EFEITOS DA APLICAÇÃO DE MÉTODOS ATIVOS DE APRENDIZAGEM NO ENSINO DE MECÂNICA

## EFEITOS DA APLICAÇÃO DE MÉTODOS ATIVOS DE APRENDIZAGEM NO ENSINO DE MECÂNICA

Luiz Viégas 1*,** , Habib S. Dumet-Montoya 2*

* Universidade Federal de Rio de Janeiro Campus-Macaé. Av. Aluízio da Silva Gomes 50, Granja dos Cavaleiros, Macaé, Rio de Janeiro, Brasil

## Resumo

Nesse trabalho procuramos investigar a aplicação de métodos ativos de ensino à turmas do primeiro ano do ensino médio, durante o estudo das três leis de Newton para o movimento, a lei da gravitação universal de Newton e as três leis de Kepler para o movimento planetário. Para tal, aplicamos uma metodologia ativa baseada principalmente no método de Instrução por Colegas (do original Peer Instruction), com características do método de Ensino sob Medida (Just-in-Time Teaching) e algumas modificações propostas por nós. Aplicamos o Inventário Conceitual de Forças (Force Concept Inventory) e um teste elaborado por nós como pré-teste e pós-testes, no início e no final do período de estudos, de forma a poder comparar as concepções conceituais apresentadas pelos alunos sobre esses tópicos. Aplicamos ainda questionários qualitativos para avaliar o grau de satisfação dos alunos com o método utilizado e suas percepções sobre os efeitos de seu uso na facilidade de aprender e motivação para estudar. Encontramos resultados positivos principalmente no que se refere à dinâmica em sala de aula e à postura dos alunos diante dos estudos. Os alunos também apresentaram melhoras substanciais no número de acertos no pós-teste, comparado com o pré-teste, indicando que esse método configura uma alternativa promissora na busca de um ensino de qualidade com uma aprendizagem mais significativa.

Palavras-chave : Métodos ativos, aprendizagem significativa, ensino de física.

## 1.Introdução

Os desafios a serem enfrentados na prática escolar são inúmeros. Dentre todos eles, destaca-se a problemática da falta de motivação dos alunos em grande parte originada no próprio sistema educacional em que eles e o professor estão inseridos. Um número enorme de conteúdos trabalhados em aulas tradicionais que exigem grandes períodos de atenção passiva e concentrada, se configuram em um verdadeiro martírio para alguns. Muitos professores anseiam e buscam

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oportunidades de mudar esse quadro, e isso pode passar por alterar radicalmente a maneira como as aulas são estruturadas e lecionadas.

Urge a necessidade de tornar a sala de aula um lugar mais amigável para alunos e professores, em que a construção do conhecimento seja coletiva e orientada para o desenvolvimento de cidadãos capazes de compreender o mundo que os cerca e influenciá-lo de maneira positiva, uma vez que é na escola que a pessoa cresce e se desenvolve, e é nela que aprendemos a nos relacionar e a entender o mundo.

Para ajudar a mudar esse cenário, o professor tem papel fundamental e intransferível. Cabe a ele construir a ponte entre os conhecimentos desenvolvidos durante séculos pela humanidade e aquele indivíduo em formação. É importantíssimo que essa conexão se dê de maneira agradável e significante, para que não só os conhecimentos lá desenvolvidos mas também a forma como eles são absorvidos se tornem estruturantes na cognição do aluno.

Em busca de tornar a atividade em classe mais eficaz e significativa, o docente pode buscar métodos que facilitem esse processo. Marrs e Novak (2004) nos lembram que aprender requer prática ativa e com um retorno imediato, além de demonstrarem que a construção do novos conhecimentos ocorre sobre conhecimentos preexistentes. Uma maneira de utilizar esse processo a nosso favor é trabalhar em sala de aula com Metodologias Ativas de Ensino, que exigem, para sua aplicação, que o aluno seja agente principal do processo de ensinoaprendizagem, participando ativamente dessa construção, sob orientação do professor. Essas metodologias parecem promissoras, à medida que permitem que a aula se desenvolva com foco nas necessidades dos alunos, provocando reflexões a respeito de suas concepções de mundo, o que parece configurar em fator facilitador da aprendizagem.

