ENSINANDO MECÂNICA DOS FLUIDOS NO ENSINO BÁSICO ATRAVÉS DE PROTÓTIPOS DE BRINQUEDOS HIDRÁULICOS

## ENSINANDO MECÂNICA DOS FLUIDOS NO ENSINO BÁSICO ATRAVÉS DE PROTÓTIPOS DE BRINQUEDOS HIDRÁULICOS

Deivid M. Barbosa , Gláucio M. de Souza , Bruno R. P. dos Santos , Frederico 1 2 3 da Silva Bicalho , David J. B. de Castro 4 5

- 1 Universidade de Santo Amaro/Acadêmico de Eng. Ambiental/seguranca2011@yahoo.com.br
- 2 Universidade de Santo Amaro/Acadêmico de Eng. Produção/eng.producao.glaucio@outlook.com
- 3 Universidade Federal do Pará/ Universidade do Estado do Pará/SEDUC-PA/brpds@hotmail.com
- 4 Universidade do Estado do Pará/Departamento de Ciências Naturais/fredbicalho@uepa.br
- 5 Universidade do Estado do Pará/ SEDUC-PA/davidjonathas2001@yahoo.com.br

## Resumo

Como parte integrante do Projeto Lúdico de Ensino de Ciência e Engenharia, este trabalho é um relato de prática pedagógica com aplicabilidade voltada para o ensino teórico e prático dos fundamentos da física no campo da hidráulica, através do uso dos conceitos de comportamento dos fluidos. Através do método sociointeracionista de Vygotsky, envolvendo alunos do ensino médio de uma escola pública da periferia de Belém do Pará. A metodologia aplicada divide-se em duas etapas: a primeira trata-se do ensino dos conceitos de hidráulica como mecânica dos fluidos com alunos do ensino médio. Posteriormente a montagem de um artefato tecnológico de aprendizagem, um brinquedo cientifico. Utilizando apenas sucatas e materiais de baixo custo, aplicando desta forma a questão da reutilização e sustentabilidade com os materiais aparentemente sem utilidade para a sociedade, que nas mãos dos alunos transformaram em uma nova forma de fazer ciência, em que a teoria e a prática caminham lado a lado. Vygotsky fala que o construir ajuda a desenvolver uma diferenciação entre a ação e o significado, logo os resultados obtidos mostram claramente que a atividade tida como lúdica tem um grande potencial transformador na vida estudantil e social dos alunos, pois muitos dos alunos obtiveram uma melhoria significativa na disciplina de Física, situação bem diferente do início do ano letivo em 2015 na Escola. Os alunos passaram a compreender melhor conceitos e princípios básicos, como força, pressão, princípio de Pascal, vasos comunicadores e outros de forma prática e divertida através da confecção dos protótipos de diversas maquinas hidráulicas como um guindaste, uma mão mecânica e um aracnídeo mecânico. A ludicidade do processo demonstra que a Física não está apenas nos livros, mas sim a todo o momento ao nosso alcance.

Palavras-chave : Máquinas Hidráulicas, Ensino de Hidráulicas, Feira Cientifica, Artefatos Tecnológicos de Aprendizagem, Ensino de Física, Educação em Engenharia.

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## 1. Identificação das dificuldades e oportunidade para o projeto

O projeto foi desencadeado a partir das dificuldades observadas pelos professores em sala de aula quanto a pouco e/ou a falta de interesse por parte dos alunos da rede pública de ensino, nas ciências exatas como a física. A maior dificuldade dos profissionais é manter a atenção dos alunos voltadas para o assunto e o 'vilão' por trás dessa consequência são os celulares, s martphones , tabletes , ou seja o uso dos aparatos tecnológicos dos estudantes para acesso as redes sociais em plena explanação dos professores. Outra preocupação e uma das engrenagens de funcionamento deste projeto é que a parcela maior de desinteresse são as turmas do 3º ano do ensino médio, jovens que irão sair do ensino básico sem uma visão para o próximo passo, como a vida acadêmica. Todas essas oportunidades foram os fatores motivacionais que levou um professor de física da referida escola e alunos de engenharia de produção e ambiental da UNISA, modalidade EaD, a juntarem forças em prol do bem comum, mostrar uma nova forma de ensinar que vai além da sala de aula através do lúdico.

Este trabalho é parte de um trabalho de extensão acadêmica intitulado Projeto lúdico de Ensino de Ciências e Engenharia (PLECE), que tem como objetivo principal a difusão e popularização da ciência através de apresentação de artefatos tecnológicos de aprendizagem confeccionados por pessoas comuns em feiras de ciências.

