POSSIBILIDADES DE SUPERAÇÃO NO ENSINO DE FÍSICA MEDIANTE A CONSTRUÇÃO DE FOGUETES EM XAPURI - ACRE

## POSSIBILIDADES DE SUPERAÇÃO NO ENSINO DE FÍSICA MEDIANTE A CONSTRUÇÃO DE FOGUETES EM XAPURI - ACRE

Fábio Soares Pereira , Carlos Cézar da Silva , Sérgio Luís Pereira Nunes , 1 2 3 Liciane Lima do Nascimento 4

1 Professor (Msc.) EBTT - Física/ Instituto Federal do Acre - IFAC, e-mail: fabio.pereira@ifac.edu.br

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Professor (Dr.) EBTT - Matemática/ Instituto Federal do Sul de Minas - IFSULDEMINAS, e-mail:

carlos.silva@ifsuldeminas.edu.br

## Resumo

O ensino de Física é fundamental para a formação cidadã. O conhecimento sobre os fenômenos da natureza, principalmente aqueles relacionados à Física, é fundamental para a compreensão do mundo em que os indivíduos são inseridos. A prática experimental tem ampla influência no contexto sócio-educacional e atua como ferramenta de suporte metodológico ao professor; além disso, a experimentação transforma os indivíduos em atores no processo de aprendizagem. No entanto, grandes desafios no ensino de Física experimental continuam permeando as escolas, a qualidade do ensino de Física, em particular no Acre, é precária. É necessário reverter o atual quadro do ensino de Física nas escolas e, para isso, a experimentação é uma ferramenta essencial. O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova abordagem metodológica para o ensino de Física, por meio da abordagem prática pela construção de foguetes, desenhando novas possibilidades para a reforma no currículo de Física. A partir da construção de foguetes por alunos do Curso Integrado em Biotecnologia no Campus IFAC - Xapuri, Acre, percebeu-se que a experimentação no ensino de Física é essencial para melhorias no ensino e na aprendizagem. As práticas experimentais revelaram a motivação, o interesse e a expressividade da temática e mostraram a relevância da pesquisa realizada.

Palavras-chave : Formação de Professores. Experimentação. Currículo de Física.

## Introdução

O ensino de Física no Brasil tem enfrentado sérias dificuldades na educação básica. A falta de planejamento e a articulação com o currículo são os principais fatores que necessitam ser repensados e aplicados corretamente nas ações didáticas. Em particular, na região norte os desafios são ainda maiores; a educação no Estado do Acre tem enfrentado constantes desafios, tais como: a falta de planejamento didático-metodológico pelos professores, ausência de motivação pelos alunos, estrutura curricular inapropriada para o ensino, distanciamento entre gestão escolar e professores, entre outros. Tais problemas ocasionam um descompasso no ensino de Física, principalmente nas escolas públicas do Estado do Acre.

- O aperfeiçoamento didático metodológico é um princípio fundamental para os avanços no ensino de Física. Os Parâmetros Curriculares Nacionais - PCNs, afirmam que é preciso rediscutir qual Física ensinar, para possibilitar uma melhor compreensão do mundo e uma formação cidadã mais adequada, por meio da experimentação, considerando o cotidiano do aluno, com a finalidade de proporcionar uma relação entre conhecimento e realidade (BRASIL, 1999).

Em decorrência da precária situação das escolas públicas no Brasil, o ensino de Física tem adotado caminhos distintos da proposta curricular. Na maioria das escolas, além de continuar com metodologias tradicionais, o ensino de Física enfrenta a ausência da motivação pelos alunos (GOMES; CASTILHO, 2010). Nesse cenário, inovações metodológicas nas abordagens do conteúdo curricular da Física têm apresentado bons resultados e garantido melhorias para o ensino e a aprendizagem. Um destaque para esses novos modelos é a crescente participação das escolas nas Olimpíadas de Astronomia e Mostra de Foguetes nos últimos anos.

