KIT DE MECÂNICA: UM CONJUNTO DE ATIVIDADES INVESTIGATIVAS UTILIZANDO MATERIAIS DE BAIXO CUSTO PARA O ENSINO DE MECANICA

## KIT DE MECÂNICA: UM CONJUNTO DE ATIVIDADES INVESTIGATIVAS UTILIZANDO MATERIAIS DE BAIXO CUSTO PARA O ENSINO DE MECÂNICA.

Felipe Moreira Correia , Sandro Soares Fernandes , Deise Miranda Vianna 1 2 3

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UFRJ, Instituto de Física, felipecifufrj@gmail.com 2 Colégio Pedro II, UFRJ, Instituto de Física, sandrorjbr@if.ufrj.br 3 UFRJ, Instituto de Física, deisemv@if.ufrj.br

## Resumo

Este trabalho apresenta uma proposta didática iniciada no subprojeto PIBID/UFRJFísica, para temas de Mecânica da Física do Ensino Médio, com experimentos de baixo custo e fácil acesso, que foram feitos para serem trabalhados dentro da sala de aula com os alunos divididos em grupo. Apresentamos a metodologia utilizada para desenvolvimento desta atividade investigativa, dividida em três etapas: Etapa de Planejamento, Etapa Prática e Discussão Geral. Cada experimento do Kit também possui uma ficha de apoio com um titulo lúdico, uma contextualização e um problema a ser trabalhado. As atividades do Kit de Mecânica foram estruturadas para serem aplicadas antes do conteúdo teórico ser trabalhado em sala de aula, de modo que as atividades experimentais sejam utilizadas para introduzir o conceito físico que o professor irá apresentar, pois acreditamos que quando o aluno cria seu próprio conhecimento acerca do conteúdo, facilita o trabalho do professor. Apresentamos a análise de alguns dados obtidos da aplicação do material em uma escola pública de rede federal de ensino da cidade do Rio de Janeiro para mostrar os conceitos que foram criados pelos alunos. Mostramos que esta proposta desenvolvida tende a facilitar a argumentação e o aprendizado dos alunos, fazendo com que entendam o significado do que estão aprendendo na sala de aula.

Palavras-chave : Atividade Investigativa, Mecânica, Experimentos, PIBID.

## Introdução

Neste trabalho propomos uma metodologia de atividades investigativas, envolvendo experimentos presentes no Kit de Mecânica. Os alunos terão que planejar as situações problemas que serão apresentadas, colocando-os em uma posição que participam ativamente da construção de seus próprios conhecimentos. Ao lançarmos mão de uma proposta como esta, trazemos atividades experimentais para serem trabalhadas dentro da sala de aula com materiais de fácil acesso, principalmente pelos preços, se esquivando da necessidade de um espaço "exclusivo" para experimentos, como um laboratório e de equipamento sofisticados.

O Kit de Mecânica por ter sido iniciado no projeto PIBID/UFRJ-Física, projeto que tem como um de seus principais objetivos a criação de atividades que favoreçam a melhoria do ensino nas salas de aulas do ensino médio e tem a preocupação de como contextualizar e preparar a investigação dos conceitos presentes nas atividades elaboradas, porque acreditamos que para os alunos aprenderem melhor Física, precisamos envolvê-los ativamente na atividade, possibilitando o questionamento dos conceitos e havendo a integração do

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23 a 27 de janeiro de 2017

conhecimento com suas experiências do dia a dia. Durante a aplicação desta atividade, professores e licenciandos atuaram como "guias", pois assim os alunos podem compreender a importância de criar vínculos entre a Física que eles estudam na escola e diferentes situações que fazem parte do seu cotidiano.

## O Kit de Mecânica

O Kit (Figura 01) contém 13 atividades experimentais desenvolvidas com materiais de baixo custo, que abordam assuntos de Mecânica (Cinemática, Dinâmica, Estática e Hidrostática) envolvendo situações intrigantes para os alunos, buscando o entendimento de algumas leis fundamentais .

