ABORDAGEM TEÓRICO-EXPERIMENTAL NO DESENVOLVIMENTO DE UMA SEQUÊNCIA DIDÁTICA NAS AULAS DE FÍSICA

## ABORDAGEM TEÓRICO-EXPERIMENTAL NO DESENVOLVIMENTO DE UMA SEQUÊNCIA DIDÁTICA NAS AULAS DE FÍSICA

Enilson Araújo da Silva , Milton Antonio Auth 1 2 .

1 Instituto Federal do Triângulo Mineiro/Campus Ituiutaba, enilson@iftm.edu.br 2 Universidade Federal de Uberlândia, Facip/UFU, auth@pontal.ufu.br

## Resumo

O presente trabalho evidencia aspectos significativos de uma abordagem teóricoexperimental no desenvolvimento de uma Sequência Didática com Temas Motivadores no Ensino de Física. A exploração de atividades relativas ao Lançamento de Foguetes e à Aerodinâmica de Aeronaves instiga a participação mais assídua dos alunos nas aulas, fomentando a dialogicidade e o aprendizado em Física. Sob a ótica das problematizações são exploradas concepções alternativas dos alunos de modo a buscar a participação ativa nas aulas, evidenciar o que já conhecem sobre o assunto e instigá-los a aprender novos conhecimentos. Ações sistemáticas de organização dos conhecimentos e de aplicação/contextualização são realizadas mediante planejamentos, elaborações, atividades experimentais e a busca de melhores resultados na exploração dos aparatos didáticoexperimentais. Esse processo, acompanhado pela investigação, revela que a dinâmica didático-pedagógica contribui expressivamente para a internalização de conceitos e princípios permeados pelo desenvolvimento potencial do sujeito no âmbito da sala de aula e para além dela. Além disso, colabora para a ampliação do campo cognitivo e das habilidades e competências de enfrentar problemas e incrementar o hábito de interagir com si mesmo e com o outro.

Palavras-chave : Sequência Didática, Ensino de Física, Foguetes Artesanais, Experimentos.

## Introdução

As ações/reflexões relativas ao ensino de Física escolar estimularam a busca de caminhos alternativos para tornar o processo de ensino-aprendizagem mais atraente e palpável para o estudante e a consequente elaboração e desenvolvimento de uma unidade curricular no ensino médio de física. Para tanto, a adequação da Sequência Didática ao contexto escolar extrapolou o modelo usual instituído por livros didáticos e/ou seguidos por professores, e pautou na significação de conceitos e princípios da física mediante Temas Motivadores.

Os temas permitiram uma inter-relação entre os conceitos e princípios com tomadas e retomadas deles no decorrer da abordagem didático-pedagógica. A ação educacional se valeu de concepções de Freire (1987) e de Vigotski (1998; 2000) quanto ao ensinar e aprender, da estratégia dos Três Momentos Pedagógicos proposta por Delizoicov e Angotti (1994), quer seja, Problematização Inicial, Organização do Conhecimento e Aplicação do Conhecimento.

- O filme 'O céu de Outubro', que aborda a corrida espacial, o desenvolvimento de foguetes e o lançamento do primeiro satélite o Sputnik, em 1957, constituiu um dos recursos para iniciar as atividades com os estudantes. A partir do filme foram explorados pontos fundamentais de aplicação de forças durante o voo do foguete, tais como: Centro de Pressão (CP), Centro de Gravidade (CG) e

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Centro de Massa (CM), e evidenciados conceitos da Hidrostática, Gravitação e Astronomia e a aerodinâmica das aeronaves, os quais também influenciaram no norteamento e elaboração da Sequência Didática.

O desenvolvimento da Sequência Didática (SD) abrangeu atividades teóricoexperimentais, tais como: lançamento de foguetes de garrafa PET; voo de aeromodelos; vídeo análise com o software Tracker; blocos de madeira em imersão na água, que procuram compreender conceitos como densidade dos corpos; lençol/pano, para a exploração do campo gravitacional e força gravitacional; disco giroscópio e outros materiais, para explorar momento de inércia e momento angular (conforme figuras que seguem).

