ATIVIDADES EXPERIMENTAIS INVESTIGATIVAS, A APRENDIZAGEM DE CONTEÚDOS E O DESENVOLVIMENTO DE HABILIDADES: UMA ANÁLISE BASEADA NA TAXONOMIA DE BLOOM

## ATIVIDADES EXPERIMENTAIS INVESTIGATIVAS, A APRENDIZAGEM DE CONTEÚDOS E O DESENVOLVIMENTO DE HABILIDADES: UMA ANÁLISE BASEADA NA TAXONOMIA DE BLOOM

Thiago Costa Caetano 1 , Camila Cardoso Moreira , Elizabeth Ribeiro Leandro 2 3, João Ricardo Neves da Silva 4

- 1 Universidade Federal de Itajubá/Instituto de Física e Química, tccaetano@unifei.edu.br
- 2 Universidade Estadual Paulista 'Júlio de Mesquita Filho'/Programa de Pós-Graduação em Educação para a Ciência, mila\_cardoso.fisica@yahoo.com.br
- 3 Escola Estadual Marquês de Sapucaí, bethleandro1@yahoo.com.br

## Resumo

As atividades experimentais investigativas têm o potencial de, mais do que contribuir para o aprendizado de questões conceituais, desenvolver outras habilidades igualmente importantes para a formação do sujeito, como a capacidade de argumentação, a análise, a observação orientada de fenômenos e a elaboração de hipóteses fundamentadas. Pensando nisso, desenvolveu-se uma atividade investigativa de Mecânica para alunos do Ensino Médio em um laboratório de Física Geral I da Universidade Federal de Itajubá. Foi feita uma análise da atividade experimental e de um questionário aplicado após a visita ao laboratório, esta última com base na Taxonomia de Bloom revisada. Os resultados mostraram que após a atividade experimental os alunos, além de somente recordar o que foi visto no laboratório, foram capazes de interpretar novos contextos, compreender os aspectos conceituais de um problema e, em alguns casos, analisar a nova situação proposta a partir do conhecimento físico, ampliando ainda sua capacidade argumentativa.

Palavras-chave : Atividades experimentais, Investigação, Ensino de Física, Taxonomia de Bloom.

## Introdução

Atividades experimentais são frequentemente utilizadas no ensino da Física para verificar questões conceituais ou demonstrar fenômenos. Embora o potencial educativo dessas vertentes seja notório, as atividades investigativas oferecem ainda a oportunidade de conhecer as concepções dos estudantes e confrontá-las com os resultados experimentais, resultados esses obtidos em um processo de observação, análise e elaboração de hipóteses em que o aluno se envolve ativamente, passando a atuar como agente central do seu processo de aprendizagem. Além disso, as atividades investigativas, pautadas na resolução de problemas , demandam constante diálogo entre professor e alunos e a participação intensa de todos em cada etapa da atividade, tornando a ocasião da aula experimental um momento de integração e troca de conhecimentos e valores que uma aula teórica ou demonstrativa não é capaz de atingir (HODSON, 1992; DE AZEVEDO, 2004).

Com base nessas ideias, desenvolveu-se uma atividade experimental investigativa para alunos do Ensino Médio em um laboratório de Física Geral I da Universidade Federal de Itajubá (Unifei), com o objetivo de verificar seu potencial em

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contribuir para a aprendizagem conceitual dos estudantes. Os alunos participantes, de uma turma de 2º ano do Ensino Médio de uma escola pública, não conheciam um laboratório profissional e visitaram o campus exclusivamente para esta atividade. Essa turma foi escolhida para a atividade em questão no contexto de um projeto que prevê frequentes visitas de estudantes do Ensino Médio aos laboratórios da universidade. A intenção era investigar um grupo que estivesse participando das atividades experimentais pela primeira vez. Além de analisar a contribuição da atividade para a aprendizagem de conteúdos de Física, deseja-se analisar que outras habilidades foram desenvolvidas no contexto da aula experimental.

A montagem experimental escolhida foi a do Trilho de Ar, comumente utilizada para reproduzir situações de MRU e MRUV. Acompanhada de um roteiro aberto, a atividade foi desenvolvida em três etapas: na primeira, o docente apresentou alguns problemas aos estudantes e iniciou uma discussão sobre eles, reunindo as respostas dos alunos no quadro numa espécie de votação (levantamento inicial); a segunda etapa consistiu em fornecer o roteiro aberto aos estudantes, pedindo que reproduzissem as situações-problema discutidas, observando o comportamento do experimento e tomando nota de alguns dados; por fim, o docente reuniu os dados coletados e apresentou à turma, voltando aos problemas iniciais. Os alunos puderam, por conta própria, verificar se haviam escolhido a resposta certa no primeiro momento da aula, confrontando os resultados observados experimentalmente com suas próprias concepções e com as previsões teóricas.

