LABORATÓRIOS DIDÁTICOS DE FÍSICA E QUÍMICA: CONHECIMENTO CIENTÍFICO E INTERDISCIPLINARIDADE NA INCLUSÃO SOCIAL

## LABORATÓRIOS DIDÁTICOS DE FÍSICA E QUÍMICA: CONHECIMENTO CIENTÍFICO E INTERDISCIPLINARIDADE NA INCLUSÃO SOCIAL

Fábio D. A. Aarão Reis , Aldinéia C. M. Maretta , Marta V. M. Outeiral 1 2 2

1 Universidade Federal Fluminense / Instituto de Física, Niterói, RJ, reis@if.uff.br

2 Colégio Estadual Embaixador Raul Fernandes, Niterói, RJ

## Resumo

Montamos experimentos e demonstrações voltados para as disciplinas de Física, Química e Ciências no laboratório didático de uma escola estadual de Niterói, RJ. A escola atende predominantemente estudantes de famílias carentes, com pouca motivação para o estudo e que não percebem a relevância da ciência no seu cotidiano. Enfatizamos experimentos com conteúdo interdisciplinar e práticas de caráter lúdico, preferencialmente com uso de materiais e equipamentos simples. Catalogamos 27 práticas desde fevereiro de 2014. As impressões dos estudantes sobre o laboratório em geral e sobre 4 práticas específicas foram avaliadas, com apresentação de relatos dos professores. Os resultados são positivos, mostrando o sentimento de mais de 90% dos alunos de que o laboratório contribui para a sua formação e mais de 50% de aprovação das práticas avaliadas individualmente. O estímulo para os alunos estudarem ciências e o reconhecimento da relevância da ciência nas suas vidas são os principais resultados deste início de trabalho. Entendemos que é necessário manter a mesma linha de ação por algum tempo, postergando a introdução de atividades de formação científica mais intensivas.

Palavras-chave : laboratório didático; Física; Química; interdisciplinaridade.

## Introdução

As atividades experimentais são essenciais para a qualidade do ensino de ciências nos níveis médio e fundamental, pois ajudam a motivar os estudantes e melhorar sua compreensão dos fenômenos naturais [1,2], com impacto positivo no desempenho escolar [3]. Também há evidências de que atividades experimentais bem planejadas naquele nível estão correlacionadas com o desempenho em disciplinas de Física de cursos universitários da área técnico-científica [4].

Porém, a maioria das escolas públicas estaduais do RIo de Janeiro não possui infraestrutura laboratorial. Algumas possuem o espaço físico para laboratório, mas os equipamentos e acessórios disponíveis não viabilizam o seu uso regular. Assim, o investimento em laboratórios didáticos nestas escolas é um importante passo para a melhoria do ensino público e um instrumento de inclusão social.

Em janeiro de 2014, inciamos um projeto para equipar o Laboratório de Ciências do Colégio Estadual Embaixador Raul Fernandes (CEERF), em Niterói (RJ), com suporte financeiro da Faperj. O CEERF tem cerca de 360 estudantes, grande parte deles em situação de vulnerabilidade socioeconômica, comprovada pelo alto percentual (43%) que pertence a famílias apoiadas pelo Programa Bolsa Família. São alunos que não tiveram contato anterior com atividades laboratoriais e cuja formação em Matemática e ciências é bastante fraca.

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A seleção das atividades laboratoriais para turmas com este perfil foi uma questão difícil, exigindo um trabalho de motivação que relacionasse o conhecimento científico com o seu cotidiano. De fato, seguindo a proposta do PCNEM, o estudo dos fenômenos e processos naturais deve situar o estudante dentro deste contexto, dimensionando a sua interação com uma natureza em transformação [5]. Assim, o trabalho realizado foi bastante diferente do laboratório convencional, que é baseado no aprendizado de metodologia científica, treinamento nos métodos de medição e, frequentemente, roteiros rígidos [6,7].

A equipe que desenvolve o projeto é formada pelo coordenador, duas professoras do CEERF, duas estudantes de graduação e dois estudantes de nível médio. A equipe monta experimentos, auxilia os professores de diversas disciplinas nas atividades no laboratório e realiza avaliações do projeto.

