 Universidade Federal do Rio de Janeiro, Prof. Adjunto, Campus Macaé, bernardotavares@macae.ufrj.br.

2 Universidade Federal do Rio de Janeiro, Licenciado em Física (Técnico de Laboratório),

Campus Macaé.

3 Universidade Federal do Rio de Janeiro, Discente, Campus Macaé.

## Resumo

Um dos grandes gargalos para a formação de cientistas e engenheiros, é a dificuldade que surge no aprendizado das disciplinas básicas. Em particular no Campus Macaé da Universidade Federal do Rio de Janeiro (Campus UFRJ-Macaé) os índices de reprovação no ciclo básico das Engenharias tem sido bastante elevados. Na disciplina de Física 1 (mecânica) as reprovações, em média, tem sido superiores à 50% do total de inscritos. Acreditamos que uma formação prévia deficiente e a falta de exemplos aplicados contribuem significativamente para o desinteresse dos alunos e conseqüente reprovação ou abandono. Neste trabalho, apresentamos vídeo-aulas como estratégia para complementar as aulas convencionais de física básica e auxiliar no processo de ensino-aprendizagem. Descrevemos em detalhes a metodologia adotada para a criação das vídeo-aulas sobre cinemática e dinâmica das rotações. O tema foi escolhido devido a dificuldade que os alunos apresentam em assimilá-lo. Por fim, baseado na análise de dados, sugerimos na última seção deste artigo que existe um potencial de empregabilidade deste recurso como facilitador no ensino-aprendizagem de física.

Palavras-chave : Ensino-aprendizagem, Vídeo-aulas, Rotações

## 1 - Introdução

As disciplinas de Cálculo e Física são notoriamente conhecidas por represar boa parte dos alunos do ciclo básico dos cursos de ciências exatas. As dificuldades que surgem no aprendizado destas disciplinas se devem, frequentemente, a deficiências na formação pregressa do discente, associado a falta de exemplos aplicados, que turvam a compreensão da importância que estes cursos terão no diaa-dia do futuro profissional (SILVA, 2006; BOGOSIAN, 2012). Pelos mais diversos motivos, que vão da falta de estrutura adequada em sala de aula até ao comodismo didático, professores do ensino básico (fundamental e médio) e mesmo os do ensino universitário, normalmente adotam uma postura metodológica convencional ao ensinar os conteúdos disciplinares, onde é dada pouca ou nenhuma ênfase para as visões e interpretações pessoais dos alunos. Neste sistema os alunos são levados a

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memorizar os conceitos de forma literal e arbitrária ('decoreba' de fórmulas) a fim de reproduzi-los nas avaliações.

Durante um certo tempo, o aluno até é capaz de reproduzir o que foi 'aprendido', todavia, sem que o conceito signifique algo útil para ele ou faça algum sentido prático. Este vazio de significado e distanciamento da realidade cotidiana do aluno tem como consequência o desinteresse e eventual abandono ou reprovação na disciplina. Para contornar estas dificuldades, uma nova postura de ensinoaprendizagem deve ser adotada por docentes e discentes. Novos recursos precisam ser empregados de maneira a tornar o estudo mais interessante e envolvente. Acreditamos que objetos de aprendizagem, como vídeos, imagens, audios, aplicativos computacionais, ou a combinação destes recursos, possam colaborar com a redução dos índices de abandono/reprovação, conforme foi observado em turmas de física básica nos EUA (STELTZER, 2010).

Neste sentido, decidimos por adotar vídeo-aulas curtas como objeto de aprendizagem 'piloto' pois impressionam diversos sentidos humanos e agem como facilitadores do processo de ensino-aprendizagem, promovendo uma maior interação do aluno com o tema abordado, na tentativa de torná-lo menos abstrato (CLEMENS, 2012). No Brasil, universidades como Unicamp, USP e UFRJ utilizam de recursos semelhantes para complementar o ensino. Neste trabalho relata-se a construção de vídeo-aulas de dinâmica das rotações e faz-se uma breve análise do potencial de empregabilidade deste objeto de aprendizagem como ferramenta auxiliar no processo de ensino-aprendizagem. Para facilitar a organização dos conteúdos o roteiro dos vídeos foram baseados em um mapa conceitual sobre o assunto abordado. O conceito de mapa e a justificativa para seu uso será detalhado na seção seguinte.

