O UNIVERSO NUMA GOTA D’ÁGUA: UMA PROPOSTA INTERDISCIPLINAR ATRAVÉS DE ATIVIDADES INVESTIGATIVAS

## O UNIVERSO NUMA GOTA D'ÁGUA: UMA PROPOSTA INTERDISCIPLINAR ATRAVÉS DE ATIVIDADES INVESTIGATIVAS

## Diego Figueiredo Rodrigues 1 , Deise Miranda Vianna 2 , Vitor Cossich de Holanda Sales 3 , Rodrigo de Souza Martins 4

1 UFRJ/Instituto de Física, diegofr93@gmail.com

- 2 UFRJ/Instituto de Física, deisemv@if.ufrj.br
- 3 Colégio Pedro II/Campus São Cristóvão III, vcossich@yahoo.com
- 4 Colégio Pedro II/Campus São Cristóvão III, rsmartins86@gmail.com

## Resumo

Este trabalho apresenta uma proposta didática interdisciplinar para o Ensino Médio envolvendo Física e Biologia para o estudo do Movimento Browniano através de uma análise macroscópica e microscópica de uma gota d'água. O roteiro deste trabalho, dado aos alunos separados por grupos, foi dividido em três atividades, cada uma contendo de duas a quatro questões. O trabalho foi aplicado em um laboratório de um colégio público da rede federal de ensino do Rio de Janeiro, no horário regular de aula. A metodologia de desenvolvimento desta atividade é feita a partir de atividades investigativas, onde os alunos receberam desde equipamentos simples, como laser, lentes e seringas, até mais sofisticados, como o microscópio, onde puderam manusear livremente os equipamentos, argumentando e analisando as perguntas propostas. Os monitores, juntos com o professor da turma e o coordenador da atividade, auxiliaram e ajudaram os alunos durante toda a atividade, porém foi pedido para que priorizassem a discussão do grupo. Coletamos alguns dados com análises, após a aplicação e a correção do material. Mostramos que esta proposta desenvolvida tende a priorizar a argumentação e facilitar o aprendizado dos alunos, fazendo com que compreendam o significado do que estão estudando e que construam, mesmo sem saber, um método científico para a resolução de um problema.

Palavras-chave : Ensino de Física, Interdisciplinaridade, Movimento Browniano, Atividades Investigativas, CTS.

## Introdução

Muitas pessoas acham uma gota d'água relativamente pequena quando comparada com outros objetos que utilizamos no nosso cotidiano. Mas se fizermos um estudo microscópico desta gota? A resposta mais provável é que encontraremos alguns microrganismos se movimentando. Mas se pudéssemos fazer uma análise um pouco mais detalhada? Será que existe alguma ordem ou fator que influencie na movimentação destas partículas? Podemos estender este tipo de movimentação para outros corpos?

Através deste trabalho será mostrado o estudo de uma gota d'água a partir de um fenômeno que pode ser abordado em qualquer disciplina das Ciências da Natureza: o Movimento Browniano. Para isso, foi feita uma atividade interdisciplinar (com foco em Física e Biologia) e investigativa com enfoque CTS (Ciência Tecnologia - Sociedade) para estudar tal fenômeno.

O roteiro da atividade foi produzido no âmbito do subprojeto PIBID/UFRJFísica (SOUSA, VIANNA E MOREIRA, 2013).

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A atividade foi aplicada em horário regular em uma turma do primeiro ano do ensino médio, nos dois últimos tempos da tarde, no laboratório de Biologia do colégio. Toda discussão dos alunos foi gravada e analisada com a devida autorização deles ou dos responsáveis, caso menores de 18 anos. Os alunos que participaram da transcrição do áudio tiveram seus nomes alterados por preservação da identidade. A análise das respostas foi feita a partir dos indicadores de alfabetização científica, de Sasseron e Carvalho (2008).

Além do Movimento Browniano, o roteiro abordou também os conceitos de lentes (Física) e difusão (Biologia). Esse último os alunos já tinham visto meses antes da aplicação desta atividade. O conceito de utilização das lentes ainda não havia sido trabalhado, embora o de refração já tivesse sido abordado detalhadamente.

Este conjunto de atividades presente no roteiro permitiu que os alunos construíssem um conhecimento científico relevante, em relação aos fenômenos e às situações abordadas no roteiro, que foram retomados e explicados novamente pelo professor supervisor nas aulas teóricas subsequentes. Porém com esta abordagem experimental os estudantes puderam adquirir noções e entendimentos pertinentes, possibilitando, assim, a aprendizagem, como poderá ser visto na discussão dos resultados.

