CONCILIANDO EXPERIMENTO E SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL NO ENSINO DE QUEDA LIVRE

## CONCILIANDO EXPERIMENTO E SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL NO ENSINO DE QUEDA LIVRE

## Josianne Catarina dos Santos , Karoline Gonzaga , Marconi Barros , Luiz 1 2 3 Otávio Buffon , Marcelo Esteves de Andrade 4 5

- 1 Instituto Federal do Espírito Santo, josiannecatarina@hotmail.com
- 2 Instituto Federal do Espírito Santo, goliveirakaroline@gmail.com
- 3 EEEFM João Crisóstomo Beleza, marconibarros05@gmail.com
- 4 Instituto Federal do Espírito Santo, buffon@ifes.edu.br
- 5 Instituto Federal do Espírito Santo, marcelo.1fisica@hotmail.com

## Resumo

Este trabalho relata uma experiência realizada por intermédio do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID) aplicada aos alunos dos primeiros anos do Ensino Médio da EEEFM João Crisóstomo Beleza e, a partir desta atividade, procura mostrar novas formas de trabalhar o tema desenvolvido, suas potencialidades e os desafios enfrentados com sua aplicação, proporcionando ao professor um instrumento que pode ser trabalhado em sala de aula, além de possibilitar a reflexão sobre possíveis formas de ajudar na aprendizagem dos discentes. O tema escolhido foi queda livre, pois é um dos assuntos obrigatórios no plano de ensino de Física. Para sua aplicação foi construída uma réplica do experimento histórico realizado por Galileu Galilei para o estudo inicial do assunto. Além disso, também mostramos uma simulação computacional, que é uma forma mais moderna de se trabalhar com o conteúdo. Utilizamos como ferramenta de coleta de dados uma atividade exploratória e um questionário avaliativo. Como resultados, observamos que é possível trabalhar com diferentes recursos em sala de aula, proporcionando novos olhares sobre o tema, como também verificamos que o docente precisa estar sempre atento ao número de questões de suas atividades; deve estar atento também à ajuda necessária aos discentes com um reforço em assuntos que envolvem a Física, como a matemática e a interpretação de texto.

Palavras-chave : Ensino de Física; Mecânica; Atividades diferenciadas.

## Introdução

- O processo de ensino e aprendizagem em Física vem passando por diversas modificações que buscam um ensino mais contextualizado com o cotidiano dos alunos, contribuindo assim para a construção de um conhecimento científico mais significativo. Percebe-se que é importante desenvolver, junto aos alunos, habilidades e competências que os auxiliarão no presente e no futuro, independentemente de eles seguirem ou não as áreas de ciências exatas ou de seguirem carreiras científicas. Com isso, o ensino de Física se afasta da simples memorização das fórmulas e se relaciona mais profundamente com o significado e o sentido das belezas da Física que cada assunto proporciona (BRASIL, p.2, 2002).

Paralelo a isso, o professor muitas vezes enfrenta grandes problemas, como, por exemplo, a falta de tempo para planejar suas atividades e o grande número de alunos em sala de aula. Com isso, as dificuldades de contextualizar o ensino de Física com o cotidiano dos alunos só aumentam (RODRIGUES; SANTOS; TIMES, p. 61, 2015) e, apesar de existirem muitos materiais disponíveis na literatura

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23 a 27 de janeiro de 2017

e orientações dos órgãos oficiais, tais como a dos Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 1998), ainda nos deparamos com alguns impasses, por exemplo, de como 'fazer funcionar' as perspectivas atuais de ensino de ciências no contexto escolar atual. Segundo o próprio PCN+ - Ensino Médio - Física,

Frente a tantas solicitações, dimensões e recomendações a serem simultaneamente contempladas, os professores têm se sentido perdidos, sem os instrumentos necessários para as novas tarefas, sem orientações mais concretas em relação ao que fazer. (BRASIL, p. 2, 2002).

Diante disso, por meio do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID), é possível entender, orientar e ampliar a visão do professor de como trabalhar com atividades que possam proporcionar aos alunos uma maior aproximação entre o cotidiano do aluno e a Física escolar.