## 2. Aplicação da metodologia

O projeto iniciou após visita dos acadêmicos de engenharia na Escola Professor Nagib Coelho Matni, para conhecer os alunos e entender quais eram suas maiores dificuldades na relação ensino-aprendizagem, principalmente a disciplina física, em que a maioria dos alunos têm notas muito baixas. Desta forma, a turma foi dividida em grupos menores que passaram a ser orientados por alunos da graduação, para juntos desenvolverem projetos em sala de aula (parte teórica) e prática (aplicação dos conceitos) na elaboração de um brinquedo científico.

Os equipamentos foram confeccionados pelos próprios estudantes sob a mediação dos acadêmicos de engenharia, assim os alunos passam a interagir com objeto em construção e aprendem com ele e través dele, aprendem também com grupo social que está envolvido no projeto, vivendo dessa forma a experiência

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sociointeracionista de Vygotsky, segundo a qual o desenvolvimento humano se dá em relação nas trocas entre parceiros sociais, através de processos de interação e mediação (SANTOS, 2015, p. 7, apud VYGOTSKY, 1998).

Segundo a teoria sociointeracionista, para ocorrer a aprendizagem, a interação social deve acontecer dentro da Zona de Desenvolvimento Proximal (ZDP), que seria a distância existente entre aquilo que o sujeito já sabe, seu conhecimento real, e aquilo que o sujeito possui potencialidade para aprender, seu conhecimento potencial. Dessa forma, a aprendizagem ocorre no intervalo da ZDP, onde o conhecimento real é aquele que o sujeito é capaz de aplicar sozinho, e o conhecimento potencial é aquele em que ele necessita do auxílio de outros para aplicar (SANTOS, 2015). Vygotsky (1991, p. 54) define este momento como sendo:

a distância entre o nível do desenvolvimento real, que se costuma determinar através da solução independente de problemas, e o nível de desenvolvimento potencial, determinado através da solução de problemas sob a orientação de um adulto ou em colaboração com companheiros mais capazes.

Neste caso os acadêmicos de engenharia orientaram os alunos do ensino médio, desta forma o conhecimento potencial dos estudantes foi desenvolvido com auxílio dos graduandos de engenharia, já o conhecimento real é aquele que todos possuem foi ampliado na experiência da confecção do equipamento tecnológico. Em momento oportuno o professor da turma se tornou o mediador de todo o processo de aprendizagem, utilizando estratégias que levaram os alunos a se tornarem independentes e estimulou o desenvolvimento conhecimento potencial, de modo a criar uma nova ZDP a todo momento, estimulando o trabalho com os grupos e utilizando técnicas para motivar e facilitar a aprendizagem para diminuir o desejo dos alunos de interagirem apenas com seus dispositivos de tecnologia móvel, com o professor sempre atento para permitir que estes alunos construíssem seu conhecimento em grupo com participação ativa e a cooperação de todos, com orientações que possibilitaram a criação de ambientes de participação, colaboração e constantes desafios, criando em cada um que se envolve no processo o espírito de empreendedorismo e inovação (SANTOS, 2015).

O intento do processo foi aplicar um método facilitador e motivador do binômio ensino-aprendizagem integrado ao tripé Ciência, Tecnologia e Sociedade. Confeccionando equipamentos tecnológicos entendidos como objetos geradores de

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indagação, reflexão e conscientização (ANGOTTI et al ., 2001), culminando na produção e apresentação desses equipamentos numa feira científica.

A execução das ações para o desenvolvimento do projeto tiveram origem nos conhecimentos prévios dos alunos sobre hidráulica e mecânica dos fluidos, a partir dessa sondagem inicial foram trabalhados os conceitos de força, pressão, princípio de Pascal, vasos comunicantes (Teorema de Stevin), alavancas e transmissão de movimento para o embasamento teórico do desenvolvimento dos brinquedos, pois neles encontramos o entendimento do comportamento do movimento dos vários equipamentos hidráulicos da vida real, como o funcionamento de uma retro escavadeira, o báscula de uma caçamba, movimentação do braço de uma plataforma área etc. Desta forma os alunos compreenderam que física não se faz apenas com fórmulas matemáticas, mas sim de que forma elas estão presentes em nosso dia a dia, seja no ambiente da escola, nas ruas, na comunidade, na sociedade.