## Os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCN+)

O PCN+ (BRASIL, 2002) serve de estímulo e apoio para o desenvolvimento do currículo das escolas, bem como para a atualização profissional dos professores. Logo, é importante que seja abordado neste trabalho, sobretudo por dar suporte para uma atividade interdisciplinar, como será dito a seguir.

O PCN+ (BRASIL, 2002) aponta que uma atividade de cunho interdisciplinar e com contexto articula o trabalho das disciplinas e promove as competências gerais desejadas no currículo. Para isso, é necessário que se examine o objeto a ser descrito de forma disciplinar no contexto real, ou seja, aplicá-lo na realidade social do estudante.

## A Base Nacional Comum Curricular (BNCC)

A Base Nacional Comum Curricular (BRASIL, 2017), proposta pelo Ministério da Educação (MEC), reconhece a educação como parte da formação e desenvolvimento do ser humano. Com isso, a BNCC (BRASIL, 2017) assegura a aprendizagem para cada etapa da educação básica, elaborando proposições a serem seguidas de acordo com a realidade local. Uma destas é a proposta de ensino através de um conteúdo interdisciplinar, como propõe a partir de um processo de envolvimento e participação das famílias e da comunidade no ensino.

'Decidir sobre formas de organização interdisciplinar dos componentes curriculares e fortalecer a competência pedagógica das equipes escolares para adotar estratégias mais dinâmicas, interativas e colaborativas em relação à gestão do ensino e da aprendizagem.' (BRASIL, 2017, p. 16).

## Relações CTS

Aprender um conteúdo que pode ser aplicado no cotidiano do aluno serve como incentivo para o estudo. A proposta CTS integra a ciência dentro da sociedade

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e da realidade da escola, facilitando o processo de ensino e aprendizagem, como mostrado por Santos (2007).

Santos (2007), em seu trabalho, fala sobre a necessidade do estudo crítico sobre as relações CTS a partir do agravamento dos problemas ambientais e de discussões sobre a natureza. O objetivo central do ensino CTS na educação básica é promover a alfabetização científica, capacitando o aluno a tomar decisões abordando ciência e tecnologia no seu cotidiano.

Assim, segundo o autor, a proposta CTS pode ser vista como uma integração das educações científica, tecnológica e social, onde estes estão somados com os aspectos históricos, éticos, políticos e socioeconômicos do aluno.

## Interdisciplinaridade na área de Ciências da Natureza

Para discutirmos o conceito de interdisciplinaridade, tomamos como exemplo o trabalho de Augusto et al. (2004), que teve como objetivo investigar como professores da área de Ciências da Natureza trabalhariam a interdisciplinaridade a partir do tema Efeito Estufa. Para tal, inicialmente, foi feita uma coleta de informações entre 28 professores sobre concepções prévias a respeito da interdisciplinaridade e as possibilidades de aplicação desta através de perguntas como:

- 1) O que significa para você o conceito de interdisciplinaridade?;
- 2) Você normalmente ensina os conceitos relativos ao Efeito Estufa? De que forma?;
- 3) Acha que é possível trabalhar um conceito como, por exemplo, o efeito estufa, de forma interdisciplinar entre professores de ensino Médio? Como?;
- 4) Na disciplina que você leciona, quais os conteúdos que você acha que estão relacionados com o tema Efeito Estufa?
- (AUGUSTO et al., 2004, p. 283)

Augusto et al. (2004) optaram por analisar somente as questões 1 e 3 em seu artigo.

Nas respostas da questão 1, os autores falam muito sobre a necessidade de envolvimento de diferentes disciplinas e também sobre um tema que fosse amplo, de forma a ser trabalhado em várias disciplinas. Descrevem também sobre uma articulação entre diferentes áreas do conhecimento, ou seja, não se restringindo somente à área da educação. Contudo, também houve professores que demonstraram carência em relação ao conhecimento, dando respostas que não se referiam às perguntas.

Na questão 3, todos os professores responderam à primeira pergunta de maneira afirmativa. Entretanto, o que foi respondido na segunda pergunta mostrou que muitos não sabiam a diferença entre trabalho interdisciplinar e multidisciplinar 1 . Também houve respostas superficiais, sem citar metodologias claras, impossibilitando o trabalho interdisciplinar por não haver propostas concretas. Outros professores optaram por não responder à pergunta, mas falar sobre as dificuldades de se trabalhar a interdisciplinaridade, como o tempo.