<!-- image -->

Figura 1: Estudantes em atividades práticas relativas ao momento de inércia

<!-- image -->

Com a realização dessas atividades havia a expectativa do envolvimento mais assíduo dos estudantes e tornar o processo de ensino-aprendizagem mais abrangente, alcançando benefícios como o desenvolvimento cognitivo, afetivo e motor.

## Metodologia

O presente trabalho tem como base o desenvolvimento da Sequência Didática (SD), representada na figura 2 a seguir, a qual norteou o processo de ensino e aprendizagem de física com estudantes do primeiro ano do ensino médio de uma escola pública da região do Triângulo Mineiro (Minas Gerais), durante o ano letivo de 2015.

Figura 2: Estrutura da Sequência Didática com respectivos temas abordados.

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Conforme se observa na figura 2, a estrutura da SD tem como base os temas: Lançamentos de Foguetes artesanais e Aerodinâmica das aeronaves. Estes temas possibilitaram a exploração de assuntos de Astronomia e Aeronáutica, bem como conceitos e leis da física, permitindo a interpretação orientada dos fenômenos físicos.

Em sintonia com o desenvolvimento dos conteúdos escolares ocorreram, de forma concomitante, atividades teórico-experimentais. As estruturas para o voo estável/equilibrado dos foguetes, ao serem apresentadas aos estudantes, trouxeram a necessidade de compreensão de conhecimentos das grandezas hidrostáticas e gravitacionais. Estas instigaram a aprendizagem de outros conceitos e fenômenos como os relacionados à astronomia e à aeronáutica. A estruturação de atividades de planejamento, construção de foguetes e de bases de lançamentos envolveu momentos de teste que ocorreram durante trinta dias (nos intervalos de aulas), seguida da competição entre os estudantes, inspirado nos moldes da Mostra Brasileira de Foguetes.

Para a atividade experimental com análise da aerodinâmica dos aviões foi usado um aeromodelo planador preso num fio de nylon, com o controle do mesmo de modo que os estudantes pudessem perceber uma translação circular, como ocorre num pêndulo cônico. Assim, com o aeromodelo em voo inicia-se a problematização a respeito do voo das aeronaves, sendo esta permeada de questões/mediações, a exemplo de: uma aeronave precisa de aerofólios imensos para se manter no ar? Quais forças você percebe na sustentação do voo do aeromodelo? A rotação deste aeromodelo é constante ou variada? Existe aceleração tangencial no voo deste aeromodelo? Existe aceleração centrípeta no voo do aeromodelo? A resistência do ar ajuda ou atrapalha o voo da aeronave? Quais forças ocorrem durante o voo? Quais transformações de energias existem no voo da aeronave?

Figura 3: Alunos em aula de problematização com o aeromodelo (amarelo).

<!-- image -->

Em seguida veio a fase da organização do conhecimento, abordando os diversos movimentos e instigando os estudantes a pensarem sobre: como pode uma aeronave sustentar a fuselagem, turbinas, além de bagagens e passageiros? Neste momento foram exploradas as diferentes partes de uma aeronave e suas funções com os respectivos funcionamentos mediante uso das grandezas e leis da física.

Os principais registros para investigação relativa aos experimentos foram obtidos a partir dos relatórios produzidos pelos alunos. Por meio destes foram

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

averiguados o desenvolvimento dos conceitos e a influência dos experimentos no processo de ensino-aprendizagem. Outro instrumento para análise compreendeu a aplicação de questionários, a fim de averiguar o desenvolvimento, a aprendizagem e os efeitos gerados nas interações entre os participantes.

## Resultados e discussões

A abordagem teórico-experimental na Sequência Didática (SD) foi caracterizada mediante produções de relatórios e respostas a questionários pelos alunos, os quais descreveram as atividades desenvolvidas no âmbito da exploração da SD. Assim, elucidam-se conclusões dos alunos em resposta à avaliação do desenvolvimento da SD.