Apesar dos inúmeros investimentos na área da experimentação e da formação de professores, em particular no Estado do Acre, os resultados apresentados atualmente não representam os recursos investidos. A educação nem sempre foi prioridade. A qualidade do ensino de Física no município de Xapuri Acre é precária e necessita de mudanças curriculares e metodológicas. As dificuldades ultrapassam o ambiente escolar, os índices de analfabetismo nas ciências da natureza estão claramente apresentados nos resultados alcançados no Exame Nacional do Ensino Médio (BRASIL, 2014a).

Outros fatores que interferem na qualidade do ensino é a falta de profissionais da área. Na maioria das escolas públicas de Xapuri, raramente um professor com formação na área de Física é encontrado nas escolas. Além disso, as escolas públicas não disponibilizam uma estrutura adequada para melhorar o ensino de Física. Os laboratórios das escolas estão abandonados, servindo de depósitos. A única escola de Xapuri que tem um laboratório de ciências nunca utilizou o espaço. Os equipamentos ainda continuam da mesma forma que quando chegaram, outros já se perderam. Os espaços de laboratórios não são observados como ambientes de aprendizagem, estão esquecidos pela administração pública e representam um ensino de péssima qualidade (PEREIRA, 2016).

Diversas abordagens práticas que aplicam a participação interdisciplinar para a construção de foguetes têm sido elaboradas com êxito. Uma experiência com a utilização de oficina realizada em 2012, envolvendo cinco turmas de ensino médio de uma escola pública brasileira, apresentou resultados eficientes para a interação entre professores e alunos e contribuiu para novas propostas pedagógicas (CALHEIRO; PALANDI, 2013).

Nogueira, Borges e Resende (2007) apresentam uma metodologia diferenciada para a construção de foguetes. Os autores conseguiram construir um modelo que aborda diferentes conhecimentos científicos e tecnológicos, com aplicações eficientes em engenharia. Os resultados contribuíram para a formação de todos os que se envolveram na atividade, dando aporte para novos grupos desenvolverem, futuramente, protótipos mais avançados.

Novas abordagens são relevantes para a melhoria no ensino de Física, no entanto as escolas têm o desafio de fazer com que os professores e alunos tenham vontade em desenvolver a ciência. Existem inúmeras propostas eficientes, desde a utilização de equipamentos de baixo custo, até os mais avançados equipamentos de laboratório, todavia é necessário que sua utilização seja ativa e constantemente avaliada.

Para Borges (2002), um olhar diferenciado para a construção da ciência proporciona grandes avanços para o ensino, não apenas de Física, além de inferir mudanças nos paradigmas instaurados ao longo dos anos em todas as áreas das ciências naturais. Uma experiência abordada com planejamento e inserida no

currículo proporciona melhorias consideráveis. A proposta do Plano Nacional de Educação (BRASIL, 2014b) é que os recursos metodológicos para o ensino de Física experimental devem ser melhor explorados e ampliados.

- O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova abordagem metodológica para o ensino de Física, por meio da abordagem prática, pela construção de foguetes por alunos do Curso Integrado em Biotecnologia do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Acre - IFAC/ Campus Xapuri, desenhando novas possibilidades para a reforma no currículo de Física.

## A Física experimental e a metodologia da construção de um foguete

A abordagem da experimentação é fundamental para o ensino de Física. A Física Geral é totalmente experimental. A partir da compreensão dessa importância, o uso do laboratório é essencial para o progresso de atividades práticas, além de ser um espaço integrante na formação do aluno. No entanto, é necessário que o professor tenha bem definido o que é laboratório. A temática da interdisciplinaridade é fundamental e deve ser abordada como um dos focos para solucionar o problema atual da falta de experimentação no ensino de Física nas escolas públicas. Essa barreira deve ser rompida, pois por meio de atividades integradas com professores é possível articular um planejamento curricular diferenciado para atender às necessidades dos alunos. A construção de foguetes tem apresentado bons resultados para integrar o campo teórico ao prático, além de influenciar na motivação para o aprendizado em Física (RODRIGUES et al, 2013).