## Experimentos realizados

Liistamos aqui os experimentos cujos roteiros foram disponibilizados para a comunidade escolar. Algumas referências são citadas.

- 1- Eletromagnetismo. Uma corrente elétrica passa por um condutor e produz um campo magnético ao redor.
- 2- Meteorologia. Observa-se o efeito da pressão atmosférica sobre os líquidos. [8,9]
- 3- Termologia. São apresentados conceitos de calor específico e capacidade térmica e discute-se a conservação de energia.
- 4- Eletrostática. Mostra-se que metais são bons condutores de eletricidade e que existem diversos materiais isolantes de eletricidade.
- 5- Circuitos Elétricos. Compreender o conceito de circuito elétrico e como a corrente elétrica flui no circuito. [10]
- 6- Relação entre volume e pressão de um gás (Lei de Boyle). Usa-se uma seringa com certa quantidade de ar e, dentro dela, uma pequena bola de aniversário fechada e não inflada.
- 7- Relação entre volume de um gás e temperatura. Usa-se um balão de aniversário amarrado à boca de uma garrafa pet vazia e mergulha-se a garrafa em água muito quente ou gelada.
- 8Fenômeno Físico e Fenômeno Químico. Separação de misturas homogêneas e heterogêneas.
- 9- Fenômeno Químico. Coloca-se fogo em alguns materiais como madeira, folhas e tecidos e observam-se os produtos.
- 10- Evapotranspiração. São colocados sacos plásticos transparentes em folhas de árvores, amarrando-se a boca do saco para reter líquidos, e após 24h observa-se a quantidade de água contida nos sacos. [11,12]
- 11- Fenômeno da Capilaridade. Simulação da circulação de água e seiva nas plantas. Um pedaço de barbante seco é colocado dentro de uma caneta transparente sem a carga e esta é mergulhada em um recipiente com pouca água e corante azul (1 a 2 cm) e aquecida por uma lâmpada.
- 12Propriedades dos solos. Porosidade, permeabilidade, cor. Colocou-se mesma quantidade de diferentes solos em funis cobertos por papel de filtro, adicionando-se em cada um deles a mesma quantidade de água (200ml). Observam-se diferentes quantidades de líquido filtrado num mesmo intervalo de tempo.

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- 13- Fenômenos eletrostáticos com gerador de Wan der Graaf. Foi observada a função de cada elemento no processo de eletrização por atrito.
- 14- Fósseis. Experimento com argila simulando o solo e gesso para fazer moldes. [13]
- 15- Pulmão artificial. Simulação do resultado da inalação da fumaça de um cigarro de tabaco pela filtragem da fumaça. [14]
- 16- Simulação da interação de fatores bióticos e abióticos para a manutenção da vida no planeta Terra. Experimento do pé de feijão plantado em diferentes condições.
- 17Uso de termômetro para medir temperatura ambiente (máxima e de mínima), temperatura de materiais sólidos, líquidos, gasosos e temperatura corporal.
- 18- Líquido não Newtoniano. Mistura de amido e água.
- 19- Oficina de confecção de sabonetes. [15]
- 20- Citologia 1. Observaram-se ao microscópio células vegetal e animal, identificando-se as diferenças estruturais entre elas.
- 21- Citologia 2. Identificou-se, através do microscópio, os protozoários presentes na infusão feita com água parada e folhas trituradas de alface.
- 22- Citologia 3. Mostrou-se a existência de micro-organismos e como eles contaminam o meio de cultura (gelatina dissolvida na água, misturada ao caldo de carne e introduzida na placa de Petri).
- 23- Dilatação superficial. Utilizou-se o Anel de Gravesande.
- 24- Fundamentos da diluição. Uma substância é adicionada a outra para reduzir a concentração de uma delas.
- 25- Herbário. Ervas coletadas foram secas e prensadas, com o objetivo da catalogação com o nome científico e vulgar e seus efeitos no corpo humano.
- 26- Densidade e flutuabilidade. Foram imersos vários objetos na água com o objetivo de comparar a densidade deles com a da água e relacioná-la com a flutuabilidade.
- 27- Mudanças de estado físico da matéria. Evaporação da água misturada com sal.