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## Water-Drop Projector

Para o estudo das lentes, fizemos a construção de um microscópio caseiro, também chamado de Water-Drop Projector, como proposto por Planinsic (2001), que fez uma demonstração experimental nas aulas de Física a fim de observar microrganismos em uma gota d'água. Para isso, o autor utilizou uma seringa, um laser, fita adesiva e um apoio feito de Lego. A partir da incidência do laser na gota d'água, que estava na iminência de cair da seringa, foi possível observar sombras de partículas microscópicas em um anteparo graças à ampliação da imagem.

## Descrição da atividade

Tomando por base as considerações já descritas acima, construímos nossa proposta didática.

No início do roteiro didático da atividade foi elaborada uma pequena introdução ao tema, permitindo que os alunos se familiarizassem com ele. Para tal, foram feitas algumas perguntas com o objetivo de fazê-los refletir sobre a noção de espaço, ou seja, o que pode ser considerado grande e o que pode ser considerado pequeno, e o questionamento de quão simples ou complexa pode ser uma gota d'água. O roteiro foi dividido em 3 atividades. A primeira possui 2 questões (1 e 2), a segunda, 3 questões (3, 4, e 5) e a terceira, 4 questões (6, 7, 8 e 9).

Na primeira atividade, foi entregue ao grupo de alunos o kit 1, como na Figura 1: uma montagem feita com papel paraná para que a seringa ficasse na vertical (sem que um aluno precise ficar segurando) e um laser. O objetivo desta atividade é que o grupo faça o Water-Drop Projector (PLANINSIC, 2001).

Figura 1: Montagem com papel Paraná, seringa e laser . Fonte: acervo pessoal

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Na primeira questão pergunta-se aos alunos os possíveis motivos para a gota d'água cair quando um integrante do grupo aperta o êmbolo da seringa até que a gota esteja na iminência de cair. Essa pergunta é feita para que o grupo observe e estude todos os fenômenos físicos envolvidos nesta atividade, e não apenas os fenômenos microscópicos.

Na questão 2 é pedido, finalmente, que o grupo incida o laser na gota d'água, de forma que também atinja um obstáculo, podendo ser uma folha de papel ou até mesmo a parede, conforme a Figura 2. Com isso, o grupo pôde observar partículas, até então desconhecidas, que estão dentro da gota, de forma ampliada. Foi pedido que eles descrevessem o que foi visto e também que observassem o que ocorria quando se variava a distância entre a gota e o anteparo.

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Figura 2: Incidência do laser na gota d'água . Fonte: acervo pessoal

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A atividade 2 está centrada no estudo das lentes. Na terceira questão é perguntado ao grupo o que eles conhecem no cotidiano que possa provocar o aumento ou a diminuição da imagem de certos objetos. Sabemos que aqui os alunos poderiam colocar algo relacionado a espelhos, mas, durante a atividade, os alunos foram orientados a pensarem sobre lentes.

Na questão 4 foi entregue o kit 2: dois lasers e duas lentes: uma convergente e uma divergente (Figuras 3 e 4). Foi pedido que o grupo estudasse como o raio de luz se comporta ao passar por cada tipo de lente. Como orientação para melhor observação, foi dito que eles poderiam variar o ângulo de incidência. Após observarem, deveriam fazer um esboço de cada lente.

Figura 3: Lentes

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. Fonte: acervo pessoal Figura 4: Laser . Fonte: acervo pessoal

A questão 5 unifica o que foi feito até o momento. A partir da construção do microscópio caseiro da atividade 1 e do estudo das lentes na atividade 2, é pedido que os alunos criem uma hipótese de como é feita a ampliação da imagem e o que acontece com os raios de luz ao passarem pela gota d'água. Como orientação, foi dito que eles poderiam olhar através das lentes para observar como se comporta a imagem de certos objetos. Vale lembrar que, até o momento, os alunos ainda não haviam estudado lentes esféricas, apenas refração.

A atividade 3, última do roteiro, junta o conhecimento adquirido até então com o movimento browniano. A partir do artigo de Silva e Lima (2007), que foi adaptado e inserido no roteiro, foram feitas algumas perguntas.

A questão 6, colocada ainda no início do texto, pede para que o grupo discuta e escreva quais motivos poderiam influenciar no aumento ou diminuição do movimento browniano de certas partículas. Além disso, foi pedida a explicação de cada fator.

A questão 7, quase no final do texto, aborda a primeira questão referente à Biologia, onde os conceitos de difusão simples e facilitada foram recordados. Foi pedido que eles criassem uma hipótese para explicar, a partir do Movimento Browniano, o fato de não se gastar energia durante estes processos de difusão.