A Lei de Diretrizes e Bases da Educação - LDB, estabelece e define a funcionalidade do sistema escolar, no entanto a sua relevância não está sendo efetivada na prática (BRASIL, 1996). A escola tem um papel essencial para o desenvolvimento das competências e habilidades dos alunos. Ela deve ser um local em que se busca o conhecimento e o laboratório é uma infraestrutura essencial para se produzir conhecimento científico de forma organizada. Dessa forma, a utilização desse espaço torna-se essencial para a aprendizagem significativa por meio da construção e elaboração de experiências.

- A importância do conhecimento sobre os fenômenos da natureza, principalmente aqueles relacionados à Física, é fundamental para a compreensão do mundo em que os indivíduos são inseridos. A prática experimental, por sua vez, tem grande apreciação no contexto sócio-educacional, pois funciona como ferramenta de apoio metodológico ao professor, ajudando na construção do saber de forma crítica, tornando os indivíduos atores no processo de aprendizagem e não simples expectadores. A partir dessa análise, buscou-se introduzir novas formas metodológicas para a aprendizagem de Física por meio da experimentação, utilizando conceitos formulados no cotidiano do aluno para a construção de um foguete.

Com base nas orientações de Souza (2007), a construção do experimento foi desenvolvida e as influências das atividades da XIX Olimpíada Brasileira de Astronomia em consonância com a X Mostra Brasileira de Foguetes, as quais foram essenciais para a motivação e participação dos alunos. A partir das orientações disponibilizadas pelo comitê organizador das olimpíadas para as escolas participantes, os alunos do Curso Técnico Integrado em Biotecnologia do Campus Xapuri - Acre - foram organizados em grupos de quatro educandos e instruídos a construir um foguete com as recomendações observadas. As orientações

repassadas pela organização da mostra foram discutidas com os discentes. Durante a construção do aparato, muitas dúvidas surgiam e a percepção sobre a temática era aprofundada em cada etapa.

Para a construção do foguete, foi necessário primeiramente que os alunos soubessem os princípios fundamentais da Física que seriam essenciais durante a construção do experimento e discussão dos resultados. Desta forma o componente teórico básico foi ministrado durante o curso. Durante o curso os alunos estudaram sobre o desenvolvimento histórico da tecnologia e os avanços na construção dos foguetes, sobre o funcionamento do foguete, destacando o processo de reação do combustível sólido ou líquido, e a ejeção através do resultado da queima do combustível em altíssima velocidade na direção oposta destacada pela 3ª Lei de Newton, conhecida como lei da ação e reação.

No início das atividades, os alunos foram orientados a procurar os materiais que poderiam ser utilizados na confecção do aparato. Para a construção do foguete foi necessário utilizar os seguintes materiais: duas garrafas PET de 2 litros em forma cilíndrica, tesoura, régua, pastas de arquivo, esparadrapo de algodão, cola para PVC, marcador permanente, barbante, chave de fenda e fita adesiva.

Com as duas garrafas de 2 litros, separou-se uma delas, e em seguida foi realizado um corte com aproximadamente 20 cm da sua boca. Utilizou-se um balão para colocar 50 gramas de água que foi preso junto a boca da garrafa cortada, afim de melhorar a estabilidade do foguete durante o voo. Também foram construídas as aletas, através do corte de pastas de arquivo, sendo que três ou mais aletas poderiam ser inseridas no foguete. Nos foguetes com três aletas, o ângulo ficou estabelecido com 120º de separação. Usou-se fita adesiva para colar as aletas em uma 'saia', obtida através do restante da garrafa em que se retirou a primeira parte do foguete (FIGURA 1). O recorte foi desenhado no formato cilíndrico com 12 cm de altura, e fixado com fita adesiva na extremidade do bico da outra garrafa não cortada; o foguete ficou pronto faltando apenas a personalização por cada grupo.

Figura 01: Processo de construção do foguete

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A base foi construída com canos de PVC marrons de 20 mm de diâmetro, sendo dois pedaços de 20 cm, um pedaço de 25 cm e dois pedaços de 10 cm de

comprimento. Os pedaços foram conectados, e a parte central inclinada em 45 graus em relação à base. O combustível utilizado para o lançamento foi o vinagre 4% e bicarbonato. Essas duas substâncias quando em contato geram instantaneamente um gás que pressuriza o foguete. A concentração das quantidades de vinagre e bicarbonato ficou a critério de cada grupo.

