PLANEJAMENTO E DESENVOLVIMENTO DE SEQUÊNCIA DE ENSINO SOBRE INÉRCIA EM GRUPO COLABORATIVO DE PROFESSORES DE FÍSICA

## PLANEJAMENTO E DESENVOLVIMENTO DE SEQUÊNCIA DE ENSINO SOBRE INÉRCIA EM GRUPO COLABORATIVO DE PROFESSORES DE FÍSICA

Daniela Freitas de Abreu , Orlando Gomes de Aguiar Júnior 1 2

- 1 Instituto de Educação de Minas Gerais/PIBID-FaE-UFMG, fisica\_physics@yahoo.com.br 2 Universidade Federal de Minas Gerais/PIBID-FaE-UFMG, orlando@fae.ufmg.br

## Resumo

Este trabalho relata um projeto em andamento, financiado pela Fapemig e Capes, de desenvolvimento de pesquisas em sala de aula, com participação ativa de professores de escolas públicas da educação básica e alunos de licenciatura em formação. A estratégia de formação consiste no planejamento, desenvolvimento e validação de sequências de ensino de física orientados por resultados de pesquisa educacional. A equipe é composta por professores de três escolas públicas da Rede Estadual de Ensino, por alunos de licenciatura (bolsistas PIBID) e por professores universitários (coordenadores do projeto PIBID). Neste trabalho, iremos apresentar os princípios que têm orientado a produção das sequências de ensino pela equipe de física, os resultados preliminares de sua aplicação em sala de aula (na perspectiva dos alunos e da equipe em formação) e os critérios que serão usados para validação das sequências. Optamos por apresentar essas discussões no contexto de uma sequência de ensino intitulada 'Uma Física para a Terra em Movimento', ainda em desenvolvimento. Para tal, iremos relatar, do ponto de vista da professora-pesquisadora (1 a autora deste relato), as impressões iniciais em termos de potencialidades e dificuldades encontradas no desenvolvimento do projeto em sala de aula.

Palavras-chave : grupo colaborativo; sequências de ensino; princípio da inércia; dialogia.

## Introdução

A distância entre as pesquisas em educação que são realizadas nas universidades e os professores (atores do processo educacional) tem sido muito grande. De um lado, os professores se veem desmotivados e sem apoio para as mudanças que se esperam da escola e em suas práticas. De outro, as propostas e resultados de investigação em educação se revestem de linguagem sofisticada e distantes do cotidiano e trabalho docente na educação básica. A falta de comunicação entre universidade e escola tem sido um grande problema para a educação, sobretudo quando se trata de formação de professores. O projeto aqui relatado tem o intuito de por em comunicação esses diferentes agentes, com seus saberes e práticas.

No âmbito desse projeto, pretende-se desenvolver sequências de ensino em alguns tópicos de física para a escola de ensino médio a fim de forjar alternativas para a ação e formação docente, inicial e continuada. Para tal são consideradas as condições objetivas das escolas e os perfis, interesses e necessidades formativas de seus estudantes. O projeto pretende, portanto, fomentar novas práticas, refletir sobre elas e produzir materiais de ensino e reflexões que possam ser depois compartilhadas com outros professores e escolas.

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Como questões de pesquisa, em médio prazo, pretende-se: 1. Examinar o alcance desse tipo de proposta como estratégia de formação de equipe de professores-pesquisadores; 2. Formular e validar princípios que orientem a construção de sequências de ensino inovadoras no ensino de física; 3. Identificar obstáculos, dificuldades e potencialidades das ações e intervenções docentes na condução das atividades propostas em sala de aula. Merece especial atenção desta pesquisa a alternância entre abordagens comunicativas dialógicas e de autoridade ao longo das sequências de ensino, como será destacado adiante.

Neste trabalho, optamos por apresentar tais discussões no contexto de uma sequência de ensino em desenvolvimento pela equipe do projeto. Trata-se de uma sequência de ensino que introduz os conceitos fundamentais de força e inércia a partir do problema histórico de construção de uma 'nova física' para a Terra em movimento (Cohen, 1988).

Na primeira sessão desta comunicação, apresentamos brevemente os princípios que vêm sendo utilizados pela equipe na construção das sequências de ensino, e que serão exemplificados em aspectos da sequência 'Uma física para a Terra em Movimento'. Na segunda sessão, apresentamos dados preliminares de seu desenvolvimento em sala de aula, identificando desafios postos aos alunos e equipe de professores. Para validação das sequências desenvolvidas, indicamos como critérios a eficácia para os fins para os quais foi inicialmente concebida e a praticidade, ou seja, a condição de ser passível de uso por professores em escolas públicas de ensino médio.