Figura 01: Kit de Mecânica

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O Kit traz também 13 Fichas de Apoio sendo uma para cada experimento, que contem: o título lúdico (I), para não induzir o aluno a certo conhecimento, a contextualização da atividade (II), que apresenta os materiais a serem utilizados e o procedimento, e os problemas a serem abordados (III), conforme o destacado no exemplo a seguir:

Figura 02: Estrutura da Ficha de Apoio

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Estruturamos as atividades do Kit de Mecânica para aplicá-las antes do conteúdo teórico ser trabalhado em sala de aula, de modo que as atividades experimentais sejam utilizadas para introduzir o conceito físico que o professor irá apresentar. Acreditamos que, quando o aluno cria seu próprio conhecimento acerca do conteúdo, facilita o trabalho do professor devido à bagagem trazida para a aula, cabendo ao professor lapidar o conceito já construído pelo estudante.

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A seguir iremos falar de quatro Fichas de Apoio que aplicamos em sala de aula, abordando seus objetivos e materiais e depois falaremos da metodologia utilizada.

## Ficha: "No Limite"

## NO LIMITE

Nesta atividade vocês receberam duas réguas e uma arruela de metal. Em três das quatro faces das réguas colamos materiais diferentes (EVA, Lixa e Camurça).

Apoiando uma das extremidades da régua sobre a mesa, e colocando a arruela próxima a outra extremidade, vocês devem ir alterando lentamente o ângulo de inclinação, até que a arruela entre em iminência de movimento. Faça isso com as quatro faces, discuta o resultado com o seu grupo e depois responda a provocação abaixo, justificando.

Se vocês fossem utilizar um dos três materiais que foram colados nas faces das réguas para cobrir o piso de uma rampa de acesso, para cadeirantes, que existe na entrada da nossa escola, qual dos materiais vocês escolheriam?

O conceito a ser introduzido por essa ficha é o de força de atrito, utilizando duas réguas, duas arruelas, EVA, lixa e camurça. Para trabalhar o conceito de força de atrito no cotidiano do aluno, abordamos a questão das rampas de acesso para deficientes físicos, uma vez que esse tema é presente no cotidiano deles. Além das rampas de acesso na escola onde foi aplicada a atividade, vários outros lugares fazem uso dessas rampas como, por exemplo: bancos, shoppings e estações de metro, dando oportunidades para comparações e discussões sobre a melhor estrutura de uma rampa de acesso, relacionando assim, um conceito físico com a questão da acessibilidade para os deficientes, que é um tema importante para ser trabalhado dentro da escola e que valoriza a formação de cidadãos mais envolvidos com os problemas sociais.

Para essa atividade esperamos que os alunos percebam que a força de atrito irá depender da superfície de contato dos objetos e que encontrem uma relação entre a superfície utilizada e a força de atrito e, ao relacionar o experimento com a questão do cotidiano, percebam também que a inclinação é um fator importante para a segurança das pessoas que utilizam as rampas de acesso.

## Ficha: "O Escapista"

## O ESCAPISTA

- O Wilson após seu grande sucesso no filme "Náufrago" resolveu iniciar sua carreira de mágico, e para seu principal truque ele irá precisar da ajuda de vocês.

Wilson tem como objetivo, cair dentro do copo com água para se livrar do pêndulo, que vem em sua direção. Seus movimentos estão limitados, pois está dentro de uma tampa de garrafa pet que repousa sobre uma carta que esta sobre a 'boca' do copo.

O pêndulo é solto e só então vocês podem ajudar Wilson, mexendo apenas na carta.

- O que vocês irão fazer para salvar o Wilson da colisão? Após o truque, explique a estratégia utilizada pelo grupo.

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- O conceito a ser introduzido por essa ficha é sobre a Inércia, 1ª Lei de Newton, utilizando uma bolinha de pingue-pongue (Wilson), uma carta de baralho, uma tampa de garrafa pet, uma bolinha pula-pula e linha. Esse experimento é trabalhado de forma lúdica, pois queremos que o aluno entenda a necessidade de retirar a carta rapidamente. Ele perceberá a inércia do corpo quando retirar a carta e ver que o corpo não fica em seu estado inicial (parado). Com essa nova situação sem a carta, a força normal não existirá na bolinha fazendo a força resultante do sistema ser diferente de zero, causando movimento.