Neste trabalho pretendemos investigar a aplicação de métodos ativos de ensino na aprendizagem de alguns conceitos básicos da mecânica e da astronomia, a saber: as três leis de Newton, a lei da gravitação universal e as leis de Kepler para o movimento planetário. Como forma de verificar o efeito do uso dessa metodologia no desempenho e evolução dos estudantes, utilizamos dois instrumentos principais de mensuração: O primeiro foi a aplicação de pré e pós testes antes e depois da utilização da metodologia, respectivamente. Para os primeiros quatro temas, utilizamos o Force Concept Inventory (Hestenes; Wells; Swackhamer, 1992), já para o Tema 05 formulamos uma avaliação especifica. O segundo instrumento de avaliação dos resultados residiu em um questionário qualitativo respondido pelos alunos ao final do período.

Quanto ao Force Concept Inventory (FCI), trata-se de um teste composto por 30 questões de múltipla escolha, com cinco alternativas cada questão, 'sendo uma alternativa correspondente ao conceito cientificamente aceito e as demais, denominadas 'distratores', relacionadas a conceitos intuitivos previamente estabelecidos' (Fernandes, 2011, p.46). Ele foi construído a partir do levantamento do conjunto de concepções intuitivas presentes na mente do estudante, a respeito

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dos conceitos básicos de movimento, e como essas concepções impactam o aprendizado de física. O seu uso como pré e pós testes objetiva melhor avaliar as mudanças ocorridas nos conceitos e crenças dos alunos a respeito dos tópicos estudados, de forma a reconhecer que mudanças conceituais foram provocadas pelo período de estudos.

- O trabalho está estruturado da seguinte forma: Na seção 2 detalhamos o planejamento para a aplicação do método, bem como as partes que o compõem, o público-alvo e a forma de avaliação dos resultados. Na seção 3 discutimos os resultados de nossa experiência e, por fim, na seção 4 apresentamos as conclusões preliminares desse estudo referentes à aprendizagem dos alunos.

## 2.Metodologia

Para investigar a influência que os Métodos Ativos de Ensino poderiam ter sobre a aprendizagem dos conceitos mais básicos da mecânica, escolhemos realizar sua aplicação durante todo um bimestre escolar, em duas turmas do primeiro ano do ensino médio. No bimestre em questão, o segundo do ano letivo de 2017, foram trabalhados conceitos relacionados à dinâmica do movimento.

Trabalhamos com duas turmas do primeiro ano do ensino médio integrado ao técnico, no Instituto Federal Fluminense (IFF), no seu Campus localizado na cidade de Macaé, no estado do Rio de Janeiro. Cada uma das turmas pertencia a um curso técnico. Na primeira, que chamaremos de Turma A, contamos com 35 alunos cursando o ensino médio e o técnico em Automação Industrial. Na segunda, a Turma B, são 38 alunos fazendo o curso técnico em Meio Ambiente juntamente com o ensino médio.

## 2.1.Estrutura das aulas

Sabemos da deficiência conceitual comumente apresentada por estudantes secundaristas, bem como temos a preocupação em dar espaço para a resolução de problemas, umas vez que a resolução de problemas bem estruturados contribui para a aprendizagem significativa (Da Costa; Moreira, 2001), sendo essa entendida à luz da teoria de Ausubel (1962). Sendo assim, optamos por adaptar uma estrutura metodológica que tivesse dois enfoques: o conceitual e a resolução de problemas. Para o enfoque conceitual, aplicamos a Instrução por Colegas conforme concebido por Crouch et.al. (2007), que empresta características do Ensino sob Medida (Gavrin, 2006). Já para o desenvolvimento das habilidades de resolução de problemas, trabalhamos com a aplicação e correção de listas de exercícios, bem como testes periódicos.

O método descrito acima foi aplicado em cinco temas, cada um composto por três encontros em sala de aula, mais as atividades extra classe. A distribuição dos assuntos abordados foi: Tema 01: Primeira Lei de Newton; Tema 02: Segunda

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Lei de Newton; Tema 03: Terceira Lei de Newton; Tema 04: Lei da Gravitação Universal; Tema 05: Leis de Kepler. Em cada um dos temas, a nossa metodologia consistia em cinco passos, que se repetiam em cada tema, a saber: a disponibilização de um material para leitura prévia, a resolução de exercícios de aquecimento, a dinâmica de resolução de questões conceituais em sala, resolução de uma lista de problemas e aplicação de um teste.