## 1. Princípios que orientam a produção das Sequências de Ensino

As sequências de ensino produzidas pela equipe do projeto se inspiram na psicologia histórico-cultural inauguradas por Vygostky (2004). Segundo esta perspectiva, a linguagem é um sistema de signos que nos permite compartilhar sentidos sobre o mundo em que vivemos e esse processo ocorre por meio da participação compartilhada em atividades específicas. Aprender ciências envolve, nesse sentido, se apropriar de aspectos da linguagem da ciência, que codifica uma visão de mundo, relacionada às práticas sociais da ciência na sociedade. Nesse sentido, o ensino de ciências deve propiciar o envolvimento dos estudantes em atividades compartilhadas, orientadas por problemas e que permitam introduzir aspectos da visão da ciência. Segundo Driver e colaboradores (1999):

O conhecimento e o entendimento, inclusive o entendimento científico, são construídos quando os indivíduos se engajam socialmente em conversações e atividades sobre problemas e tarefas comuns. Conferir significado é, portanto, um processo dialógico que envolve pessoas em conversação e a aprendizagem é vista como o processo pelo qual os indivíduos são introduzidos em uma cultura por seus membros mais experientes. À medida que isso acontece, eles 'apropriam-se' das ferramentas culturais por meio de seu envolvimento nas atividades dessa cultura. (Driver, Asoko, Leach, Mortimer e Scott, 1999, p. 34).

Por essa razão, o primeiro princípio que tomamos para construção das sequências de ensino é o de um currículo organizado por atividades. As atividades podem ter vários suportes: debates, experimentos, problemas de lápis e papel, questões apoiadas em imagens, vídeos ou animações por computador, entre tantos outros. O fundamental, entretanto, é que as atividades sejam orientadas por problemas a resolver, ou seja, que criem uma necessidade de compreensão de

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algum aspecto da realidade que é recortado para análise. O princípio da problematização e o papel do professor nesse processo têm sido enfatizados por várias pesquisas no campo da educação em ciências (Delizoicov, 1996; Ramos, 2008; Capecchi, 2014). Para Maurivan Ramos (2008, p. 64), 'na experiência de mediação [do conhecimento], a problematização tem papel relevante, tanto do ensinante quanto do aprendente, pois ela instiga e desequilibra'. Como lembra Capecchi (2014), é preciso, ainda, que as atividades sejam desenhadas de modo a favorecer a emergência de ideias científicas e que o professor disponibilize aos estudantes informações adicionais e recursos para que possam desenvolver esse entendimento.

No caso da sequência de ensino 'Uma física para a Terra em movimento', os estudantes são desafiados a explicar por que não sentimos o movimento da Terra, uma vez que 'sabemos' que ela gira em torno de seu próprio eixo e orbita ao redor do sol. Algumas atividades e textos são apresentados de modo a sustentar os argumentos que levaram à aceitação do modelo copernicano por Galileu e alguns de seus contemporâneos e como isso conduziu a uma reformulação radical do problema das causas dos movimentos dos corpos.

- O segundo princípio da organização das sequências de ensino é o de um currículo organizado por ideias chave, ou seja, orientado para as construções intelectuais mais relevantes e fecundas do campo científico. Esse princípio decorre de uma crítica do nosso currículo escolar, saturado de muitas informações de duvidosa relevância e quase nenhuma repercussão para a formação dos estudantes (Millar, 1996). Ao contrário disso, procuramos identificar e concentrar esforços no entendimento de conceitos que sejam de fato estruturadores do pensamento científico, como o princípio de inércia, no caso da sequência de ensino em questão. Além da relevância científica, os conteúdos escolares devem se apresentar relevantes aos estudantes, no sentido de permitirem o entendimento de situações da vida cotidiana.
- O princípio de inércia vem sendo incorretamente tratado em livros didáticos de física como um mero caso especial da 2 Lei de Newton (o chamado 'Princípio a Fundamental' da Mecânica) posto que trata de situações em que, na ausência de forças, o corpo terá aceleração nula. Ao reduzir o enunciado da 1 Lei à 2 , o ensino a a de física abdica de uma discussão da construção intelectual fundamental na construção da mecânica clássica, qual seja, o Princípio da Relatividade Galileana que estabelece a equivalência e indistinguibilidade entre repouso e movimento retilíneo uniforme (Villani e Pacca, 1992). Segundo Arnold Arons (1997, p. 60):

Ao entendemos que repouso ou movimento retilíneo uniforme são estados naturais dos objetos, e que as interações com outros objetos são necessárias para produzir mudanças nesses estados, podemos interpretar a 1ª Lei como uma definição operacional qualitativa de 'força', a saber, que a ação por um agente externo ao corpo em movimento produz uma mudança na velocidade (em magnitude ou em direção).

