METODOLOGIAS ATIVAS NO ENSINO DE FÍSICA: UMA PROPOSTA DE ATIVIDADE PARA OS CONCEITOS DE ENERGIA

## METODOLOGIAS ATIVAS NO ENSINO DE FÍSICA: UMA PROPOSTA DE ATIVIDADE PARA OS CONCEITOS DE ENERGIA

## Luianne Rodrigues dos Santos 1 , Ana Marli Bulegon²

1 UFN/PPGECIMAT/SEED-PR, luirdossantos@gmail.com 2 UFN/PPGECIMAT, anabulegon@gmail.com

## Resumo

A mudança do perfil e comportamento dos alunos favorece o uso de metodologias ativas de aprendizagem, como a STEM, que estimula sobretudo a criatividade. STEM é um termo em inglês que conceitua a união dos conceitos ciências, tecnologia, engenharia e matemática (science, technology, engineering and math) em uma única metodologia. Diante deste contexto esta pesquisa traz os resultados obtidos com a implementação desta metodologia nas aulas de física. A atividade consistiu primeiramente na elaboração de um projeto para construção de uma montanha russa utilizando materiais de baixo custo. Após os estudantes construíram e nomearam suas montanhas russas. Para finalizar a atividade eles realizaram os cálculos de energia e descobriram a velocidade aproximada no ponto mais baixo. Como síntese construíram cartazes com estes dados. Os cartazes ficaram expostos junto das montanhas russas. O público alvo foram alunos do 1º ano do ensino médio de uma escola da região metropolitana de Curitiba- PR. Como resultado pudemos observar que os estudantes construíram um aprendizado com significado sobre os conceitos básicos de Energia e Conservação de energia. Eles demonstraram autonomia, curiosidade protagonismo, perseverança, criatividade, pensamento crítico, colaboração e gestão de tempo, características processuais da metodologia STEM.

Palavras-chave : Metodologias ativas, STEM, Ensino de Física,

## Introdução

Os resultados do Brasil no Programa Internacional de Avaliação de Estudantes (PISA) da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) apresentam uma queda no rendimento dos estudantes nas áreas de Ciências e Matemática. De 2012 para 2015, o índice diminuiu de 405 para 401 em Ciências e de 391 para 377 em Matemática. Esse baixo rendimento coloca o Brasil na 63ª posição em Ciências e em 66ª colocação em Matemática, em um ranking que avalia 72 países (BRASIL, 2017). Esse desempenho nos mostra a necessidade de repensar os ambientes educacionais e a forma como esses conteúdos são repassados aos alunos brasileiros. Avaliações como estas apontam para o uso de metodologias ativas que permitam que o estudante seja protagonista do seu aprendizado e que gere muitas possibilidades de desenvolvimento de sua autonomia e potencial para levá-los a ter uma aprendizagem significativa.

Assim, tornar nossas aulas algo atrativo aos estudantes é um desafio. Os alunos de hoje são conhecidos como 'geração Z', pessoas conhecidas como nativos digitais, e são familiarizadas com as novas tecnologias e o mundo globalizado. Dotadas de muita criatividade, esse novo público necessita de atividades desafiadoras e diversificadas para manter o foco das tarefas. (FILHO & LEMOS, 2008). Para isso, as metodologias ativas de aprendizagem procuram atender essa geração, uma vez que pretendem mudar a forma de aprender e ensinar, tornando o

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ensino mais dinâmico e divertido, sendo as aulas mais interessantes para os alunos. (LIMA, 2017).

Para isso, há necessidade de se rever as metodologias nas escolas brasileiras, sendo importante investir em programas de aprendizagem multidisciplinar baseados em projetos focados especialmente no ensino científico ou integrado. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é apresentar os resultados do desenvolvimento da metodologia STEM.