Os artefatos tecnológicos confeccionados foram uma escavadeira hidráulica, um guindaste hidráulico, uma mão mecânica e uma aranha hidráulica. Destacamos a confecção da aranha hidráulica, pois ela não fazia parte do projeto original, foi uma ideia proposta pelos próprios alunos como uma espécie de desafio em construir uma máquina mais complexa que pudesse se deslocar imitando o movimento de um aracnídeo. A ideia surgiu de vídeos que os alunos assistiram na internet como o que está disponível neste endereço: https://www.youtube.com/watch?v=qpFF9TCGLic. A figura 01 mostra algumas etapas do processo de estudo teóricos dos modelos dos equipamentos e fases da confecção de alguns deles.

Figura 01 : Aplicação do método através de aulas teóricas e montagem dos protótipos com base nos conhecimentos adquirida em sala de aula e com materiais em sua maioria advindo do lixo (fonte: PLECE).

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Outro ponto importante do enfoque é a confecção dos protótipos trabalhando conceitos da educação ambiental como sustentabilidade e a reutilização de materiais, pois os materiais utilizados foram em sua maioria advindo do próprio meio, através da reutilização de materiais já tidos como sucata e que já tinham sidos descartados pela sociedade. Assim foi possível exercitar com os alunos questões da educação ambiental de forma aplicada e com diminuição de resíduos gerados ao final do processo de confecção dos brinquedos hidráulicos, que são representações dos maquinários reais.

O quadro 01 traz um esquema simplificado do processo de montagem da aranha mecânica, no entanto, todos os objetos tecnológicos seguiram procedimentos semelhantes.

Quadro 01 : Tarefas executas pelos alunos para a construção do artefato tecnológico (aranha hidráulica)

O processo foi permeado de um espírito de ludicidade, é importante mostrar para os jovens a noção de que aprender pode ser divertido, onde as iniciativas

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lúdicas nas escolas potencializam a criatividade e desenvolvimento intelectual dos alunos. 'Vygotsky fala que o brinquedo ajudará a desenvolver uma diferenciação entre a ação e o significado' (SANTOS, 2015, p. 10, apud VYGOTSKY, 1998).

Além dos procedimentos citados acima para a confecção da aranha hidráulica, todos os outros artefatos envolvidos seguiam um único padrão com os seguintes objetivos específicos:

- I. Identificar o problema relacionados com os conteúdos de física no 3º ano do ensino médio.
- II. Fazer o levantamento dos conteúdos com maior rejeição pela maioria dos alunos.
- III. Propor a solução de forma lúdica e dividir a turma em equipes (seleção sorteada).
- IV. Que todos os artefatos tecnológicos sejam frutos das pesquisas dos próprios alunos.
- V. Para confeccionar os brinquedos, que seja 90% de material reciclado.
- VI. Está atento aos contextos históricos das descobertas na física, engenharia e suas aplicações na sociedade no que tange às máquinas hidráulicas.
- VII. Expor em forma de apresentação aos demais colegas da turma e demonstrar seus funcionamentos e aplicações em situações reais.
- VIII. Apresentar em uma feira cientifica escolar todos os frutos das pesquisas, processos de montagem e aplicabilidade dos conceitos de física e engenharia ali envolvidos.
- IX. E reavaliar todos os alunos envolvidos no projeto para comparar o que sabiam antes, e o que eles adquiriram durante e após a produção dos artefatos tecnológicos.

Todo o trabalho foi desenvolvido com alunos do 3º ano do ensino médio do turno da tarde no ano de 2015, todo trabalho foi desenvolvido no contra turno e finais de semana dentro da unidade escolar.

## 3. Resultados e discussões

O projeto contou com o envolvimento de todas as partes, os acadêmicos de engenharia, o corpo docente da escola, a comunidade e principalmente aos alunos, protagonistas desta experiência. Os alunos passaram a compreender melhor conceitos e princípios básicos de hidráulica, como força, pressão, princípio de Pascal, vasos comunicadores e outros de forma prática e divertida através da confecção dos protótipos de diversas maquinas hidráulicas como um elevador

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hidráulico, um guindaste, uma mão mecânica e um aracnídeo hidráulico, todos construídos a parti de sucata, trabalhando assim a educação ambiental.

