O USO DO EXPERIMENTO PÊNDULO SIMPLES E SISTEMA MASSA-MOLA: UMA ESTRATÉGIA METODOLÓGICA COM BASE NA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA

## O USO DO EXPERIMENTO PÊNDULO SIMPLES E SISTEMA MASSAMOLA: UMA ESTRATÉGIA METODOLÓGICA COM BASE NA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA

Amanda Conrado Lima 1 , Gilson Mauriz Gomes , Marco Aurélio Clemente 2 Gonçalves 3 , Tatiane Rodrigues de Moura Mauriz , Mariele Regina Pinheiro 4 Gonçalves 5

1 Universidade Federal do Vale do São Francisco/ Aluna do Mestrado Profissional em Ensino de Física, amanda.conrad@hotmail.com

- 2 Instituto Federal do Piauí/ Aluno do Mestrado Profissional em Ensino de Física na Universidade Federal do Vale do São Francisco, gmauriz@gmail.com

3 Universidade Federal do Vale do São Francisco/ marco.goncalves@univasf.edu.br

4 Instituto Federal do Piauí/ tatianermoura@hotmail.com

5 Universidade Federal do Vale do São Francisco/ Mestrado Profissional em Ensino de Física, mariele.pinheiro@univasf.edu.br

## Resumo

Este artigo apresenta uma proposta didática, uma atividade orientadora de ensino que tem como objetivo investigar o uso do experimento pêndulo simples como uma estratégia metodológica para alcançar a aprendizagem significativa no estudo do movimento harmônico simples na disciplina de física. O público alvo são alunos do segundo ano do ensino médio do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Piauí - IFPI, Campus Picos. A metodologia utilizada na pesquisa é aplicada, descritiva, foram produzidos dados a partir de questionários e mapas conceituais. Os resultados foram analisados quantiqualitativamente. A partir da análise dos questionários, constatou-se que a prática experimental promoveu aos discentes uma compreensão melhor dos conceitos físicos de tal forma que os alunos revelaram que a partir dessa atividade eles se sentiram mais capazes de reproduzir os conhecimentos adquiridos na aula. Enquanto que ao analisar os resultados advindos do desempenho dos alunos durante a execução dessa proposta pedagógica, percebeu-se um avanço significativo na elaboração dos mapas conceituais quanto à aprendizagem. Assim, conclui-se que a prática experimental colaborou proporcionando um ambiente satisfatório para a aprendizagem significativa.

Palavras-chave : Aprendizagem significativa. Movimento Harmônico Simples. Ensino de física.

## Introdução

- O ensino, na educação básica brasileira, vem sendo ministrado de forma mecanizada no qual o discente é predominantemente instigado a memorizar conceitos e fórmulas. Assim, na medida em que o ensino não promove a contextualização, acaba propiciando o baixo desempenho escolar e produzindo altos índices de evasão.

Dados divulgados pelo Censo Escolar através do portal do Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira (INEP), com base nos dados de 2014 e 2015 o ensino médio teve um índice de evasão de 12,9% para alunos

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matriculados no primeiro ano do ensino médio e de 12,7% para aqueles do segundo ano. Esses índices variaram de acordo com a região, no Mato Grosso, por exemplo, esses índices chegaram a 16%.

As políticas diferenciadas de avaliação para ingresso nas universidades públicas pouco têm influenciado a prática docente em sala de aula, o que vem prevalecendo são aulas expositivas e provas tradicionais como métodos avaliativo da aprendizagem. Diante deste cenário, propôs-se realizar uma atividade orientadora de ensino buscando alcançar a aprendizagem significativa através de uma aula expositiva seguida por uma aula experimental. Para essa atividade, buscou-se promover a interação dos alunos com o experimento a fim de despertar a curiosidade e a construção do saber através do conhecimento prévio dos discentes.

A aprendizagem tem sido objeto em diversas pesquisas, onde a busca em entender os fatores que interferem na cognição humana tem sido defendida através de visões distintas da psicologia, assim:

A aprendizagem somente ocorre se quatro condições básicas forem atendidas: a motivação, o interesse, a habilidade de compartilhar experiências e a habilidade de interagir com os diferentes contextos. Essas condições, uma vez atendidas, somadas ao funcionamento dos processos gerais, tornam possível o ato de aprender de forma significativa. (SANTOS, 2013, p. 33).

Entende-se que uma aprendizagem significativa é alcançada quando o ensino ocorre a partir da construção de saberes, ou seja, com base nos conhecimentos preexistentes. Para Moreira (2012), na aprendizagem significativa as ideias devem ser expressas simbolicamente interagindo de maneira substantiva e não arbitrária apoiando-se no que o aprendiz já sabe.