Posso concluir que foi uma aula produtiva e que adquirimos bons conhecimentos, sendo assim, poderíamos repetir mais vezes para que isso se torne cada vez mais simples. As aulas 'práticas' de física sempre ajudam muito nossa sala, assim como o exemplo do lençol descrevendo o campo gravitacional, do Stellarium e agora da aerodinâmica dos aviões. (A26)

A conclusão do estudante mostra contribuições e reconhecimento sobre o quanto atividades experimentais de exploração dos temas motivadores (interação do campo gravitacional com os foguetes, tecnologias aeroespaciais e da aerodinâmica dos aviões) o motivaram a aprender física. Como ele, também seus colegas de classe se posicionaram e deixaram a entender a importância desse tipo de atividade nas suas aprendizagens.

Os procedimentos envolvidos nas atividades teórico-experimentais possibilitaram aos alunos perceberem a função das repetições de fases durante a realização dos experimentos e a importância da convivência social. Os episódios a seguir trazem um contexto de entendimentos pautados na investigação, apuração de resultados e na amplificação de processos dialógicos, ou seja, da comunicação entre os estudantes.

Minha experiência com foguete me ajudou a descobrir que nem tudo que fazemos vai funcionar sem testes. Aprendi que temos que ser humildes em pedir ajuda, não podemos fazer o que queremos e na hora que queremos tudo tem seu tempo. (A04).

Entre muitas coisas que aprendi com o foguete, uma se destacou que foi a relação com física, posso destacar as lei de Newton que podemos observar, no foguete tem reação e com isso tem que ter uma ação, então, para toda ação tem uma reação que seria o exemplo do foguete saindo da base. Aprendi que não tem como lançar um foguete sem fazer os testes básicos como, por exemplo, o angulo, tamanho da base, a medida de bicarbonato e vinagre. Meu foguete não foi onde eu queria, mas me deixou uma lição que ficou marcada, "Não faça nada sem fazer testes", "Não faça nada sem consultar alguém que lhe ajude", [...]. No decorrer do ano aprendi também que as pessoas ao

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

meu redor também influenciam em minha vida e que só depende de eu escolher qual caminho devo seguir. (A16).

Nessas expressões dos estudantes encontramos evidências de que o desenvolvimento deles é potencializado pela ajuda de alguém mais capaz. Conforme Vigotski (1998), tendo como referência a Zona de Desenvolvimento Proximal, quando o estudante compreende algo com ajuda de alguém ele será capaz de avançar do nível de desenvolvimento real para o potencial. Para melhores evidencias segue o relato a seguir:

Ou seja, fica nítida a importância dos testes para se obter êxito na tarefa. E mais uma vez conseguimos levar essa lição para fora da física e englobar tudo, de forma geral. Para se sair bem, é necessário de testes. Concluo dizendo que são de aulas assim que o futuro precisa, aulas onde alunos de perfil sinestésico, auditivos ou mesmo visuais consigam abstrair o conteúdo. Pois, no caso do foguete, o professor, explorou na teoria tudo o que precisávamos saber. Isso nos mostrou alguns vídeos de experiências onde se obteve êxito e outras nem tanto e respectivamente precisamos aplicar tudo o que estudamos até então. (A23, A12)

Pelas expressões dá pra se perceber que os alunos que menos se envolveram nos testes experimentais também não foram bem sucedidos nos resultados de lançamentos de foguetes. As limitações nas atividades experimentais deixaram a entender que havia a necessidade da realização de mais experimentos e de entendimentos para se chegar a uma plataforma para lançamentos de foguetes eficiente, bem como construir foguetes com aerodinâmica satisfatória.

