ATIVIDADES EXPERIMENTAIS UTILIZANDO KITS DA OBFEP

## ATIVIDADES EXPERIMENTAIS UTILIZANDO KITS DA OBFEP

## Lucas Ramos Vieira 1 , Sabrina Skrebsky Richter , Ricardo Andreas Sauerwein 2 3

1 UFSM/PPG Educação em Ciências: Química da Vida e Saúde/ lucasfisico@gmail.com 2 UFSM/PPG Educação em Ciências: Química da Vida e Saúde / sabrina.s.richter@gmail.com 3 UFSM/Departamento de Física/rsauer.ufsm@gmail.com

## RESUMO

Na educação básica, principalmente nas escolas públicas, enfrenta-se uma carência na utilização de atividades experimentais, amplamente aceita como indispensáveis ao processo ensino - aprendizagem de física. Dentre vários motivos para a quase inexistência da experimentação nos ambientes escolares, está a falta de materiais para realização das atividades. Diante dessa realidade, apresentamos como proposta a utilização dos kits experimentais fornecidos aos alunos que realizam a 2ª fase da Olimpíada Brasileira de Física das Escolas Públicas (OBFEP). Justificamos o uso dos kits devido ao amplo alcance da OBFEP a nível nacional, e o fato dos kits serem doados aos alunos participantes, permitindo que as escolas desses alunos possam usufruir dos materiais. Devido à reduzida carga horária das aulas de física no ensino público, optamos por elaborar roteiro de atividades experimentais não totalmente aberto, mas semiaberto, de natureza investigativa, utilizando o kit fornecido na edição da OBFEP de 2013, direcionados a aulas de estática e hidrostática. Como alternativa para aqueles que não têm acesso aos kits da OBFEP, apresentamos a construção de uma balança de braços elaborada com materiais de baixo custo.

Palavras-chave : OBFEP, atividade experimentais, estática, balança de braços, hidrostática.

## 1. INTRODUÇÃO

O ensino tradicional, especificamente no caso da Física, pouco tem motivado e gerado aprendizagem entre os estudantes do Ensino Médio. Dentre as alternativas pesquisadas para superar este obstáculo, no âmbito do ensino de física, ressaltamos a importância das atividades experimentais para resolução e problematização de situações-problema. As atividades experimentais no ensinoaprendizagem de Física são uma forma de aproximar e envolver os estudantes de uma maneira eficaz e ativa. A possibilidade de observação e representação de fenômenos físicos permite-lhes problematizações que proporcionam a evolução de seus conceitos espontâneos para os conceitos científicos (PIMENTEL, 2007).

Dentre as dificuldades para se inserir atividades experimentais em uma aula de física no Ensino Médio, está a falta ou sucateamento dos laboratórios didáticos (BORGES, 2002). Por outro lado, muitas escolas participam da Olimpíada Brasileira de Física das Escolas Públicas (OBFEP), cujos kits experimentais fornecidos podem ser aproveitados em sala de aula.

A OBFEP é um programa permanente executado pela Sociedade Brasileira de Física (SBF), promovido pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação, através do CNPq. Podem participar da OBFEP estudantes de escolas públicas

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municipais, estaduais e federais em que houver pelo menos um professor responsável. A primeira edição nacional desta Olimpíada ocorreu em 2012. As provas da OBFEP são divididas em três níveis, A, B e C, direcionadas, respectivamente, a alunos matriculados no 9º ano do Ensino Fundamental, 1ª e 2ª séries do Ensino Médio e 3ª série do Ensino Médio. Podem participar ainda alunos da Educação de Jovens e Adultos (EJA) dos anos do 2º Segmento do Ensino Fundamental (8º e 9º anos), que devem realizar as provas do Nível A. Os de Ensino Médio, a prova do Nível B.

A OBFEP ocorre em duas fases. As provas da 1ª Fase contêm questões de múltipla escolha, sendo realizadas na própria escola. Nas provas da segunda fase constam questões teóricas e experimentais. A aplicação das provas da segunda fase é de responsabilidade das coordenações estaduais das Olimpíadas, e as questões teóricas e experimentais são discursivas e específicas para cada Nível (VIANNA, 2014). Maiores informações podem ser obtidas no endereço eletrônico: http://www.sbfisica.org.br/~obfep/.