## Relato da experiência dos professores

Começamos as atividades com a eleição do patrono do laboratório de Ciências. No primeiro turno, cada turma de nível fundamental ou médio escolheu o nome de um cientista brasileiro de qualquer época. No segundo turno, foram preparadas cédulas com os nomes dos cientistas escolhidos por cada turma e cada aluno votou em um destes nomes. Carlos Chagas foi eleito o patrono.

Este exercício de cidadania permitiu que os estudantes conhecessem alguns cientistas brasileiros que fizeram história e alguns atuais. Nosso intuito era perceberem que há muitas pessoas realizando atividade científica em laboratórios, centros de pesquisa e universidades no Brasil.

Para o trabalho no primeiro semestre de 2014, escolhemos experimentos de fácil manipulação, que ressaltassem um ou mais fenômenos físicos, químicos ou biológicos e que mostrassem a importância das ciências naturais para o seu entendimento. Nas primeiras atividades com cada turma, escolhemos experimentos com aspectos lúdicos para estimular os alunos para as práticas no laboratório. Os estudantes aprenderam gradativamente a usar os componentes do laboratório,

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alguns deles presentes no seu cotidiano, como ferramentas e materiais elétricos simples. Outro aspecto que enfatizamos foi a interdisciplinaridade, pois a explicação coerente de alguns experimentos envolve conceitos de diversas disciplinas.

A partir do segundo semestre, a realização de experimentos que acompanham os currículos de Física e Química de nível médio foi iniciada.

Descrevemos a seguir a realização de alguns experimentos.

## (E1) Pulmão artificial.

O experimento chama a atenção dos estudantes para os males causados pelo uso de cigarros de tabaco. Usamos uma garrafa pet transparente de 2l, um cigarro de tabaco, um secador de cabelos e água. Encheu-se a garrafa com água, colocou-se o cigarro aceso em um orifício na tampa e a água foi escoada por um orifício no fundo da garrafa. Com o escoamento da água, a fumaça é tragada para dentro da garrafa. Quando a garrafa ficou sem água e repleta de fumaça, sua tampa foi substituída por um papel de filtro. O secador de cabelos foi usado para bombear a fumaça a partir do orifício inferior, direcionando-a para o papel de filtro.

Os alunos observaram que o filtro ficou com um resíduo de cor marrom alaranjada e odor fétido. As professoras chamaram a sua atenção para o comportamento dos gases e líquidos em um recipiente (a fumaça tomou conta de toda garrafa, enquanto o líquido ficava no fundo) e para a diferença entre as cores da fumaça e do filtrado, explicando como a fumaça danifica as paredes dos pulmões e conduz toxinas que entram na corrente sanguínea.

Os alunos observavam o filtrado com espanto. Todos ouviram falar que o cigarro faz mal à saúde, mas não imaginavam como isso acontecia. Alguns comentários na turma do oitavo ano fundamental foram: 'se é isso que fica preso dentro da pessoa, por que fumam?'; 'eu já não gostava do cheiro da fumaça, agora gosto menos ainda, quero ficar longe!'; 'se eu respirar a fumaça, ela também faz mal para meu pulmão, ele fica preto, eu fumo também?'. A questão dos fumantes passivos foi discutida pela professora. Vários alunos relataram casos de parentes que foram internados, que fazem tratamentos para doenças pulmonares ou que morreram por causa de cigarros de tabaco.

Em aula posteriores, os alunos do ensino fundamental foram levados ao laboratório de informática pela professora de Ciências para uma pesquisa sobre uso de drogas lícitas, entre elas o tabaco, visualizando imagens de pulmões de fumantes e de não fumantes e lendo sobre as doenças causadas. Em seguida, montaram um mural com figuras coletadas. No nível médio, a professora de Química discutiu a composição química do tabaco e as inúmeras substâncias ativas e psicoativas presentes nos cigarros. Os professores de produção textual pediram que os alunos fizessem uma redação direcionada a um amigo ou um familiar que usasse tabaco. Algumas redações foram fixadas no mural junto às figuras.