## 2 - Teoria da aprendizagem significativa de D. Ausubel

Uma alternativa para a aprendizagem tradicional, seria a adoção de técnicas onde o aluno é convidado a apropriar-se do conhecimento passado pelo professor, transformando-o na medida que este interage com seus conceitos prévios que, por sua vez, passam a ter significados novos e ampliados. Esta é a base da teoria da aprendizagem significativa desenvolvida por David Ausubel, um médico-psiquiatra norte americano que dedicou sua vida acadêmica ao estudo da psicologia da educação. Nesta teoria, a aprendizagem ocorre quando a nova informação (isto é, um conceito, ideia ou proposta) passa a adquirir significado para o aprendiz através da interação com aspectos relevantes da sua estrutura cognitiva pregressa - ou seja, conceitos, ideias, e proposições pré-existentes - chamados de subsunc GLYPH<31> ores do aluno. A palavra subsunçor é uma tentativa de traduzir a palavra original inglesa subsumer que não existe em português. Seu significado pode ser entendido como facilitador ou subordinador. Neste processo dinâmico, a interação entre os subsunçores e o conhecimento novo produz subsunçores com novos significados, diferenciados e mais estáveis para o aluno. Entende-se que a estrutura cognitiva está em constante reestruturação e que o conhecimento é um processo de construção. Note que é fundamental que o aluno esteja disposto a aprender de forma significativa. Caso contrário, por mais potencialmente significativo que seja o material apresentado, a aprendizagem continuará a ser mecânica (AUSUBEL, 1982).

Para Ausubel a aprendizagem mecânica (repetitiva e arbitrária) apenas se justifica se não existem subsunçores prévios no aluno. A partir do momento que se

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forma uma quantidade mínima de conceitos dentro de uma mesma área de conhecimento, a aprendizagem deve passar a ser significativa. A aprendizagem significativa pode ser dividida em três tipos diferentes (representacional, conceitual ou proposicional) cujo processo pode se dar de três outras formas (subordinada, superordenada ou combinatória). Por exemplo, caso não haja uma informação prévia, conceitos abstratos como partícula, espaço, tempo e referencial podem ser introduzidos de forma um tanto arbitrária para o aluno, para que depois ele passe a usar situações familiares como organizadores prévios (i.e situações gerais que servem de 'ponte cognitiva') no processo de aprendizagem, como a queda (livre) da fruta de uma árvore, o chute de uma bola de futebol ou o movimento de um carro numa pista. Desta forma os conceitos da cinemática e dinâmica da partícula e do sistema poderão ser melhor explorados pelo professor.

Uma forma de se operacionalizar esta teoria é o emprego da técnica dos mapas conceituais , desenvolvidos por Joseph Novak e colaboradores na Universidade de Cornell nos Estados Unidos (MOREIRA, 2011; MOREIRA, 2012). Estes mapas são diagramas que indicam relações entre conceitos sem que exista (necessariamente) uma sequência, temporalidade ou hierarquia organizacional. Outro ponto importante: não existe o 'mapa certo' pois cada indivíduo (professor ou aluno) desenvolve seu próprio mapa mostrando assim o grau de compreensão de determinado assunto. Ou seja, o mapa do professor não representa o 'gabarito' mas apenas sua visão sobre o assunto. No caso do aluno o importante não é avaliar se o mapa está 'certo', mas verificar evidências de que o aluno está aprendendo (significativamente) o conteúdo. Contudo, é preciso cuidado para não cair em um relativismo onde 'tudo vale'. É possível notar que alguns mapas são definitivamente pobres e sugerem falta de compreensão. Apesar do grau de subjetividade, este recurso pode levar a profundas modificações na maneira de ensinar, de avaliar e de aprender, procurando promover a aprendizagem significativa entrando em choque com técnicas voltadas para aprendizagem mecânica (MOREIRA, 2011; MOREIRA, 2012). Neste trabalho, usaremos os mapas conceituais como base dos roteiros para os vídeos.