Metodologias Ativas baseiam-se em formas de desenvolver o processo de aprender, utilizando experiências reais ou simuladas, visando às condições de solucionar, com sucesso, atividades essenciais da prática social, em diferentes contextos. Mitre et al. (2008) trazem o entendimento que as metodologias ativas utilizam a problematização como estratégia de ensino/aprendizagem, com o objetivo de alcançar e motivar o estudante a examinar, refletir, relacionar a sua história e assim ressignificar suas descobertas. Segundo os autores, a postura do discente perante um problema a ser resolvido pode levar o aluno ao contato com as informações e à produção do conhecimento, principalmente, com a finalidade de solucionar os impasses e promover o seu próprio desenvolvimento. De acordo com Berbel (2011), o engajamento do aluno em relação a novas aprendizagens, pela compreensão, pela escolha e pelo interesse, é essencial para aumentar o exercício da liberdade e da autonomia na tomada de decisões em diferentes momentos do processo que vivencia, preparando-se para o exercício profissional futuro. Para isso, é necessária com uma postura pedagógica de seus professores com características diferenciadas daquelas de controle.

Essa nova abordagem que vem sendo dada ao ensino para levar a aprender a partir de problemas ou situações problemáticas, nas duas últimas décadas, encontra parte de suas bases em um momento histórico já bem distante, com Dewey (1859-1952), filósofo, psicólogo e pedagogo norte-americano, que teve grande influência sobre a pedagogia contemporânea. Ele formulou um ideal pedagógico (da Escola Nova) de que a aprendizagem ocorresse pela ação learning by doing - ou o aprender fazendo.

## Metodologia STEM

Com o avanço da tecnologia atual, uma parte significativa dos atuais e futuros trabalhos serão ou terão relação com a tecnologia, portanto é importante que o estudante, desde a educação básica, tenha o aprendizado de conteúdos relacionados a STEM - (Science, Tecnology, Engeneer e Mathematics em inglês) Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática em português.

Uma proposta é utilizar esta metodologia em disciplinas relacionadas à Matemática e Ciências, como por exemplo, o Programa STEM, que propõem ensinar as disciplinas de forma associada, prática e divertida. Os estudantes participam da resolução de problemas reais por meio de projetos e além de aprenderem a se planejar, exercitam a tentativa e erro e a colaboração. (SILVA et.al., 2015). Ao trabalhar desta forma com as disciplinas STEM o aluno também é passível de desenvolver a liderança; o trabalho em equipe; melhorar a relação com o professor e os colegas de classe, além de ser protagonista da própria aprendizagem. Pois o aluno precisa buscar tais conceitos para resolver o problema proposto, e quem faz isso é o próprio aluno, o docente atua como mentor ou facilitador do processo, o que

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no final caracteriza o aluno como o autor principal da aprendizagem. (BRIGHENTI et.al., 2015)

Gardner (1995), fala sobre as inteligências múltiplas e apresenta que cada aluno tem um tempo para assimilar determinado conteúdo e aprende de maneiras diferentes, alguns através da música, outros através de projetos ou com a construção do concreto. Assim, por meio da metodologia ativa em disciplinas STEM o docente consegue trabalhar também as inteligências múltiplas de maneira mais dinâmica e motivar os alunos para a construção do conhecimento. Essa motivação é facilitada porque o intuito das disciplinas STEM é trabalhar a partir de algo cotidiano dos alunos a fim de que possam propor soluções e inovar nas soluções desses conflitos, e dessa forma os alunos têm a oportunidade de aprender de forma significativa. (PAVÃO & FREITAS, 2008).

- O autor do livro The case of STEM education (Bybee, 2013) deixa claro que o significado de STEM muda de acordo com o ambiente em que ele é aplicado. Dentro do contexto escolar, o autor considera que a educação STEM deveria contribuir em três frentes principais:
- 1. Desenvolver uma sociedade 'antenada' e capacitada em Ciências, Tecnologia, Engenharia e Matemática.
- 2. Formar alunos e professores que sejam capazes de desenvolver as competências do século XXI dentro de um ambiente escolar integrado.
- 3. Gerar uma força de pesquisa e desenvolvimento em STEM voltada para inovação.

Os objetivos da aprendizagem STEM se resumem em três. O primeiro é o que chamamos de Empreendedorismo Sustentável que é aliar o foco econômico com ações visando o bem estar social e ambiental. O segundo diz respeito a Desenvoltura Profissional, que se define pela capacidade de criar e desenvolver algo com facilidade. O terceiro é Atitude Vida Pessoal que trata da predisposição de responder de forma consciente ao objetivo social. As etapas desta metodologia são investigar, descobrir, criar, conectar e por último refletir. Com o STEM espera-se que os estudantes experimentem e vivenciem o pensamento científico de maneira interpretativa e reflexiva, seja por meio de brincadeiras na Educação Infantil ou em projetos interdisciplinares para turmas mais avançadas. Nestas atividades os estudantes resolvem problemas, são desafiados e agregam um aprendizado interdisciplinar. O professor atua como guia no processo de aprendizagem. Ele é responsável por oferece apoio, auxilia os estudantes de forma colaborativa e também aprende com essa metodologia de trabalho integrado. (CARON, 2018)

Desta maneira o objetivo geral deste trabalho foi utilizar uma metodologia ativa de aprendizagem com os conceitos das disciplinas STEM para trabalhar os conceitos de Energia com os estudantes do 1º ano do ensino médio. Para isso elaboramos a proposta da construção de uma montanha russa com materiais de baixo custo. Ao final da construção os alunos deverão conseguir aplicar de forma mais concreta os conceitos envolvidos no conteúdo Energia e transformação de energia. O intuito deste é facilitar a visualização dos conceitos na prática, para que os estudantes atuem com mais desenvoltura na resolução de problemas; consigam se relacionar melhor em atividades em equipes e que obtenham um melhor aprendizado através da experimentação, atuando como grande protagonista do próprio conhecimento.

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## Desenvolvimento

Heck (2017), em seus estudos afirma que a experimentação é um instrumento que contribui para o entendimento e para o sucesso nos processos de ensino e aprendizagem, pois, pode contribuir para diminuir dificuldades de aprendizagem e aflorar o interesse do aluno pelas disciplinas das áreas STEM. Neste contexto a proposta elaborada foi composta por 4 etapas, que envolvem os cinco passos da metodologia, detalhadas no quadro 01 abaixo. A turma era composta por 38 estudantes, de uma escola particular de uma cidade da região metopolitana de Curitiba-PR. Eles foram divididos em grupos de no máximo sete pessoas.

Quadro 01: Etapas das atividades

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A primeira etapa tinha por objetivo familiarizar os estudantes com a proposta e instigá-los a projetar uma montanha russa com materiais de baixo custo. Os materiais necessários para elaboração foram canudos, papelão, bola de pingue pongue, cola quente, tesoura e régua. Relacionando com a etapa descrita ela faz parte dos dois primeiros passos indicados para aplicação da metodologia STEM, que são investigar e descobrir. Nestes passos espera-se que os estudantes consigam idealizar um projeto de construção, apontando e discutindo elementos que levarão ao funcionamento da montanha russa.

A segunda consistiu em construir de fato a montanha russa utilizando os materiais indicados. Durante a construção foram apresentados elementos dos conceitos de energia, conforme a necessidade e questionamento dos estudantes. Esta etapa agrega o terceiro passo da metodologia STEM que é criar. Aqui os estudantes construíram a montanha russa de fato e realizaram os ajustes necessários para que a bolinha chegasse ao destino proposto.

Na terceira etapa os estudantes utilizaram uma balança para medir a massa da bola de pingue-pongue, sabendo a massa da bola eles calcularam as alturas dos declives, podendo descobrir aproximadamente a velocidade com que a bola descia e as energias envolvidas. O objetivo desta etapa está relacionado ao passo quatro da metodologia que indica que os estudantes devem conectar as ideias propostas na construção aos conceitos que regem a física existente na montanha russa.

Para finalizar os estudantes nomearam as montanhas russas e elaboraram cartazes que continham os cálculos aproximados. Esta etapa envolveu o último passo da metodologia que é refletir. Nesta etapa os estudantes elaboraram e apresentaram aos colegas os cartazes elaborados. Ao confeccionar os cartazes e apresentar aos colegas os estudantes realizaram uma síntese do que foi abordado na atividade.

A professora foi peça fundamental na orientação das atividades. Para realização das atividades os estudantes foram deslocados para uma sala maior onde existiam mais tomadas para utilização da cola quente. Destacamos a existência de um espaço que acomode os estudantes e que permita a realização da atividade.

## Discussão e Resultados

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Os objetivos da aprendizagem STEM em aliar o foco econômico com ações visando o bem estar social e ambiental, desenvolver a capacidade de criar e desenvolver algo com facilidade e gerar predisposição de responder de forma consciente ao objetivo social, foram atingidos durante a realização das atividades os estudantes experimentaram e vivenciaram o pensamento científico de maneira interpretativa e reflexiva por meio da construção da montanha russa. Esta atividade deixou as portas abertas para projetos mais ousados com maior uso da tecnologia e aguçou a criatividade e interesse dos estudantes.

Os estudantes foram muito receptivos a proposta e se dedicaram bastante na execução da atividade. O capricho e a criatividade foram destaque na apresentação das montanhas - russas. A primeira etapa, realizada em sala de aula, teve muitos questionamentos e empolgação por parte dos estudantes. Na segunda etapa foi necessário sair da sala de aula e ir para outra devido ao número de tomadas para uso da cola quente. Nesta etapa a professora auxiliou os estudantes explicando e discutindo conceitos de energia que ajudaram a elaborar e construir a montanha russa. Podemos ver a construção de duas das montanhas russas na figura 01.

Figura 01: Etapa 2- Construção

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Durante a realização da terceira etapa os alunos primeiramente realizaram medidas de altura e comprimento das montanhas russas. Após, devido aos números quebrados, os estudantes puderam utilizar calculadora. Medimos a massa das bolas de pingue pongue e relembramos as equações que poderiam ser utilizadas. Alguns estudantes calcularam a velocidade aproximada da bolinha, ao chegar a parte mais baixa da montanha russa, utilizando as equações do MRU e MRUV. Este fato foi muito importante para fazer a conexão dos conceitos de energia com os conteúdos já vistos. Na figura 02 podemos observar os estudantes confeccionando os cartazes com os cálculos obtidos.

Figura 02: Etapa 3 e 4- Cálculos e elaboração dos cartazes

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A confecção dos cartazes e apresentação foi um momento de descontração e questionamentos. Os estudantes testaram as montanhas russas dos colegas e analisaram os cartazes. Para finalizar as montanhas russas e os cartazes foram expostos no hall de entrada da escola para apreciação, conforme a figura 03.

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Figura 03: C artazes e Montanhas Russas expostas na escola

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Pudemos observar que os estudantes construíram um aprendizado com significado sobre os conceitos básicos de Energia e Conservação de energia. Eles demonstraram autonomia, curiosidade protagonismo, perseverança, criatividade, pensamento crítico, colaboração e gestão de tempo, características processuais da metodologia STEM.

## Conclusão

Fazer uso dos métodos STEM requer uma construção coletiva entre professores e estudantes, pois é um desafio diante do modelo de ensino vigente em grande parte das escolas. As atividades garantem a identificação de uma gama de oportunidades que surgem com a prática de estudo e métodos aplicados. Essa abordagem STEM exige um maior grau de colaboração em todos os ambientes educacionais no planejamento e entrega de atividades. Os processos abordados devem refletir a combinação de investigação científica, design e tecnologia, engenharia inovadora e aplicações que permitem que os avanços tecnológicos. Como desafio de metodologia o principal fator a ser trabalhado é a alteração de ambientes sair de atividades previstas para um contexto de alto desempenho. (AMARAL e SANTOS, 2015).

A experimentação foi a atividade que evidenciou melhor a aprendizagem dos estudantes, pois esta requereu o protagonismo deles e a retomada dos conhecimentos prévios deles para a tomada de decisões no momento da realização da mesma. Diante disso, podemos dizer que o objetivo deste trabalho, que era de apresentar os resultados do desenvolvimento da metodologia STEM, utilizada no Sistema Educacional Positivo, foi alcançado e que os estudantes apresentaram motivação e envolveram-se na resolução de problemas; conseguiram realizar as atividades em equipes com êxito e obtiveram um aprendizado significativo.

Com isso, pode-se concluir que a metodologia STEM mostra-se como uma metodologia eficaz para o ensino e aprendizagem de conceitos de Energia, na disciplina de Física do ensino Médio; contribui para o desenvolvimento da autonomia, curiosidade, protagonismo, perseverança, criatividade e pensamento crítico, características processuais dessa metodologia.

## Referências

AMARAL, L. M.; SANTOS, L. L. Metodologias Ativas Framework Educacional do Processo de Implantação da Metodologia STEM Educacional Faculdade ENIAC-

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