## O Subprojeto de Física-IFES

O Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo (IFES), campus Cariacica, é uma das instituições em que o PIBID atua, contanto com o subprojeto de Física desde 2011. Uma das escolas atendidas pelos licenciandos é a EEEFM João Crisóstomo Beleza, localizada no município de Cariacica-ES. Esta escola conta com oito bolsistas que realizam práticas pedagógicas em todos os níveis do ensino médio, melhorando a qualidade do ensino de Física e potencializando cada vez mais a formação dos futuros professores. No ano de 2015, a escola parceira tinha duas turmas da primeira série do ensino médio, cinco turmas da segunda série e quatro turmas da terceira série. Em termos das práticas pedagógicas foram desenvolvidas atividades tais como: práticas experimentais, seminários expositivos, simulações, resolução de exercícios, aplicações de questionários, uso de vídeos, oficinas, dentre outras.

Tendo um número razoável de oito bolsistas na instituição, foi possível desenvolver práticas em que os estudantes da escola puderam ser integrados de forma atuante nas aulas, permitindo que a física fosse abordada de uma maneira diferenciada.

Uma das atividades desenvolvidas foi referente ao tema de queda livre, no qual os bolsistas, orientados pelo professor supervisor, com o intuito sempre de dialogar com os alunos, desenvolveram uma estratégia de ensino baseada no contraste entre a experimentação e a simulação computacional. O objetivo foi proporcionar tanto ao professor um possível instrumento de trabalho simples e de fácil acesso, quanto aos discentes o desenvolvimento de possíveis competências que envolvem a observação, a análise, a interpretação e a contextualização do tema no início do seu estudo, assim como os avanços e aprimoramentos do assunto com o uso da simulação.

## A Experimentação no Ensino de Física

Ensinar Física nunca foi uma tarefa fácil, pois muitas vezes os alunos não se sentem interessados em aprender a disciplina, ou ainda, encontram dificuldades de entender o conteúdo. Muitos professores, no intuito de proporcionar uma maior participação dos alunos, optam por desenvolver experimentos em sala de aula. A utilização deste tipo de atividade, para mediar o ensino de Física, pode ser bastante útil para sanar essas dificuldades encontradas, visto que pode tanto aguçar a

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curiosidade dos estudantes quanto auxiliá-los na construção do pensamento científico a partir de situações concretas. Segundo Giordan (1999, p. 43)

É de conhecimento dos professores de ciências o fato de a experimentação despertar um forte interesse entre alunos de diversos níveis de escolarização.

Logo, a realização de uma atividade experimental, aliada a uma metodologia de ensino diferenciada, pode contribuir no processo de ensino e aprendizagem, qualificando essa prática, tornando mais simples o entendimento dos estudantes e, até mesmo, contribuindo para as explicações estabelecidas pelo professor na sala de aula.

## A Simulação Computacional no Ensino de Física

As simulações computacionais são recursos que utilizam técnicas matemáticas que imitam o comportamento de diversos processos reais e auxiliam no estudo do desempenho de certos sistemas físicos. Quando comparadas com as ilustrações e as representações visuais dos conteúdos encontradas nos livros, as simulações computacionais ganham espaço, tendo um grande potencial para o ensino, pois pode ser usada para auxiliar a assimilação de um assunto mais abstrato, abrindo caminhos para que o professor estimule o raciocínio e o senso crítico dos alunos.

Além disso, tal recurso pode gerar discussões e questionamentos sobre o assunto a ser aprendido pelos estudantes, pois, no momento em que é realizada uma atividade experimental, é possível que não se alcance os objetivos esperados, justamente pelas condições em que a experiência é realizada, seja por não ser realizada em um ambiente favorável, seja por não possuir equipamentos precisos para sua realização. Assim, com a simulação é possível gerar discussão sobre tais fatores e com isso

[...] acredita-se que as simulações podem contribuir de forma decisiva na complementação do processo de aprendizado, dotando o indivíduo de capacidade de compartilhar conhecimento, pela prática do trabalho participativo e colaborativo em grupo, além de estimular e/ou contribuir para o aumento da capacidade de desenvolver novos conhecimentos. (SILVA E FERREIRA, 2014, pg. 341)

Assim, se o professor estiver disposto a tentar implementar metodologias diferenciadas, que atraiam os alunos e os incentivem a aprender, as simulações computacionais podem se constituir uma ferramenta bastante eficaz no ensino de Física.