Ainda segundo Moreira (2012), o novo conhecimento deve interagir de forma literal, isto é, flexível e não arbitrária significa que essa interação não deverá ocorrer com qualquer conhecimento prévio, mas sim com uma informação específica e relevante preexistente na estrutura cognitiva do aprendiz. Diante disso:

Para a ocorrência da aprendizagem significativa, portanto, é essencial determinar o que o aluno já sabe, para, posteriormente, introduzir conceitos novos, em conformidade com a bagagem advinda de seu dia a dia, em consonância com seus conhecimentos prévios. (SOUZA & BORUCHOVITCH, 2010, p. 196).

Segundo Souza e Boruchovitch (2010), na busca pela aprendizagem significativa, o mapa conceitual pode ser um meio para alcançar essa finalidade podendo este ser considerado, dentre outras possibilidades, como uma ferramenta avaliativa ou estratégia de ensino no qual deve sempre ser utilizado com uma proposta teórica clara com objetivos previamente estabelecidos. Ao construir um mapa conceitual, através de uma estratégia metodológica:

[...]pode-se elencar-se inicialmente dois conceitos principais inseridos em determinado assunto, e então uni-los graficamente por meio de uma palavra ou de uma frase de ligação, que expresse, explicitamente, essa relação atribuída. Esse procedimento é aparentemente simples, mas somente é possível de ser desempenhado pelo sujeito que efetivamente compreende a relação cabível entre esses conceitos, e assim é capaz de expressá-la (SILVA; CARVALHO & MOURA, 2016, p. 474).

Assim, quando um discente constrói um mapa conceitual ele reproduz os conhecimentos que foram adquiridos de forma hierárquica e pessoal. Dessa forma,

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de posse de mapas conceituais construídos pelos alunos, pode-se investigar se houve aprendizagem e como está disposta a estrutura cognitiva do estudante.

O mapa conceitual é uma ferramenta que segundo Moreira (2010), pode ser aplicado em uma diversidade de situações, e para variados fins, como: ferramenta para análise do currículo, técnica didática, recurso de aprendizagem e meio de avaliação. Considerando o mapa como ferramenta avaliativa, ainda de acordo com Moreira (2010), não existe mapa certo, nem errado, pois é algo em construção, porém deve-se ter cuidado a fim de não cair no relativismo de 'tudo vale', sendo que certos mapas não representam aprendizagem e podem ser analisados como falta de compreensão.

A avaliação de mapas conceituais é estritamente qualitativa, conforme Moreira (2010), não pode ser avaliado como testes tradicionais de múltipla escolha, geralmente a explicação oral do aluno facilita o professor nesta análise. Também pode ser dada uma realimentação para que refaça os mapas sempre que necessário, mesmo sendo um instrumento de avaliação qualitativa, não impede de fazer uma avaliação quantitativa, para isso atribui-se critérios mínimos em relação aos conceitos-chave para chegar a certa pontuação. Ainda na visão de Moreira os mapas conceituais:

[...] tem se mostrado úteis na facilitação da aprendizagem significativa, mas se mal utilizados podem também levar à aprendizagem mecânica: os alunos podem decorar mapas conceituais supostamente 'certos' (MOREIRA, 2010, p.77).

Esse trabalho tem por objetivo comprovar que aulas promovidas através de uma atividade orientadora de ensino por meio da utilização de um experimento devem proporcionar um ambiente satisfatório para a aprendizagem significativa. Para tanto, a atividade experimental escolhida foi com base no Movimento Harmônico Simples (MHS) onde os objetivos foram: reconhecer um MHS a partir da oscilação de um pêndulo simples, obter a expressão senoidal x(t) e medir a aceleração da gravidade, através das informações obtidas com o experimento.

Para tanto, essa pesquisa teve como público alvo alunos do segundo ano do ensino médio de uma escola pública federal. Os dados foram coletados a partir de questionário e mapa conceitual.

## Metodologia

O público alvo dessa pesquisa é composto 24 alunos do segundo ano do ensino médio integrado ao curso técnico em informática do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Piauí - IFPI, Campus Picos.

Os resultados foram obtidos através de uma análise dos mapas conceituais produzidos pelas equipes de discentes e avaliação das respostas obtidas a partir de um questionário objetivo. O questionário utilizado foi composto por quatro (4) questões, onde cada questão era representada por uma afirmação na qual a equipe deveria discutir entre e escolher um número de 1 a 5.

As equipes foram orientadas a escolher uma alternativa de acordo com sua opinião em relação à afirmação do questionário. Essa escolha foi feita com base no Quadro 1, onde os números representam as respostas organizadas em um grau crescente de satisfação: a opção 1 corresponde à opinião discordo plenamente e a número 5 concordo plenamente.