## O potencial da atividade investigativa: analisando o questionário pósvisita

Foi elaborado um questionário para ser aplicado aos alunos após a visita aos laboratórios com o objetivo de verificar que avanços ocorreram do ponto de vista da aprendizagem. Para fazer essa análise recorreu-se às categorias de habilidades cognitivas presentes na taxonomia de Bloom revisada (KRATHWOHL, 2002). Segundo a taxonomia, existem algumas habilidades cognitivas que podem ser ordenadas conforme o esquema da Figura 01, onde as habilidades mais inferiores encontram-se na base da pirâmide e as mais superiores, no topo.

Figura 01: (à esquerda) Taxonomia de Bloom (BLOOM et al., 1956) e (à direita) taxonomia de Bloom revisada (KRATHWOHL, 2002). Fonte:

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Nas questões elaboradas buscamos investigar quais dessas habilidades estão desenvolvidas nos alunos e em que grau esse desenvolvimento ocorreu. Também buscamos relacionar o desenvolvimento dessas habilidades com a atividade proposta no laboratório. Conforme a taxonomia, a habilidade cognitiva mais inferior é a de recordar fatos/dados sem que haja, contudo, a necessidade de compreendê-los. Associadas a essa habilidade estão, entre outras, as ações de descrever, identificar e reconhecer. Sendo assim, esperando que o aluno seja capaz ao menos de recordar a atividade realizada no laboratório, foram elaboradas as duas questões que seguem:

Q1 - Ambas as rampas possuem a mesma inclinação. Quem desce mais rápido?

Figura 02: Corpos com massas diferentes descendo rampas com a mesma inclinação e sem atrito.

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Q2 - E nessa nova configuração, quem desce mais rápido?

Figura 03: Corpos com massas iguais descendo rampas com inclinações diferentes e sem atrito.

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Ambas as questões foram feitas durante a primeira etapa da atividade no laboratório e as mesmas figuras foram empregadas. Em cada caso, havia três possibilidades de respostas: a) o corpo da esquerda desce mais rápido; b) o corpo da direita desce mais rápido e c) ambos descem com a mesma velocidade.

No caso da segunda questão, quando feita durante a atividade no laboratório, os alunos foram unânimes em dizer que o corpo da esquerda descia mais rápido, o que é a alternativa correta. Esse excelente resultado pode estar associado a dois fatores principais: a) aprendizagem do conteúdo formal durante as aulas de Física e b) relação com experiências cotidianas e elaboração inconsciente de modelos primitivos para explicação do fenômeno, os quais foram evocados durante a atividade no laboratório no momento em que o aluno reconheceu, através das figuras mostradas, situações que ele próprio experimentou em outras ocasiões. Considere, por exemplo, que o aluno se encontra sentado sobre um móvel (um skate, um carrinho ou uma prancha) e posiciona-se para descer uma ladeira. Ou ainda, que ele está em um escorregador. Nessas situações, o aluno prevê, de forma

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intuitiva, que quanto mais inclinada for a rampa sobre a qual ele vai descer, mais velocidade ele irá adquirir. Esse fator é o mais provável para a explicação do índice de acertos nessa questão, visto que a aprendizagem do conteúdo formal nas aulas de Física levaria a um resultado igualmente bom na primeira questão, o que não foi observado.

Para a primeira questão, quando feita pela primeira vez, no laboratório, obteve-se muitas respostas incorretas. No caso da primeira turma, 8 pessoas responderam que o corpo mais pesado descia mais rápido, 2 responderam que o corpo mais leve descia mais rápido e apenas 1 respondeu que os dois desciam com a mesma rapidez (as palavras rápido e rapidez foram utilizadas para evitar o uso precoce de termos como aceleração e movimento variado). No caso da segunda turma, com 10 alunos, 8 responderam que o corpo mais pesado descia mais rápido e 2 responderam que seria o corpo mais leve. O resultado final é mostrado através do gráfico na Figura 04.

Figura 04: Resultado para a questão 1, quando feita pela primeira vez, durante a atividade no laboratório.

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No laboratório, esses resultados foram anotados na lousa e então os alunos realizaram a atividade experimental com a finalidade de confirmarem suas respostas. Com auxílio do professor, os dados experimentais foram confrontados com as respostas (hipóteses) iniciais. No questionário pós-atividade, a questão 1 foi apresentada novamente, exatamente da mesma forma que foi apresentada no laboratório, utilizando a mesma figura como ilustração. Os resultados estão expressos no gráfico da Figura 05.