## (E2) Labirinto elétrico.

O objetivo desse experimento é mostrar como funciona um circuito elétrico, o papel de interruptores e o acionamento de alarmes. O experimento foi montado com uma bateria de 12V, arame e fios de cobre, fita isolante e pedaços de madeira. O aluno tem que percorrer um labirinto de fio com uma argola sem encostar no fio. Caso encoste, o circuito fecha, fazendo soar uma campainha e acender uma luz de

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LED. Durante o experimento, o aluno era informado sobre os polos positivo e negativo e a disposição dos componentes no circuito.

Esta atividade ajuda os estudantes a entenderem o funcionamento de dispositivos elétricos e a forma correta de se trabalhar com eles.

Na turma do primeiro ano do nível médio, a professora de Física introduziu conceitos de tensão elétrica, corrente e resistência, mostrando como se apresentam nos circuitos. No laboratório de ciências, ensinou a montagem de um ramal elétrico com fios de fase e neutro e com a inserção do interruptor, mostrou como acoplar um bocal com lâmpada a um circuito e como montar uma extensão elétrica a partir de uma tomada. Em aula teórica, a professora de Química abordou o funcionamento de pilhas e de baterias que produzem eletricidade a partir de reações químicas.

Neste contexto, uma atividade extra foi a instalação de pontos de energia elétrica nas bancadas do laboratório, que não existiam no início do projeto. Alunos do primeiro ano do nível médio fizeram a instalação sob orientação do coordenador do projeto e de uma professora. O trabalho com eletrodutos, conexões, fios, caixas e tomadas exigiu o uso de diversas ferramentas e realização de medidas. Os alunos disseram que não imaginavam que era tão trabalhoso, mas gostaram muito de ver o resultado do seu trabalho sendo útil para outras aulas no laboratório.

## (E3) Fluido não newtoniano.

Este experimento chama a atenção para as propriedades de misturas, mostrando que muitos materiais não se comportam da maneira como sua aparência sugere. Relatamos a experiência com uma turma do sétimo ano fundamental.

Misturamos, em proporção, duas partes de água para uma de amido de milho, mexendo lentamente até que se forme uma mistura homogênea. A viscosidade desta mistura varia muito com a tensão aplicada: ela escoa lentamente e objetos podem ser mergulhados nela também lentamente, mas ela resiste à deformação sob ação de forças impulsivas.

Durante a aula, a professora iniciou a mistura e convidou os alunos para mexerem. Vários deles o fizeram. A professora perguntou o que aconteceria se ela desse um soco na mistura e algumas respostas foram: 'vai jogar essa coisa em cima de nós', 'vai sujar a nossa roupa'. A professora pediu que um deles desse um soco com um pouco de força, mas o aluno relutou alegando que iria se sujar. A professora pediu novamente e, ao socar a mistura, o aluno se surpreendeu e falou com espanto 'o que é isso, professora?'. Começou a rir e disse que era 'sinistro e muito legal'. Imediatamente toda turma também experimentou socar a mistura.

A professora informou como foi feita a mistura de água com amido de milho. Evitou-se o uso de termos técnicos como tensão de cisalhamento e viscosidade, inclusive em turmas do ensino médio, pois os alunos estavam tendo seus primeiros contatos com um laboratório didático. Por outro lado, a professora explicou que os cientistas trabalham para entender a natureza e explicar estes fenômenos. Em seguida, perguntou quem queria ser cientista e a resposta foi unanime: 'eu!'.

Os professores de Geografia usaram este experimento para abordarem características de solos alagados em que há areia movediça. A professora de Física discutiu as propriedades dos fluidos. A professora de Química explicou a estrutura molecular da água e do amido de milho, que produzem um fluido com propriedades físicas diferenciadas mesmo sem haver reações químicas.

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(E4) Transferência de líquidos.