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Quadro 1: Quadro utilizado para coleta de dados do questionário

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Fonte: Elaborado pelos autores

## Plano de coleta de dados

Inicialmente foi ministrada uma aula expositiva sobre movimento harmônico simples, ao término da exposição do conteúdo foi sugerido aos alunos que se organizassem em grupos. As equipes foram formadas e intituladas com o nome de cientistas famosos como: Isaac Newton, Galileu Galilei, Albert Einstein e Nikola Tesla. Logo após, foi feita uma avaliação diagnóstica na qual cada equipe foi orientada a construir um mapa conceitual a respeito dos conhecimentos adquiridos durante a aula expositiva.

Posteriormente, foi realizada uma segunda aula no laboratório de física da escola, onde os alunos interagiram com o experimento físico do pêndulo simples e do sistema massa-mola. Essa atividade foi realizada para que os discentes pudessem contextualizar de forma prática os conhecimentos conceituais adquiridos na aula expositiva.

Durante a atividade experimental foi proposto aos discentes diversas atividades utilizando um pêndulo simples. Primeiramente os discentes fizeram a medida da amplitude de oscilação, massa, fase inicial e o comprimento do pêndulo. Em seguida, com o auxilio de um cronômetro, cada equipe contou o número de oscilações do pêndulo em um intervalo de 10 segundos.

A posteriori as equipes foram orientadas a abandonarem o pêndulo por três vezes e após cada lançamento anotarem os dados coletados a fim de obter a média do período e determinaram indiretamente a frequência, pulsação e a velocidade tangencial. Em seguida repetiu-se o experimento alterando apenas a massa. Isso foi feito para que as equipes pudessem verificar quais fatores interferem no período de oscilações.

Após a prática experimental, foi oportunizado as equipes refazerem os mapas conceituais. Isso ocorreu para que os pesquisadores pudessem comparar os mapas e observar se houve evolução na aprendizagem após a prática experimental. Destaca-se também o fato de que para a exposição desses resultados os mapas conceituais produzidos pelos discentes foram fielmente transcritos no computador.

Por fim, as equipes foram convidadas a responder um questionário com questões objetivas sobre a prática experimental. Vale ressaltar que antes da coleta de dados, em aulas antecedentes, já havia sido trabalhado a construção de mapas conceituais com os discentes.

## Resultados e Discussão

## Análise do Questionário

Ao examinar os questionários, de acordo com a primeira questão, foi possível constatar que 100% dos alunos concordaram plenamente que a aula ficou mais estimulante com a utilização do experimento (Questão 1). A primeira questão

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trazia o seguinte enunciado: 'A utilização do experimento deixou a aula mais estimulante'.

O Gráfico 1 está disponível para a análise de três questões (2ª a 4ª) do questionário.

Gráfico 1: Resultado do questionário

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Em parte, o resultado encontrado na primeira questão pode ser atribuído ao fato de que com a prática experimental os discentes conseguiram compreender mais facilmente o conteúdo. Isso foi constatado na Questão 2, que trazia a seguinte afirmação: 'Consegui compreender melhor os conceitos físicos a partir do manuseio do experimento'. Para este resultado, pode-se considerar que 100% das equipes concordaram que conseguiram compreender melhor os conceitos físicos a partir do manuseio do experimento, desses 50% marcou a opção 5 e os outros 50% marcou a opção 4.

Diante do enunciado: 'Estudar o conteúdo de movimento harmônico simples através de um experimento me proporcionou uma maior admiração pela disciplina de física'100% dos discentes concordaram (Questão 3). Desses, 66,67% concordou plenamente marcando o item 5 e 33,33% optou pela alternativa 4. Esse resultado revela o quão importante é a prática experimental no trabalho pela conquista da afeição dos alunos pela disciplina de física.

Por fim, a última afirmação do questionário, trouxe a seguinte expressão: 'Após a utilização do experimento pendulo simples, sinto-me mais capaz de reproduzir os conhecimentos adquiridos em sala de aula sobre movimento harmônico simples'. A análise de dados revelou que 66,67% das equipes de aluno concordou que se sentiram mais capazes de aplicar os conhecimentos adquiridos em sala de aula sobre o movimento harmônico simples (Questão 4). Apenas 33,33% permaneceram neutros marcando a opção 3.

## Análise dos Mapas Conceituais

O Quadro 2 traz os mapas conceituais produzidos pelas equipes de forma organizada possibilitando a comparação entre o mapa conceitual construído antes e após a aula experimental. Vale ressaltar que para a construção dessa pesquisa foram considerados apenas os mapas de três equipes, pois os demais foram feitos de forma ilegível ou se assemelharam a um organograma.