Vale destacar que, por exemplo, no ano de 2013, 1671 escolas públicas de todas as unidades da federação tiveram alunos classificados para a 2ª fase da OBFEP. Os kits experimentais que fazem parte da prova da 2ª fase (os quais utilizaremos neste trabalho) são doados aos alunos que realizam a prova. Em média 14,6 alunos por escola foram classificados para a 2ª fase, havendo escolas que classificaram mais de uma centena de estudantes. Como os kits são os mesmos para as provas de todos os níveis, consideramos que as escolas que participam da OBFEP, via alunos classificados, têm à sua disposição uma boa quantidade de kits para ser utilizada em sala de aula. Portanto, é importante propor e divulgar a elaboração de atividades didáticas utilizando esses kits experimentais da OBFEP.

## 2. OBJETIVOS

Considerando a relevância de atividades experimentais no ensino de física, conforme recomendado nos documentos oficiais da área do ensino e amplamente defendido por vários autores (BORGES, 2002, e suas referências), e levando em conta a dificuldade em escolas públicas de se conseguir material suficiente para ser trabalhado em pelo menos uma turma, recomendamos a utilização dos kits experimentais fornecidos pela OBFEP. Nesse sentido, propomos atividades experimentais semiabertas, de natureza investigativa (LUNARDI e TERRAZZAN, 2003), tratando de conteúdos de Estática e Hidrostática, elaboradas com materiais do kit experimental fornecido na edição da OBFEP de 2013.

## 3. METODOLOGIA

De acordo com Borges (2002), ao contrário do laboratório tradicional (baseado por roteiros fechados com soluções algorítmicas), atividades experimentais abertas, de cunho investigativo, podem tornar o processo ensinoaprendizagem mais desafiador, aproximando o aluno do entendimento acerca da natureza e propósito da ciência. Mesmo assim, o autor admite que uma atividade totalmente aberta pode ser muito difícil para estudantes sem conhecimento do conteúdo e/ou sem experiência anterior com laboratório. Aliando-se a essa

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dificuldade o fato da disciplina de física possuir uma carga horária reduzida nas escolas públicas , nossas propostas de atividades experimentais seguem uma * tendência semiaberta, caracterizado por Lunardi e Terrazzan (2003) como

- (...) situações abertas lançadas pelo professor, por meio de questionamentos e previsões que são evidenciadas no decorrer da realização da atividade, guiadas por um roteiro direcionado com sugestões de passos a serem seguidos, tendo uma postura do professor de maneira a questionar o aluno para que ocorram discussões acerca da atividade (p. 2).

## 4. ROTEIRO DE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS

## 4.1 Introdução

A seguir estão sugestões para planejamento de atividades experimentais, com questionamentos de natureza semiaberto, para serem tratadas em aula utilizando o kit experimental da edição da OBFEP de 2013. Os assuntos abordados podem ser trabalhados em aulas sobre Equilíbrio de Corpos Extensos e Hidrostática.

Para quem possui interesse em desenvolver essa atividade, mas não tem acesso aos kits da OBFEP, sugerimos a construção de uma balança de braços, elaborada com materiais de baixo custo, apresentada no Anexo 1. A construção dos kits pode ser realizada com os alunos, com o intuito de lhes motivar o interesse pelo objeto construído.

Em relação aos materiais de baixo custo, análises do valor educacional das atividades experimentais com esses materiais no ensino de física podem ser encontrados em D'Avila (1999) e Axt e Moreira (1991).

## 4.2 Materiais

Os objetos presentes no kit experimental, conforme descrito na prova da OBFEP de 2013, são:

- - uma base de plástico (Figura 1);
- - uma haste de plástico com pino central (Figura 1);
- - uma régua de plástico de 19 cm (Figura 1) e massa de 11,8 gramas. A régua tem 13 furos alinhados, igualmente espaçados e posicionados no eixo de simetria horizontal da régua. Um furo adicional (indicado com a letra A) esta posicionado no eixo de simetria vertical. O furo B esta no centro geométrico da régua;
- - dois transferidores de papel cartão;
- - um saquinho contendo dois ganchos de metal de massas iguais a 0,5 gramas, duas bolinhas de plástico (indicadas como P1) de massa desconhecida e cinco elementos plásticos (P2) de 0,25 g cada, conforme Figura 2.