O objetivo desta prática foi familiarizar os estudantes com a vidraria do laboratório e analisar as relações entre volume, capacidade e formato dos recipientes. Esta é uma atividade de caráter predominantemente formativo, importante para a realização de medições em práticas futuras.

Usamos água e corantes em diversos recipientes e pedimos que os alunos fizessem a transferência dos líquidos entre eles usando pipetas. Eles deveriam transferir e misturar fluidos sem perdas, conferindo a escala volumétrica graduada. Pedimos ainda que observassem se determinado volume de fluido caberia ou não em um recipiente de formato diferente. Mostramos que o tamanho e o formato dos recipientes nos auxiliam na realização de experimentos com precisão.

Observamos que todas as turmas tinham muita atenção e cuidado, organizando filas de espera para que cada um pudesse executar o que foi solicitado pela professora. Nenhum material foi derramado e nenhuma vidraria foi quebrada.

O experimento foi útil para ressaltarmos aspectos práticos como a leitura de embalagens de produtos para comparar as relações entre preços e volumes.

## Avaliações dos estudantes

Na primeira avaliação, os estudantes que participaram das aulas práticas responderam à pergunta (P1) "Em relação aos experimentos feitos no laboratório de Ciências, você aprendeu algo de novo?" . As respostas possíveis eram Sim e Não. Responderam 163 alunos do fundamental (sexto ao nono ano) e 55 do nível médio.

A fração de respostas "Sim" variou entre 89% e 100%, que é um resultado bastante positivo. Deve-se considerar que a maioria destes alunos não vivencia o fato de que a educação pode melhorar o seu futuro, seja na sua família ou na sua comunidade, e também não tem experiência de como a educação pode melhorar sua qualidade de vida.

Na segunda avaliação, os alunos foram consultados sobre os experimentos específicos (E1)-(E4). A pergunta que responderam foi (P2) "O que você achou deste experimento?", com cinco respostas possíveis: Ótimo, Bom, Regular, Ruim, Péssimo. O resultado se encontra na Tabela 1.

- O fato de todas estas práticas terem avaliações positivas (ótimo ou bom) acima de 50% mostra que o projeto de fato atende uma necessidade da escola.

As práticas de caráter lúdico são as mais bem avaliadas pelos estudantes. Por exemplo, (E2) e (E3) tiveram mais de 70% de avaliações positivas, enquanto (E4) teve 54% de avaliações positivas. Isso parece natural em turmas que nunca tiveram contato com um laboratório de ciências.

Recentemente, realizamos um levantamento do interesse dos estudantes por carreiras técnico-científicas. Nas atuais turmas de primeiro e segundo ano do ensino médio, com um total de 39 alunos, nenhum manifestou interesse naqueles cursos. Na turma do terceiro ano do ensino médio, com 25 alunos, apenas um aluno manifestou interesse em cursar Engenharia. Estes dados confirmam a tendência de anos anteriores. De fato, a direção do CEERF não conhece alunos formados em 2012 e 2013 que estejam matriculados em algum curso superior de área técnica.

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Por outro lado, no nono ano do ensino fundamental do CEERF, com 59 alunos em duas turmas, dez alunos manifestaram interesse em cursos de área técnico-científica (Engenharias e Arquitetura), ou seja, 17% do total. Este dado indica uma mudança de perspectiva entre os estudantes mais jovens, geralmente com 14 ou 15 anos. Outro fator relevante pode ter sido a introdução destas turmas ao laboratório antes das outras, em fevereiro de 2014, estimulando os estudantes de forma diferenciada.

## Conclusão

Montamos um laboratório de ciências numa escola estadual de Niterói, RJ, que atende principalmente crianças e jovens de famílias carentes, atendendo às disciplinas de Física, Química e Ciências.

Os estudantes do CEERF têm fraco desempenho nas avaliações da Secretaria Estadual de Educação, comparados com alunos de outras escolas estaduais da região. Eles não utilizavam o laboratório didático antes de iniciarmos este projeto e estava claro que as abordagens de ensino tradicionais não conseguiam motivá-los para o estudo.