## Ficha: "Cabo de Guerra"

## CABO DE GUERRA

Para esta atividade vocês poderão utilizar a plataforma com um suporte, linha, clipe e ímãs. Amarre uma ponta da linha no clipe e a outra na ponta do suporte, de tal forma que o clipe fique pendurado e próximo à mesa. Agora estique a ponta da linha com o clipe o máximo possível, e coloque o ímã bem perto do clipe, de tal forma que ele fique "flutuando".

No sistema apresentado identifique as forças que atuam no clipe e a natureza de cada uma delas. Faça um esquema destas forças e tente explicar o equilíbrio do clipe.

- O conceito a ser introduzido por essa ficha é o diagrama do corpo livre e equilíbrio estático, utilizando uma plataforma com um suporte, linha, clipe e imã.

Temos como objetivo que os alunos consigam identificar todas as forças atuantes no clipe em suas direções e sentidos corretos, para entender que o estado de repouso é devido ao equilíbrio dessas forças, pois ao serem somadas a força resultante será zero. Em outras palavras, que a estabilidade do clipe se dá graças ao "empate" das forças nesse "cabo de guerra".

## Ficha: "Corrida Maluca"

## CORRIDA MALUCA

- O automóvel dos dias de hoje dispõe, tipicamente, de um motor de combustão interna que funciona devido à queima de um determinado combustível (Energia química sendo convertida em 'movimento'). Com os materiais presentes no KIT C.M, vocês devem criar um dispositivo que mova o carrinho ao longo de uma mesa, percorrendo a maior distância possível. Discuta com o seu grupo o problema, faça um esboço explicando o projeto e responda a provocação abaixo.

Supondo que o projeto de vocês funcione, diga qual tipo de energia o carrinho utilizou para transformar em 'movimento'?

- O conceito a ser trabalhado nesta atividade é a conservação da quantidade de movimento, onde disponibilizamos para os alunos bexigas, carrinho, uma peça de Lego, canudos e fita durex, para construírem um mecanismo que mova o carrinho como se fosse um foguete, só que sobre a mesa. Com esse experimento conseguimos reproduzir o movimento do foguete com o ar da bexiga substituindo os gases expelidos e a sua ejeção se dá pela pressão interna da bexiga em vez da combustão, podendo assim trabalhar dentro da sala de aula um objeto que

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provavelmente está entre as invenções mais espetaculares do século XX e de extrema importância para o desenvolvimento da astronáutica.

Temos como objetivo fazer os alunos entenderem que o movimento do carrinho vai ser devido o ar expelido do balão e com isso, ao buscar a justificativa eles compreendam que a velocidade do ar expelido irá influenciar diretamente no movimento do carrinho e conforme a bexiga vai se esvaziando, menor será a velocidade de movimento.

## Aplicação em Sala de Aula

A dinâmica que iremos apresentar foi a que melhor se encaixou no cronograma cedido pelo professor nas suas turmas de 2º série do Ensino Médio de uma escola da rede federal do estado do Rio de Janeiro, onde o projeto PIBID/UFRJ-Física atua.

As turmas tinham cerca de 30 alunos, que foram divididos em 8 grupos, sendo necessário dois tempos de 45 minutos para concluir toda a aplicação das 4 fichas escolhidas.

## Metodologia

## Etapa de Planejamento: Apresentação do Kit e Investigação

Para iniciar a atividade reproduzimos um vídeo introdutório de nossa autoria chamado Apresentação do Kit de Mecânica (acessado pelo link https://www.youtube.com/watch?v=C9Ywm-mYauI), que mostra algumas situações cotidianas envolvendo conceitos físicos que serão abordados nos experimentos do Kit. Após a visualização, apresentamos (sem dar a resposta ou dica) aos alunos os 4 experimentos e os materiais que serão utilizados para as montagens, que ficam sobre a mesa de forma expositiva (os alunos não podem manipular os materiais nesta etapa). Com as Fichas de Apoio em mãos, damos um determinado tempo para que eles possam planejar suas possíveis soluções dos problemas.