## 3 - Metodologia empregada

Para dar continuidade ao projeto, foram selecionadas duas alunas do ciclo básico dos cursos de Engenharia do Campus UFRJ-Macaé, que seguem como coautoras deste trabalho. O projeto de iniciação científica das alunas previa o desenvolvimento de mídias complementares para toda a disciplina de física 1 ministrada para os cursos de Engenharia do Campus UFRJ-Macaé. Ambas as alunas selecionadas já haviam cursado a disciplina. Por motivos didáticos, o curso encontra-se subdividido nos seguintes assuntos: 1) Cinemática em 1 dimensão, 2) Cinemática em 2 e 3 dimensões, 3) Dinâmica da partícula, 4) Trabalho e energia, 5) Sistema de partículas e conservação de momento linear; 6) Cinemática e dinâmica das rotações; 7) Gravitação.

Para cada um destes assuntos pretendia-se desenvolver uma série de vídeos curtos, encadeados entre si como se fossem capítulos de um seriado, no intuito de dinamizar o conteúdo e evitar o desinteresse do aluno espectador. O fio condutor (i.e o organizador prévio) dos vídeos deveria ser uma situação-problema, suficientemente familiar aos alunos, de maneira a aproveitarmos seus conhecimentos pregressos, ou seja, seus subsunçores. Por exemplo, a situação problema do assunto 'cinemática em 1 dimensão' poderia ser o movimento de um

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carro em uma estrada retilínea, que por sua vez poderia ser transformado (simulado) pelo movimento de um carrinho em um trilho de ar, onde todas as aproximações e simplificações pertinentes serão colocadas de forma bastante clara ao longo dos vídeos. As alunas deveriam então desenvolver um mapa conceitual próprio dentro do assunto a ser abordado no vídeo, cabendo aos orientadores procurar interpretar a informação dada pelas alunas no mapa a fim de obter evidências de aprendizagem significativa das orientandas. Após interações entre as alunas e os professores, o mapa poderia ser refeito até que se chegasse em uma situação satisfatória que possa ser usada como roteiro para os vídeos.

## 3.1 - Cinemática e Dinâmica das Rotações

O projeto de iniciação das alunas teve início em fevereiro de 2014. Como pretendíamos fazer um teste da ferramenta didática, já na turma do primeiro semestre de 2014, decidimos começar o trabalho produzindo vídeo-aulas complementares sobre um dos conteúdos que os alunos demonstram maior dificuldade: cinemática e dinâmica das rotações. Como este é um dos últimos conteúdos da disciplina de física 1, foi possível finalizar a produção da série de vídeos sobre o assunto antes do término do semestre. Fizemos reuniões regulares com as alunas, co-autoras deste trabalho, onde discutimos a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel e solicitamos que elas produzissem um mapa conceitual sobre o conteúdo a ser abordado nas vídeo-aulas. O mapa conceitual final obtido

Figura 01: Mapa conceitual construído pelas alunas.

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encontra-se na Fig. 1 abaixo:

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É importante ressaltar que os conceitos básicos de física foram apresentados nos vídeos de maneira articulada com as apresentações dos livros textos disponíveis, por exemplo (NUSSENSVEIG, 2008), discussões com professores, mídias da internet, dentre outros.

Foram produzidos um total de quatro vídeos curtos, com duração aproximada de 5 minutos cada um, dando um tempo total aproximado de 20 min de duração. Nas figuras de 2 a 5 mostramos capturas de tela dos vídeos produzidas. O primeiro vídeo estabelece a situação-problema a ser desvendada: a aluna Edna, situada sobre uma mesa giratória (sem atrito) segura uma roda de bicicleta originalmente parada e a coloca para girar no sentido horário (visto de cima). Desta forma a mesa giratória começa a girar no sentido anti-horário. Faz-se então a seguinte pergunta ao espectador: 'por que este fenômeno acontece?'. Este é o fio condutor para o desenvolvimento de toda a sequência de video-aulas.

Figura 2: Captura de imagens da 1ª vídeo aula.

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a) fenômeno âncora para o desenvolvimento dos vídeos, demonstrado pela aluna Edna

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b) Explicação sobre cinemática dado pela aluna Nathalia.