Figura 05: Resultado para a questão 1, quando feita pela segunda vez através do questionário.

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Observa-se uma melhora expressiva nos resultados. Em ambos os gráficos a fração na cor amarela representa a alternativa correta para a questão 1. Isso sugere que os alunos recordam o conteúdo que foi trabalhado no laboratório, mas não indica necessariamente um avanço do ponto de vista das habilidades cognitivas. O que se pode dizer, por certo, é que a atividade realizada ampliou o rol de situações vividas pelos alunos, as quais são úteis para a elaboração de modelos explicativos.

Ascendendo na taxonomia de Bloom, encontramos a habilidade cognitiva de compreender . Ações como classificar, comparar e exemplificar estão associadas a essa habilidade. Na tentativa de explorar essa habilidade, foi apresentada uma situação nova ao aluno, onde a mesma interpretação/modelo é aplicável, mas com significativas diferenças contextuais. Ao mesmo tempo, gostaríamos de verificar se houve algum avanço com relação à capacidade de recordar . De acordo com esses princípios norteadores foi elaborada a questão que segue, a qual não apresentava semelhança com nenhuma das questões que foram feitas no laboratório:

Q3 - Dois meninos competem no mesmo escorregador para ver quem desce mais depressa. Os meninos possuem pesos diferentes e existe apenas uma regra: não é permitido dar impulso para começar a descida. Isso é, ambos os meninos começam a descer com a mesma velocidade. Quem deve vencer a competição?

Quadro 01: Categorias criadas para avaliar as respostas à questão 3.

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Diferentemente das questões anteriores, a questão 3 é uma questão dissertativa. Devido à variedade e ao teor das respostas, foi feita uma classificação de acordo com as categorias mostradas no Quadro 01. É elucidativo fornecer um exemplo relacionado à categoria 2: alguns alunos mencionaram a influência da força de atrito no movimento, o que é razoável, já que o enunciado não fazia qualquer referência a essa força. O resultado seria que os objetos com maior peso levariam mais tempo para percorrer todo o escorregador por haver uma força que se opõe ao movimento. A resposta desses alunos à questão 1 é coerente com essa interpretação, revelando que o raciocínio deles é consistente internamente, mas deixa de ser quando se considera o contexto da atividade.

O gráfico da Figura 06 mostra a distribuição dos alunos entre as categorias, conforme as características elencadas no Quadro 01.

Figura 06: Quantitativo de alunos por categoria (Quadro 01).

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De maneira particular, as categorias 1 e 2 são indicativas de um grupo com baixo desenvolvimento. No caso da categoria 1, onde estão cerca de 28% dos alunos, é mostrado que eles não possuem nenhum grau de compreensão sobre o fenômeno estudado. No caso da categoria 2, há um grau de compreensão, mas os modelos explicativos são equivocados e precisam ser trabalhados em outras situações. Cerca de 17% dos alunos estão nessa categoria. Considera-se que é preciso dedicar mais atenção aos alunos dessas categorias a fim de que eles alcancem o mesmo nível de desenvolvimento das categorias 3 e 4.

Dando continuidade, gostaríamos de investigar habilidades cognitivas mais avançadas, como a de aplicar, analisar e avaliar. Para tanto, foi elaborada a questão que segue:

Q4 - Em uma granja, quando as galinhas botam seus ovos, eles descem por uma rampa até a cesta para serem recolhidos pelo dono. Um dia, o dono percebeu que os ovos possuíam tamanhos diferentes e ficou com medo de que os ovos maiores pudessem se quebrar ao rolar. Então o dono pensou: vou diminuir a inclinação de todas as rampas. O dono tinha razão em ter medo? Explique.

Na questão, também dissertativa, o aluno precisa aplicar o conhecimento previamente adquirido em uma situação nova para a resolução do problema. Além disso, a interpretação da questão pode levar à múltiplas abordagens, exigindo do aluno um trabalho de análise. A título de exemplo, algumas das possibilidades para a interpretação do problema são: a) o dono está equivocado pois acredita que os ovos maiores descem mais rápido; b) o problema é recente, ou seja, os ovos

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aumentaram de tamanho naquele momento, então o dono estaria certo em se preocupar; c) apesar dos ovos descerem com a mesma rapidez, ovos maiores sofrem um impacto maior ao serem freados bruscamente, entre outras. Por último, ao tentar justificar sua resposta, o aluno tem a oportunidade de demonstrar o seu potencial avaliativo .

