Experimentos de baixo custo em Física voltados para a popularização da Ciência

## Experimentos de baixo custo em Física voltados para a popularização da Ciência

## Thiago Moura Zetti , Milton Souza Ribeiro Miltão,² Juan Alberto Leyva Cruz 1 3

1 UEFS/Departamento de Física/zetti.tm@gmail.com

- 2 UEFS/Departamento de Física/miltaaao@gmail.com

3 UEFS/Departamento de Física/jalbertoleyva@yahoo.com.br

Resumo O Campo do Saber da Física tem várias áreas de atuação, particularmente, Ensino de Física e Instrumentação Científica em Física. A primeira se ocupa do processo de socialização do conhecimento físico para a sociedade; a segunda objetiva viabilizar a atividade experimental e observacional do Campo do Saber da Física, em um conjunto não específico de sistemas físicos, tanto na elaboração de procedimentos experimentais e observacionais para estudar os fenômenos físicos e averiguar as suas leis, quanto na concepção de instrumentos de medida, de instrumentos de observação, de instrumentos de experimentação, e de técnicas laboratoriais, bem como na manutenção destes instrumentos e técnicas. Nesse sentido, existe uma relação importante entre essas duas áreas, relação essa que deve ser refletida na popularização da Física. Nesse trabalho estudamos como a instrumentação científica em Física contribui na formação dos indivíduos em geral e particularmente do estudante do curso de licenciatura em Física da Universidade Estadual de Feira de Santana. Para tanto, montamos um experimento de baixo custo relacionado com a Mecânica e com a Óptica para dialogarmos com os estudantes sobre o conceito de transformação de energia. Utilizando uma concepção pedagógica assentada nas epistemologias construtivista e dialógica, utilizamos no que tange à coleta de dados, a metodologia da observação e do comportamento dos estudantes durante a apresentação dos experimentos. Com isso pudemos inferir que uma atividade desse tipo propicia uma participação dos estudantes, o que possibilita uma aprendizagem significativa, bem como uma popularização da ciência.

Palavras-chave : Ensino de Física, Campo do Saber, Instrumentação Científica, Popularização da Ciência.

## Introdução

O Campo do Saber da Física tem várias áreas de atuação, particularmente, Ensino de Física e Instrumentação Científica em Física (KLEIBER, 1935; LOPES, 2004). Por Campo do Saber entendemos ' um conjunto sistematizado de conhecimentos relativos a objetos ou fenômenos que manifestam propriedades comuns (um grupo de fenômenos), sendo esses conhecimentos sistematizados a partir de investigação especializada, que tem como objetivo produzir novos conhecimentos para substituir aqueles mais velhos ' (MILTÃO, 2014, p. 327).

No caso especifico da Física, e das duas áreas acima mencionadas, a primeira, o Ensino de Física, se ocupa do processo de socialização do conhecimento físico para a sociedade; e a segunda, a Instrumentação Científica em Física, objetiva viabilizar a atividade experimental e observacional do Campo do Saber da Física, em um conjunto não específico de sistemas físicos, tanto na elaboração de procedimentos experimentais e observacionais para estudar os fenômenos caros para a Física e averiguar as suas leis, quanto na concepção de instrumentos de medida, de instrumentos de observação, de instrumentos de experimentação, e de técnicas laboratoriais, bem como na manutenção destes instrumentos e técnicas.

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26 a 30 de janeiro de 2015

Nesse sentido, existe uma relação importante entre essas duas áreas, relação essa que deve ser refletida em um curso de licenciatura em Física e nas ações pedagógicas dele advindas.

Conseqüentemente, estudamos como a Instrumentação Científica em Física contribui na formação do estudante do curso de licenciatura em Física da Universidade Estadual de Feira de Santana, UEFS, de maneira a contribuir na elaboração de experimentos de baixo custo voltados para a popularização da Ciência e aprendizagem significativa.