Na minha antiga escola, eu não havia aprendido absolutamente nada sobre física. Então quando a atividade do foguete foi passada, eu não tinha ideia de como seria. Essa atividade me mostrou que o trabalho em grupo é muito importante para que a atividade seja realizada da maneira correta. (A04)

- O acompanhamento pela pesquisa, tendo em vista episódios como esse, revela a importância das interações e da troca de informações entre os estudantes durante o desenvolvimento do experimento, e a consequente significação conceitual. Conforme Delizoicov e Angotti (1994), uma atividade experimental não precisa ser apenas aquela realizada no laboratório, mas pode envolver também a exploração articulada de conteúdos e de sua evolução histórica. A experimentação é sempre proposta e não vinculada necessariamente ao laboratório, pois acontecendo em outros ambientes permite um estimulo à curiosidade e à investigação experimental.

Considera-se mais conveniente um trabalho experimental que dê margem à discussão e interpretação de resultados obtidos (quaisquer que tenham sido), com o professor atuando no sentido de apresentar e desenvolver conceitos, leis e teorias envolvidas na experimentação. Desta forma o professor será um orientador crítico da aprendizagem, distanciando de uma postura autoritária e dogmática no ensino possibilitando que os alunos venham a ter uma visão mais adequada do trabalho em Ciências. (DELIZOICOV e ANGOTTI, 1994, p.22).

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Em conformidade com esta concepção, a SD foi permeada pela prática experimental no decorrer das etapas de problematização e de sistematização do conhecimento, tanto no espaço da sala de aula quanto fora dela. Isto significa que foram valorizadas as possibilidades de ambientes que a escola possui, como o espaço físico externo onde ocorreram as atividades experimentais de lançamentos de foguetes e de aeromodelismo. As ações pedagógicas e experimentais apresentadas neste trabalho elucidam o caráter teórico-experimental da Sequência Didática.

Neste contexto é que as tecnologias relacionadas à aeronáutica passaram a ocupar um espaço importante no processo de ensino-aprendizagem da física e de outras disciplinas. Assim, o trabalho didático-pedagógico da SD em questão representa um processo para o desenvolvimento mais pleno do estudante, seja em termos afetivos, cognitivos e de formação da cidadania.

A significação da abordagem teórico-experimental está na enculturação dos estudantes em investigar e buscar soluções, como se pode ver nas expressões a seguir.

Professor fiz um teste em casa e resolvi colocar ao invés de bicarbonato de sódio o sal de eno e assim coloquei dentro de uma garrafa com rolha e segurei a rolha, percebi que ela saiu como um foguete e me molhou. Mas o que me chamou a atenção é porque ficou gelada? (A26).

Esse experimento não nos mostrou somente a reação química do bicarbonato de sódio e o vinagre como citada anteriormente, mas também nos mostrou que para que o foguete seja lançado tem que estar numa certa pressão e a base feita de canos pvc deve ser calculada e estar num ângulo certo de 45°. (A12 e A16)

Observe que a abordagem teórico-experimental não deve ficar apenas no campo de gerar soluções, mas também de gerar questionamentos, pois há na pergunta uma diversidade de possibilidades e para cada possibilidade uma argumentação e um olhar crítico, o qual leva ao desenvolvimento da subjetividade. Isso vem de encontro com o que preconizam documentos oficiais (BRASIL, 2013; 2005; 2006), que reconhecem a experimentação como sendo

parte da vida, na escola ou no cotidiano de todos nós [...] as atividades experimentais devem partir de um problema, de uma questão a ser respondida. Cabe ao professor orientar os alunos na busca de respostas. As questões propostas devem propiciar oportunidade para que os alunos elaborem hipóteses, testem-nas, organizem os resultados obtidos, reflitam sobre o significado de resultados esperados e, sobretudo, o dos inesperados, e usem as conclusões para a construção do conceito pretendido. (BRASIL, 2006, p.26)

Nesta perspectiva foram criadas oportunidades aos estudantes desenvolverem a atenção, a percepção, a imaginação diante dos experimentos com plataformas para lançamentos de foguetes e os foguetes em si. Os testes de lançamentos instigaram os alunos a participarem assiduamente das atividades.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