## Metodologia

As atividades envolvendo o assunto queda livre, na disciplina de Física, foram ministradas para as duas turmas da primeira série do ensino médio da EEEFM João Crisóstomo Beleza, localizada no município de Cariacica/ES, por meio do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID). Este trabalho foi dividido em duas etapas, sendo que cada uma delas foi realizada numa aula de 50 minutos, em dois dias distintos. O motivo para ser assim se deu porque um dos objetivos dessa atividade era realizar uma vasta discussão sobre os fatores que influenciam numa atividade experimental e numa simulação computacional, discussão que pode proporcionar maior entendimento para os alunos e mais

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tranquilidade no processo de ensino-aprendizagem. A Figura 01 mostra a prática desenvolvida na sala de aula.

Figura 01: Apresentação da aula

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Iniciamos a primeira etapa com uma intervenção, problematizando o assunto com a pergunta: 'Por que os objetos caem no chão e como isso ocorre?'. Esta prática teve o intuito de fazer os alunos refletirem sobre questões que estimularam o estudo e as descobertas científicas. Após este momento, a turma assistiu a um trecho do documentário intitulado 'Galileu, o mensageiro das galáxias', que mostra o experimento utilizado pelo referido cientista para investigar o fenômeno da queda livre dos objetos.

Após o vídeo, foi iniciada a atividade experimental, utilizando uma réplica do experimento mostrado no vídeo e trabalhando conforme Galileu fez em suas análises na época de sua descoberta. Neste momento, a turma foi dividida em grupos e um membro de cada grupo foi selecionado para realizar cada etapa da atividade, conforme orientações do Quadro 01.

Quadro 01: Orientações do experimento

Por fim, os alunos realizaram a análise dos dados respondendo às perguntas contidas na atividade exploratória que foi entregue a eles; e, sempre que algum grupo tinha dúvidas, os pibidianos buscaram orientar e mediar a construção

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da aprendizagem e o entendimento desta temática, finalizando assim a primeira etapa da atividade com o experimento (Figura 02).

Figura 02: Orientações do experimento

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A segunda etapa consistiu na realização de um feedback da atividade exploratória realizada na aula anterior, pois objetivamos

[...] impulsionar a aprendizagem. Ao dizer impulsionar, refiro-me a oferecer o apoio necessário para que os alunos atinjam os níveis mais elevados do aprendizado, sem que isso implique fazer o trabalho por eles. (NICOL, 2012, p. 115)

Tais questionários foram corrigidos logo após a realização da etapa anterior, a fim de identificarmos os pontos fracos e fortes das respostas de cada grupo. Além disso, discutimos sobre outros fatores que poderiam ter influenciado no experimento, os quais não foram levados em consideração.

Nesse momento, também houve um diálogo com os educandos sobre o que a teoria prevê e o que foi verificado no experimento. Isto proporcionou aos alunos uma visão mais ampla de uma atividade experimental, porque foi verificado que os resultados das medidas e dos cálculos foram destoantes da teoria, demonstrando a existência das incertezas experimentais e a complexidade do mundo real.

Após esse diálogo, iniciamos a análise da mesma situação apresentada no experimento por um outro olhar, o da simulação computacional. Para isso, foi realizada uma exposição da simulação para todos os alunos; e, assim como no experimento, uma esfera percorreu um plano inclinado a partir de uma certa altura. Como saída, o programa forneceu uma tabela com os dados do tempo, posição e velocidade da esfera ao longo do trajeto - conforme Figura 03. Após os dados serem anotados pelos alunos, estes responderam às mesmas questões entregues na aula anterior com as novas informações.