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Quadro 2: Exposição dos mapas conceituais produzidos pelos alunosFonte: Elaborado pelos autores

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A partir de uma análise do Quadro 2, verificou-se que no primeiro mapa a equipe Galileu Galilei não relacionou a frequência ao sistema massa-mola, inverteu a ordem do período para o pêndulo simples e não citou o movimento amortecido. No segundo mapa a equipe manteve o erro de ligação para pêndulo simples, mas relacionou-o com a amplitude e comprimento. No entanto, não ligou o pêndulo a frequência e período, como também continuou sem mencionar o movimento amortecido.

A equipe Max Planck, classificou nos dois mapas o movimento vibratório como independente, já que uma vibração corresponde a uma oscilação não havia a necessidade de distinção. Em seu primeiro mapa, de forma equivocada, fizeram a ligação do pêndulo simples com o movimento circular uniforme, além de não mencionarem a importância da amplitude e comprimento do fio. Já para o sistema massa-mola fizeram as ligações corretas, porém não citaram o movimento amortecido.

No segundo mapa a equipe Max Planck não ligou o pêndulo simples ao período, frequência, amplitude e nem ao comprimento do fio. Além disso, desfizeram a ligação com o MCU e ligaram corretamente o movimento oscilatório amortecido. Porém, a massa-mola foi ligada apenas com o período e não consideraram a hierarquia dos conceitos.

Na construção dos seus mapas a equipe Niels Bohr não fez ligação entre o movimento oscilatório à frequência. Bem como, para o pêndulo simples, não o relacionou a amplitude, massa e nem ao comprimento do fio. Também é possível perceber que antes da prática experimental a equipe fez uma ligação equivocada do pêndulo com o movimento oscilatório amortecido, visto que este estudo é regido pela conservação da energia mecânica.

Ainda sobre a equipe Niels Bohr, na produção do mapa após o experimento, alguns erros como a ligação do movimento oscilatório amortecido com o pêndulo simples foram corrigidos. No entanto, também não foram mencionadas frequência e amplitude, já o sistema massa-mola foi conectado corretamente com o amortecido, mas se confundiram ao mencionar energia e força.

## Conclusão

A partir da análise dos questionários, constatou-se que a prática experimental promoveu aos discentes uma compreensão melhor dos conceitos físicos de tal forma que os alunos revelaram que a partir dessa atividade eles se sentiram mais capazes de reproduzir os conhecimentos adquiridos na aula. Dessa forma, a experimentação estimulou o caráter investigativo dos discentes e colaborou para a uma aprendizagem significativa.

Notou-se que a amostra adquiriu bastante avanço em termos de conteúdo com a aula expositiva, isso dificultou a análise da evolução dos mapas conceituais, pois o avanço na construção dos mesmos não foi tão expressivo como o esperado. No entanto, ainda assim ao analisar os mapas conceituais pode-se concluir que a maioria das equipes produziu o seu segundo mapa de forma mais coerente em comparação com o primeiro.

Assim, pode-se confirmar que a atividade experimental contribuiu para uma aprendizagem significativa mediante a evolução dos mapas conceituais.

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## Referências

CENSO ESCOLAR - Inep divulga dados inéditos sobre fluxo escolar na educação básica. INEP Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira. Ministério da Educação. Disponível em: &lt; http://portal.inep.gov.br/artigo/-/asset\_publisher/B4AQV9zFY7Bv/content/inep-divulga-dados-ineditos-sobre-fluxoescolar-na-educacao-basica/21206&gt;. Acessado em setembro de 2018.

MOREIRA, M. A. O que é Afinal Aprendizagem Significativa? Aula Inaugural do Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Naturais, Instituto de Física, Universidade Federal do Mato Grosso, Cuiabá, MT, 23 de abril de 2010. Aceito para publicação, Qurriculum, La Laguna, Espanha, 2012.

\_\_\_\_\_\_\_\_, M. A. Mapas conceituais e aprendizagem significativa. 1 ed. São Paulo: Centauro, 2010.

SANTOS, J. C. F. dos. Aprendizagem significativa: modalidades de aprendizagem e o papel do professor. 5 ed. Porto Alegre: Mediação, 2013.

SILVA, A. L. S. da; CARVALHO, G. S.; MOURA; P. R. G. ARTICULAÇÃO ENTRE ALFABETIZAÇÃO CIENTÍFICA, RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS E PESQUISA ORIENTADA E MAPAS CONCEITUAIS COMO RECURSOS DIDÁTICOS QUALIFICADORES AO ENSINO (DE CIÊNCIAS). Revint - Revista interdisciplinar de ensino, pesquisa e extensão vol. 4 n°1, 2016.

SOUZA, N. A. de S.; BORUCHOVITCH, E. MAPAS CONCEITUAIS: ESTRATÉGIA DE ENSINO/APRENDIZAGEM E FERRAMENTA AVALIATIVA. Educação em Revista , Belo horizonte, volume 26, nº 03, Dezembro de 2010.

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