Nosso trabalho priorizou experimentos com aspectos lúdicos ou fenômenos incomuns, além de usarmos materiais e equipamentos familiares aos estudantes. Como resultado, os estudantes começam a reconhecer a presença da ciência na sua vida e a importância dela para entender a natureza e a tecnologia. Esta é a razão para mais de 90% deles afirmarem que aprenderam alguma coisa nova no laboratório. Pelos mesmos motivos, alguns estudantes do nono ano fundamental mostrem interesse por cursos superiores de área técnico-científica, que é um fato raro entre alunos do CEERF, inclusive entre os atuais alunos do nível médio. Assim, o estímulo para o estudo de ciências é o principal resultado deste início de trabalho com o laboratório didático.

O uso do laboratório para atividades formativas nas disciplinas de Ciências, Física e Química, com adoção de metodologia científica, confecção de relatórios etc é um passo para o qual estes estudantes ainda não estão preparados. Nossas avaliações mostram que experimentos de caráter predominantemente formativo, que enfatizam o aprendizado técnico, despertam menor interesse entre os estudantes. Assim, é necessário manter o trabalho motivacional no laboratório por algum tempo.

A promoção de atividades interdisciplinares é outro aspecto importante de nosso trabalho, que decorre naturalmente da realização de experimentos que tenham ligação com o cotidiano de estudantes. O projeto estimulou professores de diversas disciplinas a abordar o conteúdo das práticas realizadas, contribuindo para a integração da comunidade escolar. Esta é outra meta que deve ser considerada no uso de um laboratório didático.

No próximo ano, começaremos a avaliar o impacto do projeto nas avaliações escolares das disciplinas que usam o laboratório. Porém, percebemos que estes são apenas os primeiros passos para a melhoria do ensino científico naquela escola.

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## Referências

- [1] V. N. Lunetta. The school science laboratory: Historical perspectives and context for contemporary teaching . Em B. Fraser & K.G. Tobin (eds.), International handbook of science education (pp. 249-262). Dodrecht, The Netherlands: Kluwer, 1998.
- [2] A. Hofstein e V. N. Lunetta, Science Education 88 , 28 (2003).
- [3] A. M. M. Dias, C. Novikoff e L. E. S. Souza, Física na Escola 12 , 12 (2011).
- [4] A. V. Maltese, R. H. Tai e P. M. Sadler, Phys. Teach. 48 , 333 (2010).
- [5] Brasil, PCN Ensino Médio: Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais; Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias (MEC/SEMTEC, Brasília, 2002).
- [6] A. T. Borges, Caderno Brasileiro de Ensino de Física 19 , 291 (2002).
- [7] R. T. White, Int. J. Sci. Educ. 18 , 761 (1996).
- [8] A. Gaspar e I. C. C. Monteiro. Investigações em Ensino de Ciências (Online), UFRGS, 10 (2), 2 (2005).
- [9] http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/pressao-atmosferica-nocopo.htm
- [10] A. Strauch, trad. M. Vidal, em http://www.ehow.com.br/criar-labirinto-circuitoeletrico-ensino-fudamental-como\_53429/.
- [11] N. H. Azevedo, A. M. Z. Martini, A. A. Oliveira e D. L. Scarpa. PETROBRAS:USP, IB, LabTrop/BioIn (org.). Ecologia na restinga: uma sequência didática argumentativa . 1ed. São Paulo: Edição dos autores, Janeiro de 2014. 140p.
- [12] A. Arce, D. A. S. Martinho e M. Varotto. Portal do Professor do MEC: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=21474.
- [13] Faça um fóssil . Ciência Hoje das Crianças (online): http://chc.cienciahoje.uol.com.br/faca-um-fossil/
- [14] Planos de Aula, Revista Nova Escola (online): http://www.gentequeeduca.org.br/planos-de-aula/crie-uma-maquina-de-fumar-eaponte-os-riscos-do-tabaco.
- [15] http://www.novonegocio.com.br/como-fazer/como-fazer-sabonete/

Tabela 1: Quantidades de cada resposta à pergunta (P2) em turmas de nível fundamental e médio.

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