Figura 03: Print da Simulação Computacional

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Por fim, aplicamos um questionário de avaliação das aulas e do comportamento dos alunos para saber a opinião dos mesmos a respeito da prática aplicada. Para a análise dos dados obtidos, realizamos uma comparação das duas atividades exploratórias e uma tabulação das respostas do questionário de avaliação, verificando os pontos que mais agradaram e desagradaram aos discentes.

## Análise e Discussão dos Dados

No primeiro dia da prática desenvolvida na escola estadual João Crisóstomo Beleza, os alunos ficaram muito interessados com a problematização feita e assistiram com atenção ao trecho do documentário. Com relação ao desenvolvimento do experimento, os alunos se mostraram bastante solícitos na execução da atividade; contudo os estudantes reclamaram dos resultados fracionados de alguns dados que foram coletados. Eles sentiram também uma grande dificuldade nos cálculos matemáticos, mesmo utilizando a calculadora. Diante destes problemas, buscamos sanar as dúvidas que apareceram no decorrer da aula, nos direcionando a cada grupo e dialogando com esses. Contudo, é importante ressaltar que para um único professor é bastante complicado atuar desta forma numa sala com muitos alunos.

Além disso, a atividade exploratória continha dez (10) perguntas investigativas; por exemplo, na primeira questão os alunos deveriam responder, baseados nos dados coletados, se a esfera percorreu distâncias iguais em intervalos de tempos iguais e por quê. Com isso, foi trabalhado com os alunos a observação, a análise, a investigação e a reflexão do exercício proposto.

Perante esta prática percebemos que a maioria dos alunos tiveram dificuldades na interpretação das questões. Isso, consequentemente, refletiu em suas respostas, pois foi observado um alto índice de respostas em branco. Também houve um grande desgaste dos alunos devido à grande quantidade de perguntas na atividade, sendo que até a quinta questão foi observado um elevado grau de concentração dos discentes, a qual não se manteve nas perguntas finais.

Na aula seguinte, foram apresentados aos alunos os pontos em que foram observadas as maiores dificuldades da atividade proposta, priorizando assim o aprendizado do aluno. Com este feedback, tínhamos a expectativa de que, ao retomar a atividade, os alunos conseguiriam responder a todas as dez questões, principalmente porque na simulação os dados foram todos baseados em resultados ideais, ou seja, eram números inteiros e fáceis de manipular. Porém, mesmo com a realização da simulação computacional e com o feedback, os alunos ainda tiveram dificuldades similares às anteriores.

Ao compararmos as duas atividades, percebemos uma pequena evolução de alguns grupos, pois eles souberam observar melhor a tabela que estava sendo analisada e responderam com mais coerência às perguntas da atividade 2. Contudo, 25% dos grupos se mantiveram no mesmo grau de evolução em relação à aula anterior; e 25% dos grupos regrediram, deixando as questões em branco ou com respostas incoerentes.

Por fim, foi aplicado um questionário para sabermos a opinião dos alunos em relação às aulas e às atividades. Perguntamos os pontos positivos e negativos das atividades desenvolvidas; pedimos que eles sugerissem melhorias para as próximas

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aulas. As respostas positivas mais predominantes foram no sentido de apontoa para a interação com a turma, para a boa explicação do conteúdo, o que resultou em um melhor entendimento. Já as críticas negativas foram em relação às conversas e à falta de tempo de para a atividade. Essas duas respostas refletiram nos pontos para que houvesse melhorias nas aulas posteriores, quando os estudantes pediram mais experimentos, mais interação e mais tempo para o experimento. Além disso, também foram realizadas duas avaliações, uma referente à aula e outra referente ao comportamento e participação da turma.

Figura 04: Avaliações dos discentes

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Conforme a Figura 04, a aula foi considerada satisfatória e a autoavaliação da turma também foi considerada adequada, mesmo com algumas críticas quanto à conversa paralela durante as atividades.