A metodologia adotada para a confecção do aparato possibilitou o estudo e a análise de diferentes formas de construção de foguetes. Os alunos conseguiram entender que durante o lançamento, o foguete sai violentamente da base lançando o combustível para trás e indo para frente num movimento parabólico, atingindo facilmente mais de 100 metros. Neste processo os discentes aprenderam além da Física, Matemática e Química, e perceberam que durante o lançamento do foguete, é necessário uma combinação ideal de volumes de vinagre, bicarbonato de sódio, ângulo de lançamento, tamanho das aletas, direção do vento, tamanho, peso, quantidade e posição das aletas, valor do contrapeso, temperatura da mistura e acabamento. Percebeu-se que durante a reação química ainda em processo dentro do foguete, a pressão interna aumenta. Esses conceitos por mais básicos que foram abordados, foram percebidos na prática pelos alunos.

## Resultados da prática experimental através da construção do foguete

Por meio da experiência com a construção dos foguetes, o contato com a Física estimulou e influenciou os alunos abrindo um olhar diferenciado para a área das Ciências da Natureza, passando a observar, no cotidiano, ações que estavam inteiramente ligadas à Física. Os alunos passaram a refletir sobre os conteúdos abordados e como eles estavam relacionados com sua vida social. Vários conceitos que os alunos defendiam como verdade foram revisados e reestabelecidos a partir de uma análise crítica, tudo isso foi observado em sala de aula.

Os resultados obtidos com a construção do foguete foram essenciais para a formação e construção do conhecimento científico. Por meio da experiência com a montagem do foguete, colocou-se em prática a Física experimental, além dos conceitos básicos da Física, a noção de sustentabilidade também ganhou espaço na aprendizagem. A reutilização de materiais descartáveis aliada à prática experimental promoveu a construção de um novo olhar sobre o laboratório de Física por parte dos alunos, isso mostrou que o Laboratório não é apenas um lugar de reprodução, mas um ambiente que promove a interdisciplinaridade.

Alguns conceitos da Física que faziam parte do cotidiano dos alunos passaram a ser válidos em seu mundo prático. A segunda lei de Newton, que a grande maioria dos alunos estuda, mas não consegue relacionar com seu dia a dia, realmente ficou esclarecida. Os discentes passaram a entender como realmente a força atua sobre um sistema, por meio da análise da resultante de forças que atuam em um foguete. As noções de empuxo e peso foram esclarecidas com o manuseio do experimento. Os conceitos de centro de massa e centro de gravidade foram determinados a partir da análise construtiva. Os alunos buscaram se aprofundar sobre o funcionamento de um foguete e, a partir da pesquisa, melhoraram ainda mais os estudos, começaram a analisar alguns modelos necessários para um voo mais estável do foguete, além de aprofundar o aprendizado para o momento do lançamento, aplicando conhecimentos de cinemática.

Essa experiência possibilitou a aplicabilidade de assuntos comuns no ensino médio como segunda e terceira leis de Newton, conceitos de momento linear e

velocidade relativa, movimento de um fluido perfeito, utilizando a equação de Bernoulli, e a equação de continuidade e expansão adiabática de um gás ideal, mostrando a capacidade que podemos alcançar com a metodologia (SOUZA, 2007).

A pesquisa alcançou os resultados esperados da mesma forma que Barbosa et al (2013), mostrando que o aprendizado se tornou ainda mais eficiente a partir do momento que se trabalharam conceitos de forma interdisciplinar. No experimento, o combustível do foguete foi constituído de vinagre e bicarbonato de sódio, então os alunos estudaram sobre reação química, concentração e densidade. Esses estudos foram fundamentais para a aprendizagem. A interdisciplinaridade foi um passo natural na experimentação, e os resultados da construção do foguete se tornaram ainda mais eficientes.