Como materiais adicionais, para uso em aula, sugerimos:

- - papel milimetrado
- - fita adesiva

* No Rio Grande do Sul, a carga horária semanal em física nas escolas estaduais é, em geral, de duas horas/aula.

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- - objetos de massa conhecida (como caldo de galinha, balas, bombons, etc)
- - moedas
- - recipiente transparente (para colocar água)
- - linha de costura

Figura 1 : Ilustração do conjunto montado

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## 4.3 Procedimentos

Utilizando objetos de massa conhecida, solicitar aos alunos que verifiquem e anotem qual a diferença observada ao se equilibrar na balança objetos com mesma massa e objetos com massas diferentes. Espera-se que os alunos verifiquem as diferenças no equilíbrio, relacionadas não apenas às massas dos objetos, mas também a suas distâncias em relação ao centro da régua.

Propor que se coloque e mantenha um gancho no primeiro furo da régua (na posição 0 cm). Com o outro gancho, no lado contrário, adicionar um elemento P2 de cada vez, buscando a posição de equilíbrio horizontal e anotando os valores encontrados da distância dos elementos para o pino central da régua (x1). Questionar como se pode descobrir se a relação entre x1 e o número de elementos P2 é ou não linear. Caso não haja resposta, sugerir que se faça um gráfico, em papel milimetrado, da quantidade de P2 em função de x1. Perguntar novamente se a relação é linear, baseando-se nos gráficos obtidos.

Apresentar aos alunos a equação de equilíbrio estático de dois objetos em uma balança de braços: 2 2 1 1 x F x F = , mostrando que a equação pode ser reduzida a

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onde os subíndices 1 e 2 indicam lados opostos na balança. Comentar e mostrar que essa equação é do tipo linear ao se isolar x1 ou x12. Assim, por exemplo, para se equilibrar um objeto cuja massa m2 é o dobro da massa m1, a distância x2 deve ser a metade de x1.

Solicitar que os alunos estimem as massas de objetos mediante aplicação da eq. 1, equilibrando, por exemplo, caldo de galinha (cuja massa é conhecida) com moedas, verificando suas massas (Figura 3).

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Figura 2 : Elementos do kit

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Obtido o valor da massa das moedas e efetuando medições na balança de braços, conforme ilustrado pela Figura 4, pode-se calcular o empuxo ( E ) e a densidade ( μ ) da moeda através das equações da Hidrostática: aparente real P P E -= ; Vg E ld μ = ; V m = μ . Onde P indica o peso, id μ é a densidade do líquido deslocado (nesse caso a água) e V o volume da moeda (que ficará totalmente submersa).

Figura 4 : Medição do empuxo e densidade

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Figura 3 : Medição da massa da moeda

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Pode-se comparar os valores medidos experimentalmente para as moedas com os dados fornecidos pelo Banco Central do Brasil . Mediante essa comparação, † é interessante discutir com a turma os motivos de discrepâncias nos valores e possíveis fontes de erros (como a influência da linha de costura e fita adesiva para fixar a moeda).

Para enriquecer a análise sobre a relação entre casos teóricos idealizados e situações reais, sugere-se questionar se o fato da balança de braços estar em equilíbrio e com 2 1 x x = , significa necessariamente que a massa dos objetos pendurados será a mesma. Conforme descrito por Oliveira (2008), em razão de estarmos mergulhados no fluido formado pelos gases da atmosfera, para os objetos ficarem equilibrados em uma balança de braços, além de suas massas, deve-se considerar os seus volumes. Isso significa que, por exemplo, para equilibrar 1 kg de algodão é necessário um pouco menos do que 1 kg de chumbo pois, como o algodão tem mais volume, haverá nele uma maior influência do empuxo exercido pelo ar.

## 6. DISCUSSÃO

Os procedimentos propostos podem ser trabalhados na introdução aos conteúdos (de Estática e Hidrostática), buscando utilizar a experimentação como

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instrumento para aquisição de conceitos (AXT e MOREIRA, 1991), evitando a comum separação entre teoria e experimento no ensino de física.

Assim como Hernandes et al. (2002), consideramos que as atividades experimentais de cunho investigativo:

sejam capazes de estimular a participação ativa dos estudantes, despertar a curiosidade e o interesse e propiciar a construção de um ambiente motivador, e rico em situações novas e desafiadoras, que possibilitam pleno desenvolvimento das potencialidades dos alunos (p. 16).