Lembrando do enfoque desta empreitada é superar a dificuldade de aprendizagem dos alunos com a disciplina de física, e a mesma acabou se tornando aliada na busca de conhecimento para a construção de artefatos tecnológicos, e ajudou cada aluno desenvolver sua capacidade de criar, inovar e empreender. Mas, não foi apenas na mudança de percepção da disciplina, o bom fruto também é percebido no desempenho na disciplina, que mudou consideravelmente, reflexo do ponto positivo da implantação do método são as melhorias significativas no desempenho escolar, onde no início do ano de 2015, na primeira avaliação a média das notas eram de 5, 5, passando para 7,0 na segunda avaliação e finalizando com 8,0, e a frequência da turma passou a ser 100% nas aulas de Física.

Acreditamos que isso seja fruto da método sociointeracionista de Vygotsky utilizado no processo, pois segundo ele existe um papel preponderante às relações sociais na aprendizagem, e neste trabalho foram criadas situações em que os estudantes foram estimulados a pensar e a solucionar problemas propostos em que trabalho em grupo é valorizado sempre orientado por um companheiro mais capaz, o que não se observava nas aulas antes da execução do projeto.

Um exemplo mais consistente da real eficácia do projeto é espelhado em um aluno, que já eram repetente, pois havia reprovado em física e geografia, com verdadeira aversão pela disciplina. No início do ano letivo tirou zero na primeira avaliação, e após a execução do projeto, ele desenvolveu habilidades e competências essenciais na área, prova desse resultado é que nas avaliações do segundo semestre já passou para 8 (oito) na terceira avaliação e 10 (dez) no final do ano, tornando-se um dos alunos mais participativos.

Foi uma experiência nova e satisfatória também para os acadêmicos de engenharia ambiental e produção da UNISA. Junto aos alunos foi uma forma de também sair da sala de aula e fazer aquisição de outros conhecimentos e de uma forma totalmente prática. Na parte da engenharia ambiental a aplicação correta do que apenas se ouvia, porém não estava sendo praticado, o conceito de reutilização como fonte geradora dos materiais para a construção não apenas de um brinquedo científico, mas de um artefato tecnológico de aprendizagem que ajudou na aquisição

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de conhecimento e desenvolvimento intelectual desse grupo de alunos da Escola Nagib, enquanto que do lado da engenharia de produção, a real aplicação dos conceitos absorvidos nas aulas semipresenciais, com o professor presencial, observando e acompanhando cada etapa do processo, desde as aulas teóricas até o produto final com qualidade e confiabilidade. Nesta visão, criando também um espírito empreendedor, pois agora os alunos sabem que são capazes não apenas de compreender as ciências exatas, mas conseguiram provar que são capazes de criar, recriar e evoluir a ideia inicial, dando continuidade ao ciclo.

## 4. Considerações finais

Assim, a experiência na confecção de brinquedos científicos que simulam poderosos equipamentos tecnológicos como as máquinas que se utilizam de princípios de hidráulica, ofereceu oportunidade de aprendizagem real, pois trata-se de uma forma dinâmica e motivadora que atrai os alunos para novos horizontes de conhecimentos tudo através de interação social entre os indivíduos envolvidos no processo e os objetos tecnológicos de aprendizagem, pois houve aprendizado através da interação entre eles e entre eles e o artefato de confeccionados por eles.

Com base em toda a experiência e no processo continuo adotado pelos alunos neste método, não deixando de lado um tema marcante que é a sustentabilidade ambiental no âmbito da aplicação continuada da reutilização de materiais em novos projetos estudantis transformando o simples 'querer' em um arrojado 'fazer', através do verbo 'brincar'.

## Referências

ANGOTTI, José André Perez; BASTOS, Fábio da Purificação de; MION, Rejane Aurora. Educação em física: discutindo ciência, tecnologia e sociedade. Ciência &amp; Educação . Bauru, v.7, n.2, p.183-197, 2001. Disponível em: &lt;http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci\_arttext&amp;pid=S151673132001000200004&amp;lng=pt&amp;nrm=iso&gt;. Acesso em: 25 jun. 2016.

SANTOS, Bruno R. P. dos. Do Lúdico ao Científico: Brincadeiras da Física que Transformam o Mundo . NEO-FACCAT. REDIN, V. 4, Nº 1 nov. 2015. Disponível em: &lt;http://docplayer.com.br/19743647-Do-ludico-ao-cientifico-brincadeiras-da-fisicaque-transformam-o-mundo.html&gt;. Acesso em: 10 mar. 2016.

VYGOTSKY, L. S. A formação social da mente . Rio de Janeiro: Martins Fontes, 1991. Disponível em: &lt; http://www.egov.ufsc.br/portal/sites/default/files/vygotsky-aformac3a7c3a3o-social-da-mente.pdf&gt;. Acesso em: 05 jun. 2015

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