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c) variáveis cinemáticas demonstradas na roda de bicicleta

O primeiro video prossegue com explicações sobre as variáveis cinemáticas de rotação, como mostrado na Fig. 1-c). O segundo vídeo aborda os conceitos de energia cinética, momento de inércia e torque, como mostram as Figs.3 -a, b e c. Note que a roda de bicicleta é empregada ostensivamente para a explicação dos conceitos referentes a cinemática e dinâmica das rotações. Em particular as alunas fizeram uma demonstração 'semi-qualitativa' das propriedades do torque ao girar a roda de bicicleta em torno do próprio eixo de simetria, puxando-a com um uma força de módulo fixo (0,2 N como mostrado pelo dinamômetro na figura 3) com diferentes angulações. Calcularam o torque máximo ( θ ≈ 90 o ; τ ≈ 0,42 N.m ) e o torque a 50 o ( τ ≈ 0,31 N.m ) para uma força aplicada ao pino de encher da roda e com isso mostraram, de forma qualitativa, a maior dificuldade de se colocar para girar a roda no segundo caso.

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a) aplicando uma força constante de 0,2 N fazendo-se

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b) aplicando uma força constante de 0,2 N fazendo-se 50º com o raio

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90º com o raio vetor que parte do eixo da roda (torque máximo).

vetor que parte do eixo da roda.

Figura 3: Captura de imagens da 2ª vídeo aula .

O terceiro vídeo aborda os conceitos de momento angular para uma partícula e para o sistema, bem como a Segunda Lei de Newton para rotações. As figs 4-a, b e c, mostram capturas de imagens deste vídeo e os subtítulos explicam as situações mostradas.

Figura 4: Captura de imagens da 3ª vídeo aula .

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a) definição do momento b) angular para a partícula

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exemplificação do momento c) angular orbital e próprio ('spin')

parte da demonstração matemática de que torques internos se anulam

No quarto e último vídeo as alunas demonstram a conservação do momento angular para duas situações distintas. A primeira, apresentada na Fig. 5-a, mostra a aluna Edna em rotação sobre a mesa giratória com dois halteres afastados do corpo e na Fig. 5-b) mostra a aluna com os halteres próximos do corpo (eixo de rotação) e consequente aumento de velocidade angular. Na Fig.5-c as alunas voltam a situação-problema original e finalmente o explicam pela conservação do momento angular (total) do sistema: por ele ser nulo (originalmente), ao colocar-se a roda para girar, a aluna (isto é a base) gira em sentido oposto.

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a) demonstração da conservação de angular com haltere (braços esticados)

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momento conservação b) demonstração de angular com haltere (braços angular encolhidos e consequente bicicleta

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da c) momento conservação demonstração da de momento com a roda de

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aumento

da

velocidade

angular).

Figura 5: Imagens da 4ª vídeo aula onde a a aluna Edna demonstra a conservação do momento angular

## 4 - Resultados e discussões

Acreditamos que o processo de construção das vídeo-aulas foi bem sucedido, tendo em vista que os roteiros utilizados foram baseados em um mapa conceitual bem estruturado. Podemos afirmar também que houve aceitação dos vídeos por parte dos alunos da disciplina de física 1. Esta afirmação está baseada na avaliação do potencial das vídeo-aulas, como recurso auxiliar no processo de ensino-aprendizagem, através da aplicação de um questionário à 41 alunos das turmas de física 1 do primeiro semestre de 2014, contendo as seguintes perguntas: Questão 1 - Você acha que tecnologias no ensino, como esta vídeo-aula, auxiliam no processo de aprendizagem? Explique!; Questão 2 - Você acha que vídeo-aulas no ensino, como esta que foi apresentada, auxiliam a solucionar dúvidas? Explique!; Questão 3 Você acha que a inclusão de vídeo-aulas no ensino de física 1 trará mais resultados positivos ou negativos? Justifique; Questão 4 Você acredita que demonstrações experimentais (visuais) em vídeo-aulas facilitam a compreensão dos conteúdos de física 1? Justifique.

Todos os alunos responderam 'sim' a primeira questão. Um dos discentes afirmou que ' visualizando experimentos práticos, as coisas fazem muito mais sentido do que apenas fórmulas.' Quanto a segunda pergunta, 39 alunos responderam 'sim' e outros dois responderam 'não'. Um dos alunos que respondeu 'sim' apresentou a seguinte justificativa: ' visualizar o problema é mais esclarecedor do que tentar imaginar'. Em contrapartida, um dos alunos que responderam negativamente justificou ' o diálogo entre professores e alunos é o melhor método para sanar as dúvidas '.