Sendo assim, antes do encontro em sala e objetivando otimizar o tempo em classe, os alunos realizavam uma leitura prévia do conteúdo a ser estudado e respondiam os exercícios de aquecimento. Esses eram compostos por questões a respeito do conteúdo que eles haviam estudado. Essas respostas nos eram enviadas através de formulários online, de maneira que tínhamos acesso às principais dúvidas e erros conceituais apresentados pelos alunos.

Em sala de aula, conforme orienta o método de Instrução por Colegas (Crouch et.al., 2007), o tema a ser trabalhado foi organizado em tópicos ou pontos principais, que foram abordados individualmente. Fizemos uma breve explanação sobre cada tópico, de forma a considerar as principais dificuldades apresentadas pelos alunos nos exercícios de aquecimento. Em seguida, o entendimento de cada ponto foi 'testado' com uma questão conceitual de múltipla escolha, projetada com o uso de um aparelho retroprojetor, e sobre a qual é feita uma votação com os alunos. A depender do numero de acertos, os alunos discutem entre si suas respostas, realizando uma segunda votação em seguida.

Em um segundo encontro, o professor se encarrega de dirimir as dúvidas dos alunos quanto à resolução da lista de exercícios, disponibilizada anteriormente, que possui um caráter de maior matematização. No terceiro encontro, os alunos realizam um teste que objetiva avaliar a sua capacidade de resolução de problemas.

## 2.2Avaliação do método

Como forma de verificar o efeito do uso dessa metodologia no desempenho e evolução dos estudantes, utilizamos dois instrumentos principais de mensuração. O primeiro foi a aplicação de pré e pós testes antes e depois da utilização da metodologia, respectivamente. Para os primeiros quatro temas, utilizamos o Force Concept Inventory (Hestenes; Wells; Swackhamer, 1992), já para o Tema 05 formulamos uma avaliação especifica.

- O uso de pré e pós testes (FCI e teste sobre as leis de Kepler) objetiva melhor avaliar as mudanças ocorridas nos conceitos e crenças dos alunos a respeito dos tópicos estudados, de forma a reconhecer que mudanças conceituais foram provocadas pelo período de estudos.
- O segundo instrumento de avaliação dos resultados residiu em um questionário respondido pelos alunos ao final do período, com o objetivo de avaliar sua satisfação com o método. Ele foi composto de cinco questões, sendo as três primeiras objetivas e as duas últimas discursivas.

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## 3.Discussão de Resultados

## 3.1.Pré e Pós testes

Para verificar a evolução dos alunos no decorrer do período de estudos, analisamos nos gráficos 1 e 2 o desempenho daqueles alunos que realizaram o pré e o pós teste, tanto do FCI quanto sobre as leis de Kepler. Os alunos que realizaram somente o pré teste ou somente o pós teste não estão aqui contabilizados.

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Os resultados de cada estudante no Force Concept Inventory são mostrados no gráfico 1. Nele vemos a evolução nas notas de todos aqueles que realizaram os dois testes. Desse conjunto fazem parte 28 alunos da turma A e 31 alunos da turma B. Verificamos que a totalidade dos alunos da turma A e 26 (dos 31) alunos da turma B apresentaram melhora nas suas pontuações, indicando uma melhor compreensão dos conceitos relacionados à movimento e força do que aquela que eles possuíam no início do bimestre. Apenas três alunos obtiveram desempenho pior na segunda aplicação, e são alguns dos que possuem extrema dificuldade com a disciplina.

Quanto ao desempenho no teste relacionado às leis de Kepler, podemos fazer nossa avaliação sobre os dados apresentados no gráfico 2, no qual temos uma visão individualizada do desempenho de cada estudante. Constatamos mais uma vez a predominância no aumento da pontuação da primeiro para a segunda aplicação do teste. Todos os 33 alunos da turma A que realizaram os dois testes mostraram melhoria no resultados. Na turma B, dos 24 alunos que fizeram as duas avaliações, apenas dois mostraram piora nos resultados.

De maneira geral, os dois testes aplicados antes e depois da utilização da metodologia ativa como forma de interação em classe mostraram efeitos positivos no ensino-aprendizagem. Nas duas turmas observamos um aumento das

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pontuações na imensa maioria dos casos, apesar de existirem claras diferenças entre elas. Esses resultados indicam os benefícios que o uso dessa metodologia pode trazer, principalmente se aplicadas em um prazo maior, onde acreditamos que os resultados negativos associados à adaptação ao método se diluiriam. Dessa forma, teríamos efeitos ainda mais notáveis.

Gráfico 2: Notas individuais no teste sobre Leis de Kepler (pré e pós aplicação do método)

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## 3.2.Questionário qualitativo

Avaliamos a percepção dos estudantes sobre nossa experiência metodológica através de um questionário qualitativo, que foi preenchido ao final período de aplicação. Nele solicitamos a avaliação geral do método e como ele afetava a motivação e facilidade em aprender dos estudantes. Pedimos também que eles listassem alguns pontos positivos e negativos dessa forma de abordagem do conteúdo. No dia da aplicação desse questionário nem todos os estudantes estavam presentes. Tivemos participação de um total de 61 alunos, 30 na turma A e 31 na turma B.

Verificamos com esse questionário que aproximadamente 82% dos alunos classificou a metodologia como muito boa ou boa, mostrando um altíssimo grau de satisfação. Cerca de 75% dos alunos afirmaram ter sentido maior facilidade de aprendizado e aproximadamente 67% deles se sentiram mais motivados a estudar com o método utilizado.

Como pontos negativos os alunos elencaram, entre outros, a exigência de maior tempo de dedicação aos estudos fora de classe. Reconheceram, no entanto, que a metodologia fornecia o incentivo necessário ao estabelecimento de uma rotina regular de estudos.

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## 4.Conclusões Preliminares

A aplicação da dinâmica de votação em classe resultou em alunos mais motivados em sala de aula, animados em se movimentar e poder trocar informações com seus colegas. Apenas a ideia de fazer algo diferente em sala já pareceu os animar. Os dados coletados, por sua vez, nos mostram que discussão e comparação de respostas entre os alunos tem uma grande efetividade em melhorar o entendimento dos mesmos. Em praticamente todas as vezes tivemos melhora no número de respostas corretas após a discussão entre pares. Esse desempenho, no entanto, varia muito com o tema a ser estudado, a qualidade do estudo prévio que os alunos fazem em casa e o nível de dedicação que eles apresentam em classe.

Nossa experiência demonstrou ainda que uma simples alteração na estrutura e organização da sala de aula pode provocar mudanças de posturas e reações diversas por parte do alunado e mesmo do professor. O acesso às ideias dos alunos facilitou o trabalho de ensinar e a necessidade de proatividade facilitou o processo de aprender.

Percebemos a alteração no perfil conceitual dos alunos de forma positiva e o aumento geral de seu desempenho, ainda que o grau dessa mudança esteja intimamente vinculado à dedicação, comprometimento e nível de dificuldade apresentada por cada grupo de estudantes. Nossas maiores respostas se deram em nível subjetivo, uma vez que a mudança de comportamento em sala da maioria dos alunos em direção a uma postura interessada e animadora foi perceptível e muito satisfatória. As aulas se tornaram dinâmicas e desafiadoras, tanto para estudantes quanto para nós, professores. Na nossa busca por uma aprendizagem significativa, que exige interesse em aprender por parte do aluno, tivemos resultados muito positivos.

Nos deparamos com dificuldades e desafios diversos. Da escolha e preparação da metodologia até sua aplicação em sala de aula adaptações precisaram ser feitas de maneira a respeitar as singularidades do ambiente e do meio em que nos encontrávamos. Encontramos também pontos que precisam de revisão e aprimoramento, bem como entendemos que há necessidade de ampliação do conhecimento sobre os efeitos desses métodos, através da realização de novas pesquisas no futuro (com aumento do número de turmas trabalhadas e tempo de aplicação).

No entanto, apesar de exigir mais tempo de estudo por parte dos alunos e de preparação por parte do professor, as metodologias ativas nos parecem bastante promissoras para a construção de uma escola em que o conhecimento seja criação colaborativa e se dê de forma significativa para o aluno. Seu uso pode significar uma pequena colaboração no sentido de ajudar a resolver alguns dos problemas enfrentados no cotidiano escolar e, consequentemente, colaborar para a construção de uma educação de qualidade.

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## Agradecimentos

Este trabalho é resultado de pesquisa e desenvolvimento de dissertação no Programa Nacional de Mestrado Profissional em Ensino de Física (MNPEF), com o apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).

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