À medida que os discentes construíam o foguete, tomavam conhecimento dos cuidados na escolha dos materiais para a fabricação; eles verificaram que a composição dos materiais poderia interferir na distância que o foguete fosse percorrer, levando em consideração a aceleração inicial do foguete. Então verificaram que, com materiais mais leves, essa aceleração inicial seria maior e o foguete teria um alcance maior. A exposição dos experimentos e a realização das atividades de lançamento dos foguetes foram realizadas no aeródromo do município de Xapuri, durante o mês de maio de 2016 (FIGURA 2), e envolveu a comunidade, docentes, alunos e todo corpo gestor do IFAC/Campus Xapuri.

Figura 02: Lançamento dos foguetes,170 alunos participaram da atividade

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Apesar de os primeiros contatos com a Física da maioria dos alunos ser apenas no primeiro ano do ensino médio, a atividade despertou um interesse pela Física e os alunos passaram a refletir, ainda que em um primeiro contato, sobre como os procedimentos poderiam ser aplicados no trabalho e em outras atividades. A possibilidade de enxergar um horizonte curioso, a partir da experimentação, acabou desenvolvendo estímulos e se tornou fundamental para a formação dos discentes.

Verificou-se que a importância do uso de atividades experimentais como estratégia de ensino da Física é uma das maneiras mais eficientes de minimizar as dificuldades para a compreensão de fenômenos e resoluções de problemas. Da mesma forma que Rodrigues e outros (2013) também observaram, os conceitos

aplicados no projeto foram proveitosos e as melhorias na aprendizagem foram significativas.

Os resultados demonstram que é necessário olhar para o ensino de Física de modo significativo e consistente, ou seja, de forma construtivista. A importância da experimentação é fundamental para as atividades práticas de Física e torna o ensino experimental essencial para a aprendizagem, o qual funciona como uma ferramenta de apoio ao professor, ajuda na construção da realidade científica e mostra que no laboratório é possível tornar essa construção viável.

## Conclusões

Apesar do pouco estímulo dado à experimentação em Física no Acre, percebe-se, a partir da experiência com a construção de um simples foguete, que há um ambiente essencial para despertar o interesse do aluno pelas ciências da natureza e, assim, tornar a Física experimental um elemento fundamental para a influência na formação do educando. A prática estimula a prática e assim ocorre em todas as áreas em que a experimentação é inserida. Por conseguinte, ela poderá ser uma ferramenta de extrema eficiência para a aprendizagem. O estímulo deve partir tanto do aluno como do professor. Nesse sentido, é necessário que exista um espaço disponível para abordagens práticas, isto é, o laboratório torna-se essencial.

A socialização é fundamental para a aprendizagem da Física. Estabelecer uma estrutura no laboratório que esteja aliada ao currículo é fundamental para melhorar o ensino de Física experimental. Sabendo-se que por meio do diálogo e da interação entre o professor e o aluno no laboratório de Física o ensino se torna mais abrangente e acessível, a Física passa a ser observada de uma outra forma, no entanto é necessário planejar as atividades para obter sucesso. Isso possibilita transformar o ensino de Física, tornando-o um elemento fundamental para a formação do cidadão, além de ampliar a universalização do ensino de Física.

## Referências

BARBOSA, J.O. et al. Foguete de garrafa PET. JORNADA DE PESQUISA E EXTENSÃO, 1., 2013, Cuiabá - MT. Anais... Cuiabá: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Mato Grosso, 2013. Disponível em: &lt;http://jornada.cba.ifmt.edu.br/jornada/index.php/jornada2013/jornada2013/paper/vie wFile/66/37&gt;. Acesso em: 3 out. 2016.

BORGES, A. T. Novos rumos para o laboratório escolar de Ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 19, n. 3, p. 291-313, 2002.

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GOMES, J.C.; CASTILHO, W. S. Uma visão de como a Física é ensinada na escola brasileira, e a experimentação como estratégia para mudar essa realidade. JORNADA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E EXTENSÃO DO IFTO, 1., 2010, Palmas. Anais... Palmas: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Tocantins, 2010. p.87-90. Disponível em: &lt;http://www.ifto.edu.br/jornadacientifica/wpcontent/uploads/2011/06/JICE-2011-anais-eletr%C3%B4nicos.pdf&gt;. Acesso em: 15 set. 2016.

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