Quanto a terceira questão, 40 alunos responderam que trará resultados positivos. Um deles justificou: ' É um material extra que pode ser consultado fora do horário de aula, auxiliando no estudo, sendo uma nova forma de transmitir a matéria, principalmente devido ao uso de exemplos práticos' . Apenas uma pessoa disse que não pois ' a aula padrão possui mais eficácia e entrosamento '. Por fim, os 41 alunos responderam 'sim' a quarta questão, sendo que um deles justifica ' porque demonstrações ajudam a romper as barreiras da abstração, relacionando com fatos do dia-a-dia, sendo assim mais fácil de lembrar '. Levando em conta os resultados apresentados, acreditamos que as vídeo-aulas tem potencial de empregabilidade como complemento para o ensino-aprendizagem de física 1.

Atualmente, o grupo está se empenhando em terminar os vídeos dos conteúdos de física 1 para a graduação, pois pretendemos repetir o procedimento de avaliação nos próximos semestres, bem como avaliar a aprendizagem dos conteúdos. Os resultados serão apresentados oportunamente. Como perspectiva futura, pretendemos aprimorar a ideia para levá-la ao ensino médio, pois acreditamos que vídeo-aulas podem ser uma ferramenta poderosa no auxílio da aprendizagem dos conteúdos de física para alunos do ensino médio que anseiam por técnicas de ensino mais dinâmicas. Alunos do recém-aprovado mestrado profissional em ensino de física do Campus UFRJ-Macaé, que são também professores do ensino básico da região, irão colaborar nesta etapa do projeto.

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26 a 30 de janeiro de 2015

## Agradecimentos

Os autores agradecem aos Profs Franciole Marinho, Habib Dumet e Raphael Púpio pelas discussões construtivas.

## Referências

AUSUBEL , D. P. A aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel. São Paulo: Moraes, 1982.

BOGOSIAN , F.; Da Rocha, J. L. B. e Navas, M. G. M. D.' Reforma do Ciclo básico no ensino da Engenharia', Jornal do comércio (Agosto de 2012) [versão eletrônica:http://www.portalclubedeengenharia.org.br/arquivo/1344974402.pdf/docu mentos acessado em 9 de Agosto de 2014]

CLEMENS , G; Filho,H. J. G.; Costa, S. VÍDEO-AULA COMO ESTRATÉGIA DE ENSINO EM FÍSICA , 1o Simpósio de Integrac GLYPH&lt;31&gt; ão Científica e Tecnológica do Sul Catarinense -SICT-Sul , 2012 [versão eletrônica em https://periodicos.ifsc.edu.br/index.php/rtc/article/view/597/427 acessado em 9 de Agosto de 2014]

MOREIRA , Marco Antônio. TEORIAS DE APRENDIZAGEM, CAP 11: 'a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel', São Paulo: Editora Pedagógica e Universitária, 2011, 2a edição.

MOREIRA , Marco Antonio. MAPAS CONCEITUAIS E APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA (Concept maps and meaningful learning). APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA, ORGANIZADORES PRÉVIOS, MAPAS CONCEITUAIS, DIAGRAMAS V e UNIDADES DE ENSINO POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVAS1, p. 41, 2012. [Versão eletrônica: http://paginas.uepa.br/erasnorte2013/images/sampledata/figuras/aprend\_%20signif\_ %20org\_prev\_mapas\_conc\_diagr\_v\_e\_ueps.pdf#page=41 acessado em 9 de Agosto de 2014]

NUSSENSVEIG , Herch Moysés. Curso de Física Básica, vol. 1, São Paulo: Edgard Blucher, 2008.

SILVA , R. R.; De Cássia, Moreira; et al, "A contribuição da disciplina de introdução à engenharia química no diagnóstico da evasão". Ensaio: aval.pol.públ.Educ., Rio de Janeiro , v. 14, 51, 2006.

STELTZER , T; Brokers, D. T; Glading, G.; Mestre, J. P.; Am. J. Phys. 78, 2010.

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