- O terceiro princípio de organização de sequências de ensino refere-se à importância do diálogo na construção do conhecimento científico e da alternância entre abordagens dialógicas e de autoridade para a produção, circulação e estabilização de ideias científicas em salas de aula de ciências/física.
- As abordagens dialógicas envolvem uma abertura a uma diversidade de pontos de vista na busca de solução de um problema. Embora pouco frequentes nas salas de aula de ciências, elas favorecem uma reflexão e tomada de consciência

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sobre as diferenças entre os conceitos científicos e as concepções baseadas em senso comum. No caso da sequência de ensino aqui retratada, os alunos devem compreender que a física newtoniana inaugura um novo modo de conceber os movimentos. Enquanto a física intuitiva concebe o repouso como estado natural dos corpos e busca causas para o movimento, a mecânica newtoniana entende repouso e movimento retilíneo uniforme como estados naturais e busca causas para mudanças no movimento.

No entanto, o discurso da ciência exige certa fidelidade a pontos de vista, definições e procedimentos que, uma vez estabelecidos, devem ser preservados e respeitados. Portanto, o ensino de ciências exige uma 'voz de autoridade'. Assim, por exemplo, o sentido de força tem uma restrição em relação aos usos do conceito na linguagem cotidiana. Força, para a mecânica, é ação externa (na verdade interação ou ação recíproca) que provoca mudanças no estado de movimento dos corpos.

Na sequência de ensino que produzimos, os textos e atividades pretendem alternar abordagens dialógicas e de autoridade, de modo a favorecer a emergência e estabilização de ideias científicas, bem como o entendimento de suas relações com conceitos cotidianos.

## 2. O processo formativo da construção de sequências de ensino

A sequência tem sido elaborada coletivamente pela equipe do PIBID na escola. Nessa elaboração, tentamos preservar o estilo de trabalho da professora, uma vez que ela deverá se identificar com o trabalho a ser desenvolvido. Além da professora (bolsista de pesquisa pelo Projeto apoiado pela Fapemig), o projeto conta com a participação de um aluno de mestrado e de sete licenciandos - cinco bolsistas do PIBID na escola, um bolsista IC e um bolsista de apoio técnico (Projeto Fapemig).

Como atividade inicial deste projeto foi feito um estudo baseado em leitura e pesquisa sobre os referenciais teóricos que envolvem a elaboração das sequências de ensino. As leituras perpassaram textos que contam experiências vividas por grupos colaborativos de professores em elaborações de sequências de ensino (Gallliazi et al, 2007; Maldaner; Charbel et al, 2011) e o referencial teórico que trata das interações em sala de aula e das condições que favorecem a aprendizagem dos estudantes (Mortimer e Scott, 2002; Aguiar e Mortimer, 2005; Scott, Mortimer e Aguiar, 2006).

A elaboração da sequência de ensino sobre inércia é a segunda desenvolvida pela equipe do projeto (em 2013, elaboramos uma primeira versão de uma sequência de ensino sobre potência de aparelhos elétricos). Ela parte de um contexto histórico de desenvolvimento de ideias na física. Nesse cenário, o aluno é colocado a pensar em temas em disputa que estiveram na origem da revolução científica no século XVI tais como modelos de Universo e a sensação de repouso da Terra que, no entanto, se move. O desafio é que os estudantes percebam a ousadia da proposta da 'nova física' de Galileu e Newton em tomar repouso e movimento retilíneo uniforme como equivalentes e indistinguíveis.

Nessa primeira etapa um dos desafios enfrentados pelo grupo de elaboração tem sido a dificuldade de adequar o número de aulas ao conteúdo, tentando não perder o foco da aplicabilidade de tal sequência em outras realidades escolares.