Cabe ressaltar que o uso dos kits da OBFEP juntamente com a elaboração de materiais de baixo custo não deve ser encarado como uma solução ideal para introdução de ensino experimental nas escolas da educação básica. Essas são medidas alternativas enquanto não se soluciona a antiga dificuldade da inserção do laboratório didático nas escolas públicas. Axt e Moreira (1991) já registravam, há mais de 20 anos, que o mínimo exigido para um bom Ensino de Ciências custa caro, não sendo possível aprimorar o nível educacional de uma nação oferecendo sistematicamente arranjos experimentais caseiros. A alternativa de uso de materiais de baixo custo é uma solução adotada em países com altos índices educacionais como complemento e incentivo à criatividade, mas sem abrir mão da adoção de equipamentos modernos e sofisticados (AXT e MOREIRA, 1991).

## REFERÊNCIAS

AXT, R.; MOREIRA, A. M. O ensino experimental e a questão do equipamento de baixo custo. Revista de Ensino de Física , v. 13,1991.

BORGES, A. T. Novos rumos para o laboratório escolar de ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 19, n. 3, p. 291-313, 2002.

D'ÁVILA, A. R. L. Utilização de materiais de baixo custo no Ensino de Física. 67 p. Monografia (Especialização) - Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática, UNESP, Bauru, 1999. Disponível em: &lt;http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/mono-ana.htm&gt;. Acessado em 05/08/2014

HERNANDES, C. L.; CLEMENT, l.; TERRAZZAN, E. A. Uma atividade experimental investigativa de roteiro aberto partindo de situações do cotidiano. In: VIANNA, D. M.; PEDUZZI, L. O. C.; BORGES, O. N.; NARDI, R (Orgs). Atas do VIII Encontro de Pesquisa em Ensino de Física . São Paulo: SBF, 2002.

LUNARDI, G.; TERRAZAN, E. A. Atividades no uso de atividades experimentais com roteiros e semi-aberto em aulas de Física. In: Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências, 4, 2003, Bauru. Atas ... Bauru: ABRAPEC, 2003 (CD-ROM).

OLIVEIRA, L., D. Pense e responda! Uma balança em equilíbrio possui em seus braços corpos com a mesma massa? Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 25, n.1, 2008.

PIMENTEL, L. G. Formação de professores: Tecnologias Contemporâneas. In: I Congresso de Educação, Arte e Cultura, 2007, Santa Maria. Anais. Santa Maria: UFSM, 2007.

VIANNA, J. D. M. A Olimpíada Brasileira de Física das Escolas Públicas: OBFEP. eBoletim de Física .v. 3, n. 1,2014.

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## ANEXO1 - Montagem caseira de uma balança de braços

## Materiais

- - 1 pedaço de isopor (de preferência retangular ou quadrado e de uma espessura de, em média, 5 cm);
- - 1 régua;
- - 2 palitos de madeira (para churrasco);
- - 2 clipes;
- - cola quente de silicone;
- - botões (Figura 5).

## Construção

Fixe um palito no isopor (Figura 6), pressionando a parte pontiaguda sobre o mesmo.

Com a cola quente cole o outro palito sobre aquele fixado no isopor, conforme a Figura 7. Se achar necessário corte o palito no meio para não ficar fora da placa de isopor.

Faça um furo na régua, no ponto central (15 cm, caso seja uma régua de 30 cm). O furo pode ser feito com um metal quente (Figura 8).

Monte a balança de braços. Encaixe o furo da régua no palito superior, de forma que a balança fique em equilíbrio, de acordo com a Figura 9.

Torça os clipes para que adquiram a forma da Figura 10.

Você pode posicionar os botões na régua, utilizando os clipes torcidos, de forma que a balança de braços atinja o equilíbrio estático, conforme Figuras11 e 12.

Figura 5: Materiais ocupados.

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Figura 6: Perfuração do isopor.

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Figura 7: Colagem dos Palitos

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Figura 8: Régua com furo central.Figura 9: Equilíbrio da régua.

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Figura 10: Forma dos clipes.Figura 11: Balança de braços montada.

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Figura 12: Exemplo de aplicação.

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