Como referencial teórico utilizamos o conceito de extensão, de acordo com o projeto do Departamento de Física, DFIS, da UEFS (ÁREA DE FÍSICA, 1998; UNB, 1989) e com o Fórum de Pró-Reitores de Extensão das Universidades Públicas Brasileiras (FORPROEX, 2012, p. 15); a concepção de Instrumentação Científica em Física (ÁREA DE FÍSICA, 1998; ENCICLOPÉDIA..., 1976); a concepção de Popularização da Ciência (GERMANO e KULESZA, 2007); e o significado de processo de ensino-aprendizagem (FARIA, 1987; FREIRE, 1996; MILTÃO et all, 2008, 2006; MIZUKAMI, 1998; PIAGET, 1978).

Por extensão compreendemos aqueles atos que objetivam integrar a Universidade com a sociedade considerando as finalidades do compromisso políticosocial e da prática acadêmica, bem como a sua estreita relação com a pesquisa. Nesse sentido, tal conceito está de acordo com aquele defendido pelo Fórum de Pró-Reitores de Extensão das Universidades Públicas Brasileiras (FORPROEX) e que estabelece que ' A Extensão Universitária, sob o princípio constitucional da indissociabilidade entre ensino, pesquisa e extensão, é um processo inter/transdisciplinar, educativo, cultural, científico e político que promove a interação transformadora entre Universidade e outros setores da sociedade ' (FORPROEX, 2012 p. 15). Considerando o processo de ensino-aprendizagem, assumimos que a concepção de educação será entendida como um processo relacional-construtivista, que estabelece a interação e as relações recíprocas entre os diferentes atores e objetos, e será entendida como um processo emancipatório (cultural-dialógico), que propicia uma conscientização do sujeito; além disso, será assumido que o processo de ensino-aprendizagem deve ser aquele da pedagogia relacional e de ação cultural, pedagogias essas embasadas pelas epistemologias construtivista e dialógica.

A partir desses referenciais teóricos, investigamos como a Instrumentação Científica em Física pode contribuir na formação dos sujeitos acima mencionados, propiciando um aprender e um ensinar significativos, garantindo uma popularização da ciência, entendida ' como uma ação cultural que, referenciada na dimensão reflexiva da comunicação e no diálogo entre diferentes, pauta suas ações respeitando a vida cotidiana e o universo simbólico do outro ' (GERMANO e KULESZA, 2007, p. 20), para eliminar o abismo entre cultura científica & tecnológica e cultura geral. Considerando que a Instrumentação Científica é uma ação que objetiva viabilizar a atividade experimental e observacional do Campo do Saber da Física, inicialmente, utilizamos experimentos relacionados com a Mecânica e a Óptica que permitem localizar os indivíduos em um sistema de referência, como por exemplo, a régua e o relógio (que formam um sistema de referência), e os telescópios, dentre outros.

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## Objetivos

- O objetivo geral do trabalho é investigar como a Instrumentação Científica em Física se relaciona com o Ensino de Física, promovendo um conjunto de atividades experimentais de baixo custo que sejam formativas do conhecimento produzido no âmbito dos temas transversais que contempla o curso de Licenciatura em Física da UEFS.

Como objetivos específicos, podemos elencar os que seguem:

- (i) Compreender como a Instrumentação Científica em Física contribui na formação do estudante do curso de licenciatura em Física;
- (ii) Elaborar experimentos de baixo custo voltados para a melhoria da formação dos estudantes do ensino básico e que possibilitem a popularização da ciência e a aprendizagem significativa;
- (iv) Apresentar os experimentos didáticos nos Colégios do Ensino Médio.

## Metodologia

Este trabalho teve e continua tendo suas ações pautadas em pesquisas bibliográficas relevantes, através de (i) estudos e discussões dos assuntos que fundamentam o referencial teórico; e (ii) estudo do significado de Instrumentação Científica, para a compreensão da relação entre Instrumentação e Ensino de Física. E também teve suas ações pautadas em pesquisas práticas de laboratório, através de (i) elaboração de experimentos de baixo custo relativos ao Campo do Saber da Física e que permitam uma compreensão fenomenológica da física; e (ii) apresentação dos experimentos nos Colégios do ensino médio na cidade de Feira de Santana do Estado da Bahia.

No aspecto da coleta de dados, a metodologia empregada utilizou a análise e observações do comportamento dos estudantes (MARCONI e LAKATOS, 2006), através do diálogo e questionamentos destes com o professor, durante e após as atividades de apresentação dos experimentos.