## Etapa de Prática: Rodízio dos experimentos

Após recolhermos as folhas com as hipóteses, distribuímos os experimentos para que os grupos possam verificar se suas propostas de soluções estavam corretas. Como a turma foi dividida em 8 grupos, fizemos um sistemas de rodízio duplo, como o fluxograma a seguir ilustra (Figura 03):

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Figura 03: Rodízio dos grupos

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## Discussão geral

Depois dos grupos terem suas hipóteses testadas, reunimos toda a turma de modo a proporcionar uma discussão com todos os alunos sobre cada um dos problemas propostos. Ouvimos hipóteses, ideias e métodos que cada grupo utilizou para resolver seus problemas, sendo eles positivos ou não e dando a chance para que as ideias dos grupos se confrontassem gerando um debate sobre o conceito explorado. Com isso verificamos se esses conceitos propostos estavam sendo abordados de alguma forma pelos grupos.

## Algumas análises

Nosso enfoque não foi fazer uma análise severa dos dados coletados, mas queríamos encontrar momentos que nos mostrassem que, com os problemas apresentados dessa forma, poderíamos observar processos de investigação e argumentação por partes dos alunos. Para analisar os dados coletados usamos os Indicadores de Alfabetização Cientifica apresentados por Sasseron e Carvalho (2008 apud Penha, Carvalho e Vianna 2009, p.4) que trazem evidências de que a alfabetização científica está se desenvolvendo quando os alunos investigam um problema.

Os dados que iremos apresentar aqui são as falas dos alunos durante o final da Etapa de Prática da atividade, onde eles já testaram suas hipóteses e chegaram às seguintes conclusões:

## Análise da Ficha "No Limite":

Quadro 01: Transcrição das fala dos alunos - "No Limite"

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Com os experimentos feitos, Maria lança a justificativa da velocidade do deslizamento [172] e dá sua explicação usando o experimento [174], confirmando a hipótese levantada anteriormente pelo grupo.

## Análise da Ficha "O Escapista":

Quadro 02: Transcrição das fala dos alunos - "O Escapista"

Paulo Levanta uma hipótese sobre as forças envolvidas no experimento [317], Ana apoia a ideia de Paulo [318] e o ajuda fazendo a organização das informações [320 e 322]. Julia adiciona outra informação [323] e Paulo com seu raciocínio lógico conclui toda a explicação criada pelo grupo [325].

Esses são alguns trechos dos diálogos desta atividade. Uma análise mais ampla pode ser vista no trabalho de monografia "Uma proposta de Atividades Investigativas utilizando um kit de baixo custo para o ensino de Mecânica" (Correia F.M, Vianna D.M, Fernandes S.S, 2016) que está disponível no blog do Subprojeto PIBD/UFRJ-Física (acessado pelo link http://pibidfisicaufrj.blogspot.com.br ou disponível em

https://drive.google.com/file/d/0BzVU5F5rlohKYWhwV0M4OWw0dzA/view)

Mas após toda a coleta de dados e análise, conseguimos verificar que fizemos os alunos passarem por um processo de construção onde discutiram, juntaram informações, organizaram ideias, usaram a linguagem da Ciência, fizeram relação com o cotidiano e chegaram às soluções dos problemas, isto é os alunos fizeram Ciência e foi dentro da sala de aula. Verificamos também que este tipo de atividade além de ser prazerosa para os alunos, nos mostrou que eles podem

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aprender e entender o que estudam, quando participam do processo de aprendizagem de forma mais ativa.

## Referências

Correia, F.M. Vianna, D.M, Fernandes, S.S. Uma proposta de Atividades Investigativas utilizando um kit de baixo custo para o ensino de Mecânica. 2016. 74 f. Dissertação (Graduação em Licenciatura em Física) - Instituto de Física, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. 2016.

Penha, S.P, Carvalho, A.M.P., Vianna, D.M. A Utilização de Atividades Investigativas em uma proposta de enculturação científica: novos indicadores para analise do processo. In: Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências, 7., 2009. Florianópolis.ºResumos...Associação Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, 2009.

Pibid/UFRJ-Física. Apresentação do Kit de Mecânica. Disponível em: &lt;https://www.youtube.com/watch?v=C9Ywm-mYauI&gt;. Acesso em: 04 de set. 2016.

Sasseron, L. H.; Carvalho, A. M. P. de. Almejando a Alfabetização Científica no Ensino Fundamental: A proposição e a procura de indicadores do processo. Investigações em Ensino de Ciências. v. 13, n. 3, pp.333-352, 2008.

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