## Conclusão

O ensino de Física está sofrendo mudanças, contudo os professores ainda se sentem inseguros para realizar atividades que vão ao encontro dessas novas percepções. Com o presente trabalho, tentamos trazer uma proposta que nem sempre é utilizada em sala de aula, mas que possibilita bons resultados e desperta o interesse por parte dos alunos. Sendo coerentes com as orientações educacionais vigentes no momento, acreditamos assim proporcionar novos olhares para a temática desenvolvida, pois retratamos de forma descontraída, como o foi no caso do estudo do assunto queda livre. Além disso, foi construída uma réplica do experimento, tornando o assunto mais próximo dos alunos. O posterior uso da simulação computacional gerou novas discussões e debates na sala de aula, permitindo surgir novas visões e novas maneiras de aprender o tema.

Sendo assim, com a aplicação destas atividades, consideramos que é necessário um trabalho inicial mais cauteloso com os alunos em relação à interpretação de texto, às operações básicas de multiplicação e divisão, à resolução de uma equação do 1º grau e ao uso de calculadora. Acreditamos que uma possível maneira de minimizar esses problemas seria um projeto entre os professores de Física, Matemática e Língua Portuguesa.

Outro problema encontrado foi o elevado número de questões, sendo então necessário um cuidado maior na elaboração de atividades para os alunos, para que esta não se torne muito cansativa. Isto tem reflexo direto na formação docente dos bolsistas do PIBID, mostrando a importância desse projeto para os futuros profissionais da educação.

Em paralelo a isso, é importante que os professores incentivem os alunos com novas atividades, que os tornem ativos e interativos em sala de aula,

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principalmente por ter sido esse um dos pontos positivos que os discentes comentaram no questionário. Por fim, é importante também investir em práticas que os alunos possam observar, experimentar, analisar e refletir sobre a situação estudada, para que assim eles possam saber agir em situações corriqueiras do dia a dia. Com isso, seguindo uma das propostas do PCN+, estamos preparando o aluno, não para memorizar fórmulas e respostas prontas, mas para o crescimento e amadurecimento dele como um todo.

## Agradecimentos

Expressos os nossos sinceros agradecimentos à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo apoio financeiro e por nos proporcionar, juntamente com o Instituto Federal do Espírito Santo (IFES), a oportunidade de fazer parte desse programa e agregar mais experiências na nossa carreira profissional. Também agradecer a EEEFM João Crisóstomo Beleza por ceder o espaço escolar para a realização da pesquisa. Ainda ao Professor Marconi Frank Barros, aos nossos Mestres orientadores, Luiz Otávio Buffon e Marcelo Esteves, e aos demais integrantes do grupo que atuaram na escola.

## Referências

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&lt;http://www.planalto.gov.br/ccivil\_03/Leis/L9394.htm&gt;. Acesso em: 01 maio 2016.

GIORDAN, M. O Papel da Experimentação no Ensino de Ciências . Química Nova na Escola. Experimentação e ensino de Ciências, n. 10, nov. 1999, p. 43-49. Disponível em: &lt;http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc10/pesquisa.pdf&gt;. Acesso em: 23 mar. 2016.

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RODRIGUES, Rodrigo Ferreira; SANTOS, Josianne Catarina de Sousa dos;

TIMES, Kaleb dos Santos. Ensino e Aprendizagem de Física em Questão : estratégias e potencialidades pedagógicas. Revista Eletrônica Sala de Aula em Foco, v. 04, n. 01, pag. 58-67. 2015. Disponível em: &lt;http://ojs.ifes.edu.br/index.php/saladeaula/article/viewFile/286/334&gt;. Acesso em: 01 maio 2016.

SILVA, Beatriz Barboza da; FERREIRA, Fernando Cesar. O uso de simulações computacionais na formação continuada de professores de matemática que assumem aulas de física no ensino médio . Cad. Ed. Tec. Soc., v. 7, p. 338-354, 2014. Disponível em:

&lt;http://cadernosets.inhumas.ifg.edu.br/index.php/cadernosets/article/viewFile/210/1

19&gt;. Acesso em: 10 jan 2016.

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