## Descrição das Atividades Desenvolvidas

Inicialmente elaboramos um experimento relacionado com a Mecânica e com a Óptica, com o objetivo de aprimorar o conhecimento dos estudantes dos Colégios nos conceitos de transformação de energia: Energia Eólica em Energia Elétrica.

- O experimento foi feito com material de baixo custo, o que possibilita aos estudantes a sua reprodução em outros ambientes e até com outros materiais.

Foram utilizados uma hélice, com um motor, conectada a um LED (do inglês ' Light Emitting Diode ' - Diodo Emissor de Luz) e uma haste de sustentação feito com um isopor (vide a Figura 1).

Posicionamos a hélice, juntamente com o motor, sobre a haste de sustentação modelada por um isopor e a fixamos com o auxilio de uma fita isolante. Na parte traseira da hélice, conectamos um LED a fios de alimentação ligados ao motor que permitia a passagem de corrente elétrica. Após a montagem de todo o sistema experimental, ainda utilizamos um ventilador (AMVOX - 110V) como

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produtor de corrente de ar para a realização do experimento. Aproveitamos a semana do meio ambiente realizada no Centro Integrado de Educação Assis Chateaubriand (CIEAC) na cidade de Feira de Santana-Ba, para demonstração do experimento, como um projeto piloto para percebermos a viabilidade da proposta. Cerca de 20 a 30 estudantes compareceram a uma sala reservada para atividades desse tipo relacionado com a Física.

No que tange à Óptica, a utilização do LED possibilitou dialogarmos com os estudantes sobre o processo de emissão de luz e a sua relação com a rapidez do movimento de uma hélice acoplada ao LED. Além disso, pudemos, de maneira muito introdutória, discorrer um pouco sobre o Eletromagnetismo (objeto de nossa próxima experimentação), na medida em que um diodo é um dispositivo que permite a passagem de corrente elétrica em um determinado sentido, e sobre a Mecânica Quântica, na medida em que o LED é um diodo semicondutor e a teoria dos semicondutores é explicada com o advento da Mecânica Quântica. Consequentemente, pudemos explanar sobre a importância de tais teorias físicas (Eletromagnetismo e Mecânica Quântica) para a sociedade, visto que a utilização dos LED's, por exemplo, é grande nos dias atuais, como podemos ver nos dispositivos microeletrônicos do tipo sinalizador de avisos, e em alguns modelos de semáforos, lâmpadas de carros e lanternas portáteis. Também enfatizamos a importância da Óptica para a compreensão dos telescópios, instrumento muito importante para a observação dos astros.

No que tange à Mecânica, a utilização de um ventilador, que produzia uma corrente de ar (traduzida em energia eólica), fazendo girar uma hélice, cujo movimento fazia girar um imã o qual, por sua vez, com tal giro, induzia em uma bobina uma corrente elétrica (traduzida em energia elétrica), fazendo acender a luz do LED, possibilitou dialogarmos sobre o conceito de transformação de energia, bem como, mais uma vez sobre o Eletromagnetismo. Além disso, realçamos a importância dos sistemas de referência, na medida em que se quiséssemos equacionar uma situação experimental, deveríamos descrever os valores das grandezas físicas envolvidas, sendo que tais grandezas dependem tanto da posição quanto do tempo, em geral.

Os estudantes, na sua grande maioria de nível médio, se mostraram bastantes interessados na demonstração de tal experimento, lançando perguntas e mostrando curiosidade pelo fenômeno que estava sendo estudado e seus conceitos físicos, e o modo como estava sendo representado, associando tais conceitos com a utilização de materiais e ferramentas que estão no cotidiano de cada um, possibilitando uma popularização da ciência na medida em que o abismo entre cultura científica & tecnológica e cultura geral possivelmente estaria eliminado. Dessa forma, ficou demonstrado que o projeto piloto apresentado poderia ser aplicado em salas de aula dos cursos de Física do ensino médio.

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Figura 1: Experimento sobre Transformação de Energia Eólica em Energia Elétrica.

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## Resultados e Discussão

Durante e após a apresentação da atividade experimental os estudantes participaram ativamente do processo dialógico-construtivista através dos seguintes mecanismos:

- i. Questionamentos;
- ii. Levantamento de situações Curiosas;
- iii. Comparações com o cotidiano;
- iv. Manuseio do experimento.