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Sendo assim muitas atividades são propostas, porém elas têm sido escolhidas dentro da facilidade de confecção e acessibilidade. Nessa produção de materiais diversos contamos com a participação de todos da equipe elaboradora, porém de uma maneira especial de um licenciando, bolsista pibid, que apresenta grande domínio e facilidade com o trabalho de atividades práticas que transformam as ideias em materiais concretos.

Na elaboração da sequência escrevemos inicialmente o guia do aluno, ou seja, o caderno contendo as atividades, os textos e exercícios escolhidos. A intenção é incorporar futuramente a esse material orientações para professores com observações relativas às intenções das atividades propostas, formas de intervenção docente recomendadas e relatos de sala de aula.

A escrita do Caderno do Aluno tem colocado várias questões para o grupo. O impasse encontrado nesse primeiro momento deve ser pontuado, devido a ausência de experiências anteriores dos professores e licenciandos com escrita de textos e atividades, assim como de elaboração de sequências de ensino sem uma referência mais forte de um livro didático. Essa produção, por sua vez, nos tem colocado em contato com a pesquisa acadêmica na área e nos desafiado a pensar em alternativas para o ensino de tópicos de física em sala de aula. Superado esse primeiro bloqueio com a escrita, o trabalho começou a ficar mais leve e fluir melhor. Entendemos que essa experiência de formação ajuda a construir uma maior autonomia dos professores no planejamento e desenvolvimento de projetos de ensino.

## 3. Aplicação da sequência de ensino: primeiros relatos

A primeira aula da sequência de inércia e força tem uma característica interativa/dialógica, por ser o primeiro contato dos estudantes com o trabalho ela visa levar os alunos, organizados em grupos, a uma discussão e abertura do tema. A intenção é compartilhar com os estudantes um sentido de estranhamento com os movimentos dos corpos em uma Terra que se move no espaço. Nesta atividade, foram propostas as seguintes questões:

- 1. Por quais razões não é possível sentir o movimento da Terra?
- 2. O que aconteceria se a Terra parasse de girar?
- 3. Estime a velocidade de rotação da Terra (por exemplo: 700 km/h, 2000 km/h, 10000 km/h...). Explique como você fez sua estimativa.
- 4. Imagine que você jogue um objeto verticalmente para cima; se a Terra está girando explique como este objeto pode retornar à sua mão?

A discussão nos grupos foi, como previsto, em geral predominantemente interativas / dialógicas, embora houvesse uma tendência de alguns estudantes seguir acriticamente as ideias e opiniões dos colegas. A maioria dos grupos se envolveu na atividade e houve discussões intensas acerca das questões propostas. Os alunos expunham seu ponto de vista e eram ouvidos e levados a sério pelos demais que trabalhavam aquela ideia, manifestando concordância ou discordância em relação a ela e acrescentando outras.

Nessa primeira atividade percebemos de acordo com a análise do 'engajamento disciplinar produtivo' proposto por Engle e Conant (2002) que: (a) um grande número de estudantes forneceu aportes substantivos ao conteúdo em discussão, (b) houve sintonia dos colegas que durante a discussão

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complementavam as ideias dos demais, (c) uma pequena parte dos estudantes se manteve disperso e alheio a discussão, (d) os estudantes discutiam e escutavam as contribuições dos colegas acompanhando-os com os olhos e intervindo com suas ideias, (e) os alunos se envolveram facilmente com o tema, sendo algo do interesse dos mesmos e que despertou sua curiosidade, (f) os alunos conseguiram manter a atenção e discussão por um longo período de tempo.

A segunda atividade da sequência envolve uma discussão sobre os modelos do Universo, focando principalmente nos modelos Ptolomaico e Copernicano. Para iniciar tal discussão propomos para os alunos a representação, em desenho, de seu modelo de Universo. Em seu modelo, deveriam destacar a posição da Terra e distribuição de planetas, Lua, Sol e demais estrelas no Universo. Nessa atividade encontramos vários modelos que entram em desacordo com os modelos aceitos pela ciência. É interessante notar que tal conteúdo já foi estudado anteriormente pelos estudantes, mas nem todos conseguiram criar significado com o que foi exposto. Muitos alunos, por exemplo, representam estrelas espalhadas dentro do sistema Solar, em meio a planetas, Terra e o Sol (este, no centro). Alguns alunos com modelos mais avançados expuseram em seus desenhos diversas galáxias, estrelas distantes, buracos negros, dentre outros.