Para a questão 8 se faz necessário um microscópio, para que o grupo pudesse observar, finalmente, as partículas vistas na gota d'água, da atividade 1. Para isso, se usou parte da mesma amostra de água. Com isso, eles puderam

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observar (Figura 5) que as partículas em movimento são, principalmente, esporos de fungos e algumas algas. É perguntado o porquê de tais partículas não estarem se movimentando no microscópio, se a amostra era da mesma água observada na atividade 1, onde havia movimentação.

Figura 5: Alunos usando o microscópio. Fonte: acervo pessoal

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Por fim, na questão 9 usa-se o kit 3: uma caixa de papelão com bolinhas de gude espalhadas. Enquanto um integrante do grupo gera um movimento circular na caixa, fazendo com que as bolinhas se movimentem aleatoriamente, colidindo umas com as outras, outro integrante filma com um celular tal movimento. Após isso, é pedido para que o grupo escolha 1 bolinha de gude e trace a trajetória dela durante a filmagem. A partir da trajetória, os alunos devem discutir e escrever qual é a relação entre essa última questão e o texto lido.

## Discussão dos resultados

A partir de uma atividade interdisciplinar, os alunos puderam estudar diferentes conceitos, tanto da Física quanto da Biologia, em dois tempos de aula, enriquecendo seus conhecimentos acerca dos temas propostos e aprendendo novos conteúdos, além de enriquecer a integração entre as Ciências e utilizar um laboratório para a prática experimental.

Com base na vontade dos alunos em resolver os problemas, podemos concluir que a atividade foi realizada com sucesso. A bagagem científica adquirida durante a atividade experimental foi bastante relevante para todos os alunos e também para nós, professores. Lidar com atividades investigativas envolve perguntas e situações inéditas para o professor. Logo, precisamos estar prontos para aplicá-las.

Os comentários dos alunos após a atividade também foram bastante positivos, mostrando que uma atividade que os tire de dentro da sala, de uma aula tradicional, sempre pode ser bem vinda. Com o excesso de informação que eles recebem hoje em dia em tão pouco tempo, graças à tecnologia, aulas apenas com o quadro negro podem acabar se tornando monótonas. Precisamos gerar a curiosidade no estudante e aplicá-la em seu cotidiano.

## Conclusões

Conseguir fazer com que os alunos pensem, discutam, criem hipóteses, testem e discutam novamente sobre o resultado, ou seja, fazer com que eles construam um modelo científico, é extremamente prazeroso para um professor. Isso mostra que a ciência deve ser construída dentro de sala de aula. Isso tira o papel do

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professor de um simples transmissor de conteúdo, fazendo com que esse seja um guia do conhecimento.

- A Física, para muitos alunos, ainda é vista como uma Ciência desinteressante e irrelevante. Precisamos mudar esta perspectiva mostrando que a Física é importante e essencial para nós. A abordagem CTS nos proporciona levar o ensino de Ciências para a vida e o cotidiano do aluno. A atividade investigativa faz o aluno potencializar o seu pensamento crítico, aplicando o que ele aprende dentro de sala de aula no seu cotidiano.

## Referências

AUGUSTO, T.G.S.; CALDEIRA, A.M.A.; CALUZI, J.J.; NARDI, R. Interdisciplinaridade: concepções de professores da área Ciências da Natureza em formação em serviço. Ciência &amp; Educação: SciELO, v. 10, n. 2, p. 277-289, 2004.

BRASIL. Base Nacional Comum Curricular. Secretaria de Educação Básica: Ministério da Educação, 2017.

BRASIL. Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Secretaria de Educação Básica: Ministério da Educação, 2002.

PLANINSIC, G. Water-drop projector. The Physics Teacher: Scitation, v. 39, n. 2, p. 18-21, Fevereiro, 2001.

SANTOS, W.L.P. Contextualização no ensino de Ciências por meio de temas CTS em uma perspectiva crítica. Ciência &amp; Ensino: v. 1, n. especial, Novembro, 2007.

SASSERON, L.H.; CARVALHO, A.M.P. Almejando a alfabetização científica no ensino fundamental: a proposição e a procura de indicadores do processo. Investigações em Ensino de Ciências: v. 13, n. 3, p. 333-352, Dezembro, 2008.

SILVA, J.M.; LIMA, J.A.S. Quatro abordagens para o Movimento Browniano. Revista Brasileira de Ensino de Física: editora, v. 29, n. 1, p. 25-35, 2007.

SOUSA, J.J.F.; VIANNA, D.M.; MOREIRA, L. O Subprojeto Física do PIBID/UFRJ: A Atuação em Sala de Aula. In: XX Simpósio Nacional de Ensino de Física, 2013. Anais... São Paulo, 2013.

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