Como resultados, podemos estabelecer que (i) os questionamentos, em geral, se pautavam em perguntas sobre o tipo de fenômeno relacionado, sobre como a energia se conservava, sobre como aparecem as equações matemáticas, sobre o que é a mecânica quântica, como surgiu o eletromagnetismo, etc.; (ii) as curiosidades se pautavam na comparação com situações interessantes nas quais os LEDs poderiam ser utilizados, por exemplo, para proteger as casas, e nas quais poderíamos utilizar a energia eólica para determinadas situações caseiras, dentre outras; (iii) as comparações com o cotidiano foram as mais frequentes na medida em que, sendo um experimento de baixo custo, a similaridade com questões do dia-adia ficaram bem evidentes (os semáforos e a sincronização deles em uma avenida, as lanternas portáteis e a questão do tempo de duração de uma bateria, o desnível de um tanque de água e a distribuição desta na casa - energia potencial em energia cinética - comparando com a transformação da energia eólica em energia elétrica); e (iv) o manuseio do experimento que propiciou uma participação muito grande dos estudantes na medida em que a maioria se interessou em tocá-lo/montá-lo, o que deu uma concretude às discussões realizadas.

Esse tipo de atividade é bastante interessante no ponto de vista da aprendizagem. Em geral, os estudantes não têm um 'contato concreto' com os fenômenos envolvidos durante uma explicação em sala de aula. Com a experimentação e possibilitando um processo pedagógico que leve em consideração a epistemologia dialógico-construtivista, eles podem observar, de forma mais abrangente e significativa, as explanações que envolvem o experimento e seus conceitos, não só aprimorando e superando suas concepções prévias sobre o tema em questão, mas possibilitando uma aprendizagem significativa na medida em que o interesse em participar da atividade é muito grande. Com isso podemos dar uma contribuição mais efetiva para a formação deles.

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## Conclusões

Considerando a participação ativa dos estudantes através do diálogo e questionamento (interação) com o professor, durante e após a realização das atividades ilustrativas dos experimentos apresentados em sala de aula, pudemos inferir que o interesse e entusiasmo dos alunos foram grandes, quando comparamos com outras situações didáticas mais tradicionais de nossa experiência pedagógica. Nesse sentido, a aprendizagem e absorção dos conceitos físicos envolvidos ficam facilitadas durante uma ação epistemológica-pedagógica que seja 'dialógica-de ação cultural' e 'construtivista-relacional', ainda mais quando estes estudantes podem verificar situações semelhantes que ocorrem no seu dia-a-dia.

Com um experimento simples e de baixo custo, utilizável em qualquer ambiente, pudemos dialogar de forma significativa com os estudantes, considerando áreas da Física muito importantes para o ensino médio: Mecânica, Eletromagnetismo e Mecânica Quântica. Pelo que percebemos, através da iniciativa em participar da construção do aparato experimental, bem como das discussões, os estudantes ficaram encantados demonstrando grande interesse. Além disso, teceram considerações orais (falas, perguntas, etc.) expressando suas opiniões sobre o tema em pauta da transformação de energia, melhorando assim sua aprendizagem. Dessa forma podemos perceber como a Instrumentação Científica, através de experimentos de baixo custo pode contribuir para a popularização do conhecimento físico.

Nesse sentido, fica evidente a necessidade de tais atividades para maior compreensão dos estudantes no ensino da Física. Dessa forma, estamos elaborando mais atividades semelhantes àquelas feitas, para propiciar uma participação e interesse dos estudantes do ensino médio em relação às Ciências Físicas, possibilitando, a nosso ver uma popularização da Ciência na nossa sociedade, a partir dos próprios estudantes do ensino médio. As próximas experimentações previstas são em Eletromagnetismo e Termodinâmica.

Consequentemente, podemos afirmar que a Instrumentação Científica em Física pode contribuir na formação dos sujeitos, propiciando uma aprendizagem significativa e uma popularização científica. Além disso, temos como perspectiva elaborar uma simulação computacional dos experimentos para propiciar uma popularização ainda maior do conhecimento físico associado com tais experimentos.

Figura 2: Apresentação de Experiência na Sala de Aula.

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## Referências

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