No caso dos alcances dos foguetes lançados (inclusive alguns mal sucedidos), os próprios alunos analisam diversas variáveis de interferência no êxito do lançamento. Entre as situações de análise estão: a pressão lida no manômetro, que não atingiu um ápice ideal para um alcance melhor; o volume do recipiente não permitiu uma pressão acima de uma leitura já aferida; as concentrações de soluto (bicarbonato de sódio) não produziu dióxido de carbono necessário para uma pressão almejada; a fixação das aletas ou empenas foi sem uma saia/cilindro de apoio para as empenas, gerando um torque numa direção oblíqua ao do translado do foguete; o centro de massa ficou muito próximo do centro de gravidade dificultando a translação equilibrada do foguete; o formato cônico do bico não foi simétrico em relação ao eixo de rotação do foguete; uma massa muito pequena faz o translado ser reduzido ou alterado pela força de arrasto contrária ou oblíqua ao movimento. Todas estas variáveis promoveram uma multiplicação dos processos de interações, de investigações e de transformações culturais e sociais.

A exploração das atividades experimentais contribuiu expressivamente com o desenvolvimento na produção da escrita e dos relatórios. Comparando os primeiros relatórios com os elaborados mais recentemente, nota-se um avanço ímpar na estrutura e escrita dos mesmos, mais coerentes com formato acadêmico. De acordo com Vigotski (2000), o fazer de modo interativo favorece o desenvolvimento das funções psicológicas superiores.

## Considerações Finais

Percebe-se que a qualidade de uma Sequência Didática passa pela relação sistemática da teoria com a prática experimental e esta influencia consideravelmente o envolvimento dos estudantes no processo de ensino-aprendizagem. As problematizações foram imprescindíveis para fomentar a dialogicidade no âmbito da sala de aula, para instigar os alunos a querer aprender mais, de estabelecer relações entre conceitos cotidianos e científicos e se apropriarem da linguagem científica.

As atividades teórico-experimentais trouxeram contribuições como o aperfeiçoamento da prática de medidas, da previsão de resultados, assim como permitiu que os estudantes olhassem com bastante atenção para o seu aparato e identificassem fenômenos físicos, químicos e biológicos. Esse tipo de atividade também se mostrou relevante quanto às potencialidades de aprendizagem no processo de ensino-aprendizagem ao fomentar as interações entre estudantes e professor, em promover o caráter dialógico, ativo e reflexivo, em acordo com vários educadores e pesquisadores, como Freire (1987), Vigotski (2000), Galiazzi et al (2007).

Acredita-se que este trabalho poderá contribuir com as ações de outros professores, no sentido de promoverem reflexões e/ou modificações em suas práticas pedagógicas. Entendimentos sobre alternativas ao ensino escolar atual poderão ser obtidos ao evidenciar e comparar resultados obtidos mediante o desenvolvimento de uma Sequência Didática baseada em Temas Motivadores com o modo mecanicista que permeia, ainda, de forma bastante abrangente, o ensino escolar de Física.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

## Referências

BRASIL, MEC, Diretrizes Curriculares Nacionais da Educação Básica : MEC, SEB, DICEI, 562p., 2013.

\_\_\_\_\_\_. PCN+ ensino médio : orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Vol. Ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília: MEC/Semtec, 2005.

\_\_\_\_\_.

Orientações Curriculares Nacionais Para o Ensino Médio. Brasília, 2006.

DELIZOICOV, D.; ANGOTTI, J. A. P., Metodologia do ensino de ciências. 2 ed, São Paulo: Cortez, 1994.

FREIRE, P. Pedagogia do Oprimido . Rio de Janeiro: Paz e Terra, 1987.

GALIAZZI, M; AUTH, M; MORAES, R.; MANCUSO, R. Construção curricular em rede na educação em ciências : uma aposta de pesquisa na sala de aula. Ijuí/RS, Edi: Unijuí, 2007.

VIGOTSKI, L . A formação social da mente . 6 Ed. São Paulo: Martins Fontes, 1998. a

\_\_\_\_\_\_. A construção do pensamento e da linguagem. 1 a Ed. São Paulo: Martins Fontes, 2000.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_