As respostas para essa questão apresentaram grupos mais bem definidos que as respostas para a questão 3. Encontramos os grupos:

- I) respostas objetivas, diretamente relacionadas com a questão 1, interpretadas corretamente e demonstrando habilidades de compreender e aplicar. Por exemplo, 'Sim, quanto maior for a inclinação da rampa, mais velocidade […] irá ganhar' (Aluno 6);
- II) respostas objetivas com interpretações equivocadas, demonstrando que a habilidade de compreender e aplicar estão pouco desenvolvidas. Exemplo: 'Sim, pois os […] grandes desceriam com mais velocidade [...]' (Aluno 2);
- III) respostas analíticas, explorando as diversas possibilidades e demonstrando alto grau de capacidade argumentativa. Essas foram respostas mais complexas, como podemos ver no exemplo a seguir:

'O dono poderia sim ter razão, como também não. Depois que os ovos são botados pelas galinhas, eles poderiam ter um impulso diferente no início da rampa e assim poderia interferir na velocidade final […]. Outra opção é que os ovos partam de uma velocidade inicial sem impulso, assim tanto os ovos maiores ou menores teriam a mesma velocidade ao fim da rampa, porque a massa deles não iria interferir' (Aluno 3).

A distribuição dos alunos entre os grupos mencionados é mostrada no gráfico da Figura 07.

Figura 07: Distribuição dos alunos entre os grupos I, II e III, conforme respostas para a questão 4.

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Embora a maioria dos estudantes tenha apresentado respostas mais simples e objetivas, elas foram interpretadas corretamente, o que indica uma desenvolvida habilidade de compreensão do fenômeno estudado. A atividade de laboratório pode ter contribuído para este desenvolvimento, visto que o levantamento previamente realizado havia mostrado que a turma de alunos estava dividida quanto às associações entre massa, velocidade e inclinação da rampa, o que não se repetiu neste resultado do questionário. Além disso, a elaboração de respostas mais analíticas e complexas (grupo III) por parte de alguns alunos indica que habilidades

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mais superiores foram desenvolvidas, demonstrando que entre a atividade de laboratório e o questionário houve uma evolução na elaboração de hipóteses e na construção de modelos mentais sobre o fenômeno original visto no laboratório.

## Considerações finais

A partir dessa breve investigação, pode-se verificar que a atividade investigativa de laboratório contribuiu para uma evolução dos alunos em termos de aprendizagem. A análise dos questionários mostrou que não somente houve um aumento significativo no número de acertos das questões conceituais, mas também um desenvolvimento de habilidades mais superiores de acordo com a Taxonomia de Bloom. Os alunos demonstraram que, além de simplesmente recordar o que foi visto no laboratório, eles foram capazes de interpretar novos contextos, compreender os aspectos conceituais e, em alguns casos, analisar a nova situação proposta a partir do conhecimento físico, ampliando ainda sua capacidade argumentativa.

É importante ressaltar que, para afirmar que a atividade de laboratório foi a principal e singular responsável por estes resultados, seria necessário acompanhar esta turma de alunos por mais tempo ou repetir a investigação com um maior número de alunos para uma análise comparativa. Todavia, o contato e o envolvimento dos estudantes com a atividade experimental, mesmo breve, e a evidente evolução dos mesmos nos questionários pós-atividade apontam para uma contribuição à sua aprendizagem que não pode ser ignorada.

Esses resultados apontam para um potencial das atividades de laboratório muitas vezes subutilizado. Mais do que demonstrar fenômenos ou verificar relações físicas, as atividades práticas podem ser o centro de um processo investigativo, mesmo que de maneira simples, como no caso deste relato. Colocar as concepções dos alunos em discussão e fazê-los ver por si mesmos que o comportamento do fenômeno não foi compatível com suas ideias iniciais faz da atividade de laboratório mais do que uma aula prática para se recordar - torna-a parte de um processo ativo de construção de conhecimentos e desenvolvimento de habilidades que contribui para a aprendizagem de uma Física mais contextualizada e abrangente.

## Referências

BLOOM, B. S. et al. Taxonomy of educational objectives . New York: David Mckay, 1956.

DE AZEVEDO, M. C. P. S. Ensino por investigação: problematizando as atividades em sala de aula. Ensino de Ciências-unindo a pesquisa e a prática , p. 19, 2004.

FERRAZ, A. P. C. M. et al. Taxonomia de Bloom: revisão teórica e apresentação das adequações do instrumento para definição de objetivos instrucionais. Gest. Prod. , São Carlos, v. 17, n. 2, p. 421-431, 2010.

HODSON, D. Assessment of practical work. Science &amp; Education , v. 1, n. 2, p. 115-144, 1992.

KRATHWOHL, D. R. A revision of Bloom's taxonomy: an overview. Theory in Practice , v. 41, n. 4, p. 212-218, 2002.

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