LIXO ELETRÔNICO NA INSTRUMENTAÇÃO PARA O ENSINO DE FÍSICA: APLICAÇÃO E ANÁLISE DE UMA ATIVIDADE INVESTIGATIVA SOBRE CINEMÁTICA

## LIXO ELETRÔNICO NA INSTRUMENTAÇÃO PARA O ENSINO DE FÍSICA: APLICAÇÃO E ANÁLISE DE UMA ATIVIDADE INVESTIGATIVA SOBRE CINEMÁTICA

*Graciene Carvalho Vieira , Lucas Drumond de Magalhães Cabral , Edson José 1 2 de Carvalho 3

## Resumo

A utilização de atividades experimentais no ensino de Física é considerada por muitos professores como importantes para o processo de ensino-aprendizagem. Porém nem todos os estudantes têm acesso a esse tipo de atividade na educação básica, sendo que um dos motivos é a ausência de equipamentos experimentais nas escolas. Neste trabalho apresentamos um equipamento de baixo custo criado com componentes retirados do lixo eletrônico, visando o estudo de conteúdos relacionados à cinemática. A atividade aplicada, em uma turma de 1° ano do Ensino Médio de uma escola pública do interior de Minas Gerais, teve um caráter investigativo com o intuito de propiciar uma maior liberdade aos estudantes. Para a coleta de dados foram utilizados os materiais produzidos pelos estudantes além do caderno de campo da pesquisa. Para a análise dos dados foi utilizada a técnica de Análise de Conteúdo. Percebemos que além de despertar a curiosidade dos estudantes a atividade proporcionou momentos de interação entre eles.

Palavras-chave : Atividades experimentais. Lixo eletrônico. Experimentos de baixo custo.

## Introdução

A tecnologia tem se desenvolvido rapidamente nas últimas décadas, sendo que cada vez mais rápido surgem novos equipamentos e ferramentas que visam tornar mais práticas as realizações de determinadas tarefas. Em contrapartida, a velocidade de descarte desses equipamentos também tem aumentado, seja porque se tornaram obsoletos (em virtude de um equipamento mais moderno ou nova tecnologia) ou porque o reparo não apresenta um custo viável, originando a forma de lixo que mais cresce no mundo.

Podemos chamar de lixo eletrônico, ou e-lixo, os resíduos materiais provenientes do descarte de equipamentos eletroeletrônicos tais como telefones celulares, impressoras e computadores. Com o avanço da tecnologia, cada vez mais rápido os aparelhos se tornam obsoletos e são descartados, contribuindo assim para o crescente aumento de e-lixo. Segundo o E-Waste World Map 1 (Mapa Global do elixo) essa é a forma de lixo que mais cresce no mundo atualmente, sendo que em 2014 foram gerados aproximadamente 41,9 milhões de toneladas de lixo eletrônico no mundo.

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Considerando que muitos equipamentos descartados possuem diversos componentes em bom estado de funcionamento, observamos que podemos utilizálos para a construção de equipamentos didáticos de baixo custo. Desta forma, podese minimizar a falta de laboratórios didáticos nas escolas e ao mesmo tempo contribuir para o prolongamento da vida útil de componentes que seriam descartados.

Assim, neste trabalho relatamos a criação de um equipamento montado com componentes retirados do e-lixo, a elaboração de atividade que explora este equipamento e a análise da aplicação desta atividade em uma turma de Ensino Médio. A atividade foi desenvolvida com um caráter investigativo concedendo aos estudantes uma participação mais ativa. Além da experimentação, o tema lixo eletrônico foi abordado em sala de aula salientando os efeitos do descarte incorreto de e-lixo e a obsolescência, caracterizando um enfoque CTSA (Ciência,Tecnologia, Sociedade e Ambiente).

## Atividades experimentais e atividades investigativas

Uma metodologia que é muitas vezes considerada essencial no ensino de Física é a realização de atividades experimentais. Para Alís et al. (2006), as atividades experimentais são aspectos chaves no processo de ensino e aprendizagem das ciências, pois podem despertar a curiosidade, suscitar discussões, demandar reflexões, elaboração de hipóteses, ensinar a analisar os resultados e expressá-los corretamente e favorecer uma melhor percepção da relação entre ciência e tecnologia.

Porém, alguns autores, como (ALÍS et al. , 2006; LABURÚ et al. , 2007), apontam que boa parte dos estudantes termina a educação básica sem ter tido a oportunidade de realizar esse tipo de atividade nas aulas de Física. Segundo Borges (2002) entre as justificativas para tal fato está a falta de espaço e equipamentos adequados na escola.

Por outro lado, quando os estudantes têm oportunidade de realizar atividades experimentais, geralmente elas são realizadas como 'receita de bolo'. Assim, os alunos executam procedimentos pré-estabelecidos pelo professor havendo pouca ou nenhuma troca de ideias significativas sobre o assunto estudado, como apontado por Carvalho (2010).

Uma forma de promover uma participação mais ativa por parte dos estudantes é a utilização de atividades investigativas. De acordo com Azevedo (2004) as atividades investigativas são um método importante no ensino de Física, pois levam os alunos a pensar e aplicar seus conhecimentos teóricos e matemáticos em situações novas. Nesse tipo de abordagem, o professor propõe um problema para os alunos resolverem, sendo esse problema 'uma situação para a qual não existe solução imediata obtida pela aplicação de uma fórmula ou algoritmo' (BORGES, 2002, p.303). Assim, os estudantes são levados a refletirem sobre o problema exposto, sendo instigados a elaborar hipóteses para a resolução. Depois de elaborar as hipóteses os alunos começam a pensar em estratégias para resolver o problema, definindo assim o plano de trabalho. Após a elaboração do plano de trabalho, os estudantes iniciam a investigação. Nessa fase são realizados os procedