SEQUÊNCIA DIDÁTICA DE FÍSICA GERAL I A PARTIR DO ENQUADRAMENTO OBTIDO COM INVENTÁRIO DO CONCEITO DE FORÇA

## SEQUÊNCIA DIDÁTICA DE FÍSICA GERAL I A PARTIR DO ENQUADRAMENTO OBTIDO COM INVENTÁRIO DO CONCEITO DE FORÇA

## Kelly Cristina Martins Faêda , Maria Inês Martins . 1 2

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PUC-MG / Profª Depto de Física e Quimica / kellyfaeda@pucminas.br

2 PUC-MG Profª Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática / ines@pucminas.br

## Resumo

Trata-se de planejamento do curso de Física Geral I com 68 horas-aula para 74 estudantes de engenharia de uma instituição de Ensino Superior (IES) de Belo Horizonte, distribuídos em 22 alunos de civil, 18 alunos de computação e 34 alunos de produção, a partir de diagnóstico obtido através de Force Concept Inventory (FCI) proposto por Hestenes e colaboradores em 1992. O FCI, bastante utilizado por professores e pesquisadores da área de ensino de Física, constitui-se em um teste com 30 questões de múltipla-escolha, cuja composição força os estudantes a elegerem respostas por senso comum ou conceitos científicos da mecânica. Os conceitos sondados pelo FCI são essenciais para a compreensão dos conceitos da Cinemática e Dinâmica. Considerando o público pesquisado, observa-se, 44% de acertos nos itens sobre movimentos e 60% de acertos nas questões sobre Leis de Newton, com discrepâncias entre os resultados por área de formação. Ao focalizar os alunos que acertaram mais de 50% das questões percebe-se que enquanto na engenharia civil apenas 9% dos alunos acertaram as questões de Movimentos e 23% as questões de Leis de Newton, na engenharia de computação 34% dos alunos acertaram as questões de movimentos e 22% as questões de Leis de Newton e na engenharia de produção 36% dos alunos acertaram as questões de movimentos e 47% as questões de Leis de Newton. Pretende-se que os conteúdos programáticos da disciplina focalizem a necessidade do entendimento destes conceitos, em função das lacunas verificadas no FCI e para tal propõe-se a seguinte sequência didática: (1) problematização de temáticas sobre movimentos e Leis de Newton; (2) aplicação do FCI (sondagem); (3) leituras temáticas, análise de alguns trechos específicos (leitura); (4) Simulação dos fenômenos (experimentação); (5) exercícios propostos e (6) Reaplicação do FCI (avaliação da sequência).

Palavras-chave : FCI, Leis de Newton, Movimento, IES, engenharia.

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## Introdução

O presente artigo relata os resultados de uma investigação utilizando Force Concept Inventory (FCI) sobre o uso de uma abordagem contextual na prática pedagógica de um professor de física, no Ensino Superior. São investigadas as concepções acerca das Leis de Newton e dos movimentos de estudantes de engenharia de uma instituição de Ensino Superior (IES) de Belo Horizonte. São analisadas concepções prévias de alunos, sobre determinados aspectos da natureza da ciência ao longo de uma disciplina baseada numa abordagem contextual do ensino de ciências, denominada 'Física Geral I', dos cursos de engenharia de produção, engenharia de computação e engenharia civil dessa universidade.

Altos índices de abandono e reprovação nas aulas de física do nível básico universitário mostram que os problemas de ensino na área de Física são notórios e antigos (MAZUR, 1997) o que acarreta em constante preocupação por parte de professores de todas as instituições brasileiras de ensino superior (Peduzzi et al., 1992). Segundo McDermott1 (2001), a persistência dessas dificuldades, apesar da instrução em Física, sugere que elas não são facilmente superadas e que precisam ser explicitamente atacadas durante a instrução. Para Henessy et al. (1995), além de ser uma matéria difícil de ensinar e aprender, a instrução convencional em Física é notadamente mal sucedida em facilitar aos estudantes a compreensão dos princípios subjacentes.

Segundo Halloun e Hestenes (1985a, 1985b) os alunos chegam à sua primeira disciplina de Física na universidade com uma série de concepções não científicas acerca do movimento. Os autores demonstram que essas 'concepções alternativas' são apenas minimamente alteradas pelo processo de instrução usual.

As concepções espontâneas não são devidas a contextos locais, senão universais. Em resumo, para Peduzzi (2001):

As concepções alternativas, também chamadas de erros conceituais, ideias intuitivas, concepções espontâneas, etc. São encontradas em um grande número de estudantes (...), tem amplo poder explicativo, diferem das ideias expressas através de conceitos, leis teorias que os alunos têm que aprender, são muito difíceis de ser mudadas (...), apresentam semelhanças com esquemas de pensamento encontrados na evolução de teorias físicas.

Ademais para Trowbridge & McDermott (1980) os conceitos de mecânica merecem atenção especial porque esta matéria compreende essencialmente a base do conteúdo dos cursos introdutórios de física de nível médio e universitário, sendo por isso crítico o seu domínio.

O FCI é um questionário do tipo múltipla-escolha envolvendo questões de Física Mecânica composto de tal forma que os estudantes são forçados a escolher entre as ideias do senso comum ou conceitos newtonianos corretos. Por exemplo, em relação à Cinemática, as questões tratam da relação entre a posição e a velocidade (instantânea) e desta com a aceleração. Esses três conceitos geram muita confusão para os estudantes, pois a noção que eles têm de movimento e suas características é, de modo geral, vaga. A dificuldade surge porque os alunos apresentam uma concepção aristotélica de movimento, não sendo trivial

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compreender a diferença entre as concepções de Aristóteles e Galileu (MARICONDA & VASCONCELOS, 2006).

Hestesnes et al. (1992) desenvolveu o FCI no início da década de 1990 e atualmente o mesmo continua sendo utilizado amplamente por vários professores e pesquisadores como instrumento para avaliação de inovações metodológicas nas aulas de Física introdutória e de levantamento das concepções dos estudantes sobre esse mesmo tema. O FCI foi estruturado para monitorar e acompanhar a compreensão dos conceitos de força e cinemática dos estudantes durante os cursos de Física, nos vários níveis de ensino. Os conceitos newtonianos que são sondados pelo FCI são essenciais para a compreensão dos conceitos da Dinâmica e Cinemática (SAVINAIMEN & SCOTT, 2002).

Delizoicov e Angotti (1990) sugerem que a sequência didática seja dividida em três momentos pedagógicos (MP) sendo eles: Problematização do tema (P), Organização do conhecimento (O) e Aplicação do conhecimento (A). Lembrando , segundo eles a avaliação da sequência didática deve ser realizada processualmente, tendo um momento ao final para reflexões e reavaliação da metodologia.

- O presente trabalho procura investigar as dificuldades conceituais (remanescentes do curso de ensino médio) de alunos universitários da área de engenharia que cursam a disciplina Física Geral I no 3º período do curso e em que medida as dificuldades identificadas podem ser trabalhadas e superadas pelo grupo de estudantes testado, em função da sequencia didática desenvolvida.

## Desenvolvimento

O levantamento prévio de concepções sobre Mecânica Clássica Newtoniana (cinemática e dinâmica) utilizando o FCI foi realizado com 73 (setenta e três) alunos de três turmas de engenharia de uma IES de Belo Horizonte. Para fins de organização os temas foram subdivididos em 18 questões de 'Leis de Newton' e 12 questões de 'Movimento'.

- A sequência didática foi dividida nos seguintes momentos pedagógicos (MP): (1) problematização de temáticas sobre movimentos e Leis de Newton; (2) aplicação do FCI (sondagem); (3) leituras temáticas, análise de alguns trechos específicos (leitura); (4) Simulação dos fenômenos (experimentação); (5) exercícios propostos e (6) Reaplicação do FCI (avaliação da sequência).

Como se trata de uma sugestão de Sequência Didática é importante ressaltar que não existe um conjunto fixo de conteúdos a serem desencadeados durante a execução da Sequência. O direcionamento dado no momento da problematização, bem como a contextualização para cada curso objeto da aplicação, faz com que a sequência didática seja um instrumento metodológico dinâmico e flexível.

A aplicação da sequência didática proposta foi realizada em 3 (três) aulas em que foram gravados os momentos de discussão das indagações sugeridas durante a apresentação, bem como de novos questionamentos levantados pelos estudantes. Após a aplicação dessa sequência didática, será retomado o

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levantamento de concepções com os mesmos alunos para sondar as alterações sofridas em suas concepções.

## Análise dos Resultados

A seguir apresentamos os gráficos com a análise dos dados obtidos no levantamento feito para os três cursos de engenharia, respondidos, por 22 alunos do curso de engenharia civil noturno (Gráfico 01 e 02), 18 alunos de do curso de engenharia de computação matutino e 34 alunos do curso de engenharia de produção matutino. A análise dos resultados obtidos pelos alunos testados nas questões do FCI forneceu um exemplo do universo das dificuldades conceituais na área de mecânica com que os estudantes das engenharias chegam à universidade. Esses resultados não constituem uma exceção no panorama educacional mundial, sendo comparáveis aos resultados de cinco grupos de estudantes de 2° e 3° graus relatados por Hestenes et al. (1992).

Ao tratar das questões definidas como Leis de Newton percebe-se que de uma forma muito sintomática, o sentido da palavra 'força' em mecânica é muito diverso daquele construído no cotidiano não escolar dos alunos, de modo tal que é perceptível nas respostas atribuídas, uma tendência para modelos mentais que nunca excluem o ar, isto é, o atrito está sempre presente.

Gráfico 01: % de acerto dos alunos de Engenharia Civil (Movimento). Fonte: Dados da pesquisa

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Gráfico 01: Porcentagem de acerto dos alunos de Engenharia Civil (Leis de Newton). Fonte: Dados da pesquisa

Gráfico 04: Porcentagem de acerto dos alunos de de Engenharia de Computação (Movimento). Fonte: Dados da pesquisa

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Gráfico 05: Porcentagem de acerto dos alunos de Engenharia de Computação (Leis de Newton). Fonte: Dados da pesquisa

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Gráfico 05: Porcentagem de acerto dos alunos de Engenharia de Produção (Movimento). Fonte: Dados da pesquisa.

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Gráfico 06: % de acerto dos alunos de Engenharia de Produção (Leis de Newton). Fonte: Dados da pesquisa

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Verifica-se através dos gráficos 44% de acertos nos itens sobre movimentos e 60% de acertos nas questões sobre Leis de Newton, com discrepâncias entre os resultados por área de formação. Ao focalizar os alunos que acertaram mais de 50% das questões percebe-se que enquanto na engenharia civil apenas 9% dos alunos acertaram as questões de Movimentos e 23% as questões de Leis de Newton, na engenharia de computação 34% dos alunos acertaram as questões de movimentos e 22% as questões de Leis de Newton e na engenharia de produção 36% dos alunos acertaram as questões de movimentos e 47% as questões de Leis de Newton. Vale ressaltar que atualmente muitos professores de física têm consciência de que os alunos possuem conceitos espontâneos, embora muitas vezes não tenham ainda incorporado à sua prática pedagógica os resultados das pesquisas realizadas. Faz-se necessário um estudo individual das questões a fim de discorrer melhor sobre o possível motivo da concepção espontânea dos alunos.

## Considerações Finais

Muitos autores concordam que as concepções espontâneas se configuram como uma realidade que desafia o processo de ensino, não se cogitando a possibilidade de extirpá-las da cadeia de aprendizado do aluno. Aliás, elas fazem parte do processo de socialização do ser humano, constituem parte de sua bagagem cultural. São essas concepções que promovem interação linguística que torna possível a comunicação no meio social. A linguagem científica é uma linguagem contextual que deve ser aprendida, sem minimizar a importância das concepções cotidianas.

Pretende-se que os conteúdos programáticos da disciplina focalizem a necessidade do entendimento destes conceitos, em função das lacunas verificadas no FCI e para tal propõe-se a seguinte sequência didática: (1) problematização de temáticas sobre movimentos e Leis de Newton; (2) aplicação do FCI (sondagem); (3) leituras temáticas, análise de alguns trechos específicos (leitura); (4) Simulação dos fenômenos (experimentação); (5) exercícios propostos e (6) Reaplicação do FCI (avaliação da sequência). As etapas 3 a 5 enfatizam os conceitos físicos importantes e a capacidade de argumentação científica, face às lacunas verificadas no FCI. Para as turmas de engenharia civil e de computação acrescenta-se às leituras temáticas a

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exposição de situações conflitivas, permitindo confrontar seu conhecimento prévio (senso comum) com o conhecimento científico formal, na expectativa de ultrapassar obstáculos epistemológicos.

Após a nova aplicação do FCI pretende-se verificar a presença de avanços nas mudanças conceituais em suas concepções alternativas, a partir do número absoluto de respostas direcionadas às questões e futuramente fazer uma análise individual das questões.

## Referências

DELIZOICOV, Demétrio; ANGOTTI, José André. P. Metodologia do ensino de ciências . São Paulo: Cortez, 1990.

HALLOUN, I.; HESTENES, D. Common sense concepts about motion, American Journal of Physics , v. 53 n. 11, p. 1056-1065, 1985b.

HALLOUN, I.; HESTENES, D.: 'The initial knowledge state of college physics studentsGLYPH&lt;31&gt;, American Journal of Physics , v. 53, n. 11, p. 1043-1055, 1985a.

HESTESNES, D. et al, Force Concept Inventory. The Physics Teacher , v. 30, p.141-158, 1992

MARICONDA P., R., &amp; VASCONCELOS J. Galileu e a nova Física . São Paulo: Ed. Odysseus , 2006.

MAZUR, E. Peer Instruction: A User's Manual. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 1997.

McDERMOTT, L. C. &amp; SHAFFR, P. S. Tutorials in Introductory Physics . Nova York: Printice Hall, 2001.

PEDUZZI, L. O, ZYLBERSZTAJN, A &amp; Moreira, M. As concepções espontâneas, a resolução de problemas e a história da ciência numa sequência de conteúdos em Mecânica: o referencial teórico e a receptividade de estudantes universitários à abordagem histórica da relação força e movimento. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 14, n. 4,1992.

PEDUZZI, S. S. Concepções Alternativas em Mecânica. In: Pietrocola, M (Org.) Ensino de Física : conteúdo, metodologia e epistemologia numa concepção integradora. Florianópolis: UFSC, p. 151-170, 2001.

SAVINAIMEN, A. &amp; SCOTT, P. The Force Concept Inventory: a tool for monitoring student learning. Physics Education , v. 37, n. 1, 2002.

TROWBRIDGE, D. E. &amp; McDERMOTT, L. C. Investigation of the concept of velocity in one dimension. American Journal of Physics , v.48, n.12, Dec. 1980.

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