Após desenharem seus próprios modelos, os alunos foram questionados a respeito da observação do céu noturno. Notamos um repertório limitado de conhecimentos, uma vez que os alunos não têm o hábito de observar o céu e que pouco sabem a respeito do mesmo.

Em seguida, a professora alterna o discurso para um caráter de autoridade / não dialógico, a fim de apresentar didaticamente os modelos ptolomaico e copernicano, de modo a explicar e prever o movimento dos astros na abóboda celeste. Essa abordagem foi enriquecida com um modelo confeccionado com vasilhame de chopp (esférico, de acetato) no centro do qual fixamos um pequeno globo terrestre. A esfera transparente era, por sua vez, acionada por uma base giratória e nela foram representadas as linhas do equador celeste, polos celestes, eclíptica e a constelação do Cruzeiro do Sul.

Figura 01: Modelo do Universo Geocêntrico

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O modelo foi manipulado com consulta e projeção de diversos sites e aplicativos que apresentam modelos de universo, tais como 'Rotating Sky Explorer' (Alberta Astronomy Lab), Stellarium e o aplicativo de celular Google Sky.

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Nesse discurso são trazidas novamente as perguntas feitas a eles anteriormente para que possam visualizar com o simulador e o modelo demonstrativo as respostas para tais perguntas. Por exemplo, a maioria dos alunos acreditava que não haveria diferença entre as constelações vistas nos Hemisférios Sul e Norte da Terra. Porém, ao serem apresentados ao modelo, logo perceberam que o cruzeiro do sul seria visto apenas em uma determinada região do planeta.

Os alunos apresentaram grande interesse e participação ativa nas apresentações do aspecto do céu no software Stellarium, com diversas variações (local de observação; dia e mês do ano; um mesmo dia em diferentes horários, etc). Notamos, ainda, um grande interesse com a manipulação do Google Sky, que representa a posição dos astros no céu naquele instante, com o auxilio do GPS.

Nesse contexto, foram apresentados e examinados os modelos copernicano e ptolomaico, discutidas suas premissas, consequências e problemas. Desse contexto, examinamos os argumentos de Galileu a favor da Terra em movimento e a necessidade de uma nova física.

Os professores e licenciandos notaram a diferença no comportamento e participação dos alunos que se apresentam mais envolvidos e interessados, participando e fazendo perguntas a respeito do assunto. No momento, estamos desenvolvendo atividades práticas e mediadas por representações e vídeos envolvendo os conceitos de força e inércia.

## Conclusões Preliminares

Os alunos estão acostumados com um modelo de escola 'bancária', em que o professor pergunta sem querer realmente ouvir as respostas e, logo em seguida, já fornece a solução de sua questão, sem nenhum debate ou interação com os alunos que participam muito pouco em sala. Os alunos têm o hábito de levar dessas aulas respostas prontas e acabadas (se é que levam realmente) e nunca uma questão para pensar ou algo que não foi respondido para lhe intrigar e instigar um pouco mais. Essa falta de hábito que têm em relação a discursos dialógicos, em que eles realmente são ouvidos e levados a sério, levam alguns alunos a exporem tal incômodo em sala, alguns desses exemplos vivenciados nessa sequência de ensino foi um aluno falar para o professor que já havia dado tempo suficiente para a pergunta e que poderia fornecer logo a resposta. Percebe-se nesse caso que os alunos sentem que suas respostas tem pouca importância para o contexto científico. Em alguns momentos, por exemplo, na segunda atividade da sequência, na qual abrimos para discutir modelos de Universo, eles são levados a perceber que pessoas 'comuns', sem muitos aparatos científicos também opinaram e desenvolveram modelos diferenciados apenas com a observação do céu. Sendo assim a professora os estimula a observar o céu e montar seu próprio mapa celeste, lembrando a eles que têm acesso a mais ferramentas que muitos cientistas dispunham no passado.

O trabalho tem se mostrado adequado para os fins de formação da equipe e, ainda, para mudanças no currículo e nas práticas dos professores em sala de aula. Os próximos passos do projeto são a análise das respostas dos estudantes e a avaliação da adequação das atividades e textos elaborados. A partir desses registros (e da análise de aulas gravadas em vídeo), pretendemos reformular algumas atividades, no sentido de adequar o ritmo, qualidade e quantidade de

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situações propostas de modo a favorecer a aprendizagem dos estudantes em condições compatíveis com nossa realidade escolar.

## Referências

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