PROPOSTA DE UNIDADE DE ENSINO POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVA PARA O ESTUDO DA HIDROSTÁTICA NO ENSINO MÉDIO, ORIENTADA POR UM KIT DIDÁTICO: BRAÇO HIDRÁULICO

## PROPOSTA DE UNIDADE DE ENSINO POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVA PARA O ESTUDO DA HIDROSTÁTICA NO ENSINO MÉDIO, ORIENTADA POR UM KIT DIDÁTICO: BRAÇO HIDRÁULICO

Alcilene Balica Monteiro 1 , Bruno Ferreira de Araújo², Cesar Junior Rodrigues Perez³, Edivane de Lima Bezerra 4 , José Carlos da Silva Oliveira 5 Wendel Ricardo de Souza Rego 6

- 1 Centro de Ciências Biológicas e da Natureza (CCBN) - Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF) - Universidade Federal do Acre (UFAC), alcilenebalic@gmail.com
- 2 Instituto Federal do Acre (IFAC) - Câmpus Sena Madureira (CSM), bf92808@gmail.com
- 3 Instituto Federal do Acre (IFAC) - Câmpus Sena Madureira (CSM), cesar.j.rodrigues@hotmail.com
- 4 Instituto Federal do Acre (IFAC) - Câmpus Sena Madureira (CSM), elb.edwannylima@gmail.com
- 5 Centro de Ciências Biológicas e da Natureza (CCBN) - Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF) - Universidade Federal do Acre (UFAC), ponciano50@hotmail.com
- 6 Centro de Ciências Biológicas e da Natureza (CCBN) - Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF) - Universidade Federal do Acre (UFAC), fisicawendel@gmail.com

## RESUMO

O ensino de Física no ensino médio apresenta vários conteúdos de ensino que são bastante explorados pelos professores no contexto brasileiro, entre eles os conteúdos da hidrostática. O ensino da hidrostática pode ser bem explorado através das aulas teóricas e principalmente com atividades práticas relacionadas com o cotidiano dos discentes. E isso se constitui como um desafio para o professor, pois é estimulado por construir conhecimento. Nesse sentido dentro da teoria de aprendizagem significativa o presente trabalho tem como objetivo apresentar uma proposta de Unidade de Ensino Potencialmente Significativa -UEPS, como metodologia didática para o ensino dos conteúdos da hidrostática no ensino médio, utilizando um kit didático intitulado: braço hidráulico. Com a proposta espera-se proporcionar o entendimento dos conceitos e aplicações da hidrostática no cotidiano dos discentes e dessa forma melhorar o entendimento dos referidos conteúdos. Após estas intervenções o aluno será capaz de compreender os fenômenos físicos presentes nos currículos escolares e relacioná-los com o seu cotidiano quando da observação de uma escavadeira, um braço hidráulico, elevador hidráulico, guindaste mecânico entre outros em atividade.

Palavras-chave : Braço Hidráulico, Aprendizagem Significativa, Kit Didático, Ensino de Hidrostática, UEPS.

## 1 INTRODUÇÃO

Proposto por Moreira (2011), as Unidades de Ensino Potencialmente Significativas - UEPS, vem sendo inseridas nas salas de aula como mais uma alternativa didática para os professores inovarem as aulas no ensino básico ou superior de modo que o objetivo seja a aprendizagem. Segundo o autor, constrói-se uma UEPS de forma sistemática, organizada e sequências de aulas baseadas na Teoria da Aprendizagem Significativa -TAS, que facilitam o processo de construção do conhecimento.

De acordo com Ausubel (1968), a aprendizagem significativa é o processo em que novas informações são incorporadas e reorganizadas na estrutura cognitiva do aluno, permitindo-os utilizarem conhecimento adquiridos no cotidiano, partindo da

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análise dos dados disponibilizados na aprendizagem primária e, transformando a apreciação e a absorção destas informações em conhecimento útil. Essa maneira de aprendizagem permite aos alunos aplicarem os conhecimentos adquiridos em seu cotidiano, partindo da análise dos dados disponibilizados na aprendizagem primária e transformando a apreciação e a absorção de tais informações em conhecimento útil. Nesse processo, faz-se necessário que o professor passe por mudanças didáticas e metodológicas de ensino. Libâneo (2013) afirma que os métodos correspondem às sequências de atividades do professor e dos alunos. Supõem objetivos, os objetivos dos alunos e a ativação das suas forças mentais. Nessa combinação realiza-se o processo de assimilação ativa dos alunos.

Pesquisas utilizando a metodologia de UEPS em turmas de ensino médio foram realizadas por vários autores, tais como: Riboldi (2015), Silva (2016) e Fuzari (2017).

- O trabalho de Riboldi (2015), através de uma UEPS buscou facilitar a aprendizagem significativa da teoria da Relatividade Restrita e suprimir o excesso de matematização que envolve o conteúdo, usando como diferencial o uso do game educativo 'A slower speed of light e animações'. O estudo foi realizado em duas salas de uma escola pública de Itapira - SP.
- O trabalho de Silva (2016), utilizou-se de uma UEPS para trabalhar conceitos de Física Moderna e Contemporânea, assim com o suporte de material didático, e o desenvolvimento e aplicação de experimentos envolvendo o fenômeno de fluorescência. A intervenção ocorreu em uma turma com 26 alunos de 2º ano do ensino médio do Colégio Estadual Irmã Gabriela, localizado na cidade de Goiânia GO. Enquanto que Fuzari (2017) propôs uma UEPS para estudo do conteúdo de indução eletromagnética, com estudantes do 3º ano do Colégio Naval, localizado no município de Cariacica - ES.

Os autores Riboldi (2015), Silva (2016) e Fuzari (2017) refletem que as UEPS permitem aulas diferenciadas e incentivam o ensino da Física, pois evidenciam uma evolução conceitual por parte dos estudantes e podem potencializar as habilidades dos mesmos.

Destacam-se os estudos de Barbosa et al. (2017) e Frassi et al. (2017) que através de materiais de baixo custo, uniram teoria e prática no ensino e aprendizagem dos conteúdos da hidrostática.

- O estudo de Barbosa et al. (2017), demonstra o ensino da mecânica dos fluidos através de artefatos tecnológicos - uma escavadeira hidráulica, um guindaste hidráulico, uma mão mecânica e uma aranha hidráulica, confeccionados apenas com sucatas e materiais de baixo custo, aplicado em duas turmas de ensino médio da Escola Professor Nagib Coelho Matni em Belém do Pará.

Frassi et al. (2017) apresentam os conceitos teóricos acerca de hidrostática e hidrodinâmica em uma aula de Física utilizando o Parafuso de Arquimedes como foco da aula, elucidando os principais conceitos e aplicando-os praticamente na confecção de um protótipo de baixo custo da referida máquina. A intervenção deu-se em uma turma de nível médio do IFES - Cariacica, Espirito Santo.

Os estudos dos autores Barbosa et al. (2017) e Frassi et al. (2017) revelam a eficácia da utilização de materiais lúdicos e do próprio braço hidráulico quando o tema em estudo é a hidrostática.

Nesse contexto da teoria de aprendizagem significativa, o presente trabalho tem como objetivo apresentar uma UEPS, como metodologia didática para o ensino de alguns conteúdos da hidrostática no ensino médio com a utilização de um kit didático intitulado: braço hidráulico.

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## 2 METODOLOGIA

A construção desta proposta tem o enfoque qualiquantitativo, pois trata-se de um método didático com o uso de kit didático para o ensino da hidrostática. O método didático apresenta uma teoria específica aliada a proposta: UEPS.

No processo de ensino e aprendizagem o professor exerce um papel de produtor de conhecimento e nessa perspectiva a UEPS e o kit didático propostos são relevantes como: metodologia didática, atividade prática, ensino e aprendizagem. Eles permitem a demonstração prática dos conteúdos, auxiliando na formação da linguagem científica.

Sobre a didática, Libâneo (2013) destaca que ela e metodologias específicas proporcionam uma unidade em que há relações entre si. E isso faz refletir que a UEPS é um método específico de ensino.

No ensino de Física, Moreira (2000) ressalta que para ocorrer aprendizagem significativa é necessário relacionar conhecimentos prévios aos novos de maneira não literal e não arbitrária, assim, a Física não deve ser apresentada aos alunos sem contextualização e sim esperando-se que os alunos questionem sobre a ciência e sobre o mundo que os rodeia, para cada vez mais obterem facilidade ao buscar as soluções dos problemas de Física.

Nessa perspectiva, Moreira (2011) sugere a UEPS como metodologia didática, com o intuito de preencher as lacunas deixadas pelo tradicionalismo presente nas aulas da educação básica, proporcionando um ensino no qual, de fato, o fim seja a aprendizagem.

Uma UEPS, de acordo com Moreira (2011) apresenta as seguintes características: (a) situação inicial: construir com os alunos mapas conceituais, (b) situações-problema (c) revisão: iniciar a aula com uma miniaula expositiva, (d) nova situação-problema, em nível mais alto de complexidade: construir um diagrama V, (e) avaliação somativa individual , (f) aula expositiva dialogada integradora final: retomar todo o conteúdo da UEPS, rever os mapas e o diagrama V, (g) avaliação da aprendizagem na UEPS: deverá estar baseada nos trabalhos feitos pelos alunos, nas observações feitas em sala de aula e na avaliação somativa individual, cujo peso não deverá ser superior a 50%, (h) avaliação da própria UEPS: deverá ser feita em função dos resultados de aprendizagem obtidos. Reformular algumas atividades, se necessário.

Nesse contexto, foi elaborada e aplicada uma proposta de UEPS, com adaptações, em duas turmas de 2° ano do ensino médio do Curso Técnico em Informática integrado ao ensino médio de uma instituição de educação profissional do estado do Acre. Alguns dados foram extraídos dos relatórios da disciplina de Física. Nesse sentido, a proposta desse trabalho foi estruturada nas seguintes etapas: (a) descrição para a elaboração do kit didático (braço hidráulico), (b) descrição dos conteúdos e (c) proposta sintética das sequências das aulas.

## 2 RESULTADOS E DISCUSSÃO

## 2.1 DESCRIÇÃO DO KIT DIDÁTICO: BRAÇO HIDRÁULICO

O braço hidráulico executa movimentos transferindo objetos pesados de um ponto para outro, diminuindo o esforço humano através de cilindros hidráulicos.

A lista dos materiais (quantidade/tipo) para confecção de um protótipo do braço hidráulico (cf. figura 1 e 2) foram: (1) braçadeira de plástico, (1) cola araldite,

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(1) cano de pvc de 10mm de 1,0 metro, (1) cano de pvc de 200mm de 1 metro, (1) mangueira de aquário de 2,00 metros, (2) peça de madeira de vários tamanhos, (12) parafusos de vários tamanhos, (4) ruelas, (1) raio de bicicleta, (1) rolamento de carro, (5) seringas descartáveis (20ml), (3) seringas descartáveis (10ml), (2) seringas descartáveis (5ml), (1) tinta amarela.

A partir dos materiais elencados foi realizada a construção/montagem do kit didático. Na Figura 1 constam algumas peças e algumas informações de medidas.

Figura 1 peças do kit e o braço hidráulico

Figura 1B - braço hidráulico

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Figura 1Apeças do kit

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Nota: Figura 1A - (a) peças de 20cm x 3cm; (b) peças de 25cm x 3cm; (c) um triângulo equilátero medindo 9cm; (d) duas peças de 5cm x 7cm; (e) duas peças de 7cm; (f) uma peça de 6,5cm x 8cm e duas peças de 10cm x 7cm; (g) uma peça de 45cm x 38cm; (h) 8 peças de 2,5cm x 3cm e oito peças de 2cm x 2,5cm. Figura 1B - (i) uma peça de 45cm x 38cm;(j) quatro seringas de 20ml; (k) duas seringas de 10ml; (l) duas peças 16cm x 4cm; (m) rolamento; (n) um triângulo equilátero medindo 9cm. Fonte: confeccionado pelos autores

Na Figura 1A procurou-se mostrar as principais peças do kit e suas respectivas medidas, visando a reprodução por outros professores. Constitui-se de um protótipo simples, passível de aperfeiçoamento e incremento. A Figura 1B ilustra o kit montado. Ele foi construído basicamente com madeira, tubos de pvc e seringas de injeção descartáveis. O princípio básico a ser explorado é o potencial hidráulico que tem na manipulação de objetos reduzindo-se o esforço humano. O mesmo possibilita aplicar de forma experimental os estudos em sala de aula com orientação do professor.

## 2.2 DESCRIÇÃO DOS CONTEÚDOS DE ENSINO E SEQUÊNCIAS DA UEPS

O Quadro 1 ilustra as sequências das aulas, bem como uma síntese do procedimento didático realizados em sala de aula.

Quadro 01sequências da UEPS

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utilização do kit didático: braço hidráulico

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fixação dos conteúdos relacionando teoria e prática; aplicação do um questionário proposto pelo docente

Fonte: elaborado pelos autores

A sequência de aula proposta teve um total de 5 aulas/50 minutos. Inicialmente foi a apresentada os objetivos da aula e o tema da aula. Em seguida foi aplicado 4 questões relacionadas a hidrostática. As questões apresentaram uma abordagem com perguntas abertas e fechadas (cf. tabela 1). Elas serviram para análise de conhecimento prévio dos estudantes. Em seguida foi feita a correção e discussão. O tempo aproximado para respondê-las foi de 20 minutos.

A Tabela 1 ilustra o percentual de alunos que participaram na resolução das 4 questões prévias.

Tabela 1 - distribuição dos participantes e frequência (absoluta e percentual) de respostas sobre alguns conteúdos de ensino da hidrostática

Fonte: elaborada pelos autores

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Os dados da tabela ilustram a participação de duas turmas com total de 60 alunos.

Destaca-se 28 (46,7%) alunos que tem um conhecimento prévio que o fluído tem a capacidade de fluir e 19 (31,7%) confirmaram que aumentam de volume quando comprimido.

Além disso a maioria dos participantes apresentou um conhecimento prévio de que a 'prensa' pode ser uma máquina manual ou mecânica para comprimir objetos. E 65% dos alunos conhecem máquinas que usam sistema hidráulico. Poucos alunos, 11 (18,3%), tem uma opinião que o sistema de respiração humana faz uma analogia com sistema hidráulico.

É relevante destacar que mesmo os alunos ainda não tendo visto os conteúdos de hidrostática, muitas palavras e conceitos são conhecidos da grande maioria, a exemplo de volume, massa, peso, força, força peso, pressão, pois são presentes em conteúdos anteriores aos de hidrostática no currículo escolar, fato que facilitou que alguns chegassem à resposta correta das questões.

Sobre comentários da questão IV, na percepção do aluno, segue algumas justificativas ao responder se o sistema de respiração humana pode ser considerado sistema hidráulico:

- (a) alguns alunos que responderam sim:
- (1) sim, porque ele é um sistema; (2) sim, por conta do entra e sai ar para podermos respira, isso acontece por que uma máquina hidráulica funcional; (3) sim, porque a forma que ocorre a respiração humana em alguns aspectos é parecida com a resistência hidráulica; (4) sim, porque você solta e puxa de uma forma parecida; (5) sim, com nós expiramos movimentamos o pulmão, o pulmão o coração e o coração o sangue; (6) sim, porque essa corrente líquida ao corpo leva os nutrientes para todo o corpo.

## (b) alguns alunos que responderam não:

(7) não, pois a respiração humana e diferente de uma máquina hidráulica; (8) não, pois o sistema hidráulico consiste de uma máquina; (9) não, pois hidráulico é com água; (10) não, pois respiramos e expiramos CO2, caso o sistema respiratório tenha contato pode causar afogamento; (11) não, porque não funciona a base d'água; (12) não, com base no meu conhecimento creio que o sistema respiratório humano mexe apenas com oxigênio (quando inalamos) e o gás carbônico (quando expiramos); (13) não, porque o sistema respiratório não utilizam água; (14) não, pois funciona com oxigênio; (15) não, porque não possui um liquido. Nós humanos respiramos ar.

Nota-se nas respostas dos estudantes que poucos conseguem relacionar o sistema respiratório humano com um sistema hidráulico. Isso pode estar relacionado pela falta de conhecimento/informação e/ou falta de oportunidades de aulas contextualizadas com o cotidiano dos alunos. Além disso, muitas dessas informações relacionando o conteúdo prévio com outro tema (novo) significativo não se faz um elo de ligação na estrutura cognitiva dele.

Nesse sentido, aplicação de aulas com contextualização, problematização, atividade práticas por exemplo, estimulam o elo de ligação do conhecimento. Isso permite ao docente aplicar uma sequência de ensino com referencial metodológico acerca da aprendizagem significativa.

Por outro lado, uma forma de obter êxito ao aplicar a sequência proposta (conforme o Quadro 1) é levar em conta o perfil e características das turmas, de

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modo a adaptar a UEPS, visando maior interação dos alunos de cada turma e desta maneira uma melhor aprendizagem. Segundo Harres (2001), é importe conhecer as ideias dos alunos para assim propor metodologias que, partindo dessas ideias, contribuam para o processo de aprendizagem.

Através do kit didático (Figura 2) foi possível descrever o princípio de Pascal, uniformidade dos líquidos homogêneos e incompressíveis, princípio da conservação da energia, a viscosidade de líquidos, analogia com as alavancas e polias que são exemplos de multiplicadores de força. Com a medida do diâmetro dos êmbolos e o seu respectivo deslocamento é possível determinar a superfície lateral da seringa. Sabendo a força que é aplicada sobre o êmbolo e a área ocupada pelo líquido no interior da seringa, pode-se determinar a pressão que é distribuída.

Ao final da aplicação da sequência percebeu-se nos comentários dos alunos, no geral, que houve evolução na compreensão dos conteúdos propostos, associados a conhecimentos prévios e no conhecimento adquirido, o que nos leva a concluir que a metodologia aplicada apresentou indícios de aprendizagem significativa. Vale ressaltar que as atividades propostas não foram avaliativas e os resultados serviram de base para avaliação da própria UEPS.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS E EXPECTATIVAS

Com a proposta espera-se proporcionar o entendimento dos conteúdos e aplicações da hidrostática na Física e o entendimento dos problemas relacionados no seu dia a dia. Dessa forma e com as devidas observações o aluno passará a compreender que os fenômenos físicos presentes nos currículos escolares se fazem presentes também no seu cotidiano, quando da observação de maquinas chamadas de pesadas trabalhando na construção de açudes, estradas e limpeza urbana. Por exemplo, uma pá carregadeira, uma escavadeira, braço hidráulico, trator de esteira, elevador hidráulico, guindaste mecânico entre outros.

Essa proposta se aplica como mais uma metodologia no ensino da Física no ensino médio. As experiências adquiridas dos estudantes devem ser levadas em conta para uma boa discussão dos conteúdos da hidrostática, tornando-os mais atrativos. Essas discussões devem fornecer parâmetros para sua formação e linguagem cientifica.

## REFERÊNCIAS

AUSUBEL, D. P. Educational psychology : a cognitive view. Nova York: Holt, Rinehart and Winston, INC., 1968.

BARBOSA, D. M. et al. Ensinando mecânica dos fluidos no ensino básico através de protótipos de brinquedos hidráulicos. Artigo Científico. XXII Simpósio Nacional de Ensino de Física - SNEF , São Carlos, SP - Brasil - 23 a 27 de jan 2017.

FUZARI, A. F. Uma proposta de UEPS para o ensino de Indução Eletromagnética . 2017. Dissertação (Mestrado) - Instituto Federal do Espírito Santo, Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, Cariacica, Espírito Santo.

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FRASSI, L. et al. O parafuso de Arquimedes: um laboratório teórico e prático de hidrostática e hidrodinâmica. Artigo Científico. XXII Simpósio Nacional de Ensino de Física - SNEF , São Carlos, SP - Brasil - 23 a 27 de jan 2017.

HARRES, J. B. S. A evolução do conhecimento profissional de professores : o caso do conhecimento prévio sobre a forma da Terra. Caderno Catarinense de Ensino de Física, Florianópolis - SC, v. 18, n. 3, p. 278-297, 2001.

LIBÂNEO, José Carlos. Didática . 2. ed. São Paulo: Cortez, 2013.

MOREIRA, M. A. Unidades de Ensino Potencialmente Significativas - UEPS . Aprendizagem Significativa em Revista. Meaningful Learning Review, v. 1, n. 2, 2011.

MOREIRA, M. A. Ensino de Física no Brasil : Retrospectiva e Perspectiva. v. 22, n.1, Revista Brasileira de Ensino de Física, 2000, p. 94-99.

RIBOLDI, B. M. A Construção de uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) para ensinar relatividade utilizando animações e o game A Slower Speed of Light . 2015. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, São Carlos, São Paulo.

SILVA, G. A. Fluorecência : Uma abordagem para o ensino de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio. 2016. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Goiás, Unidade Acadêmica Especial de Física e Química, Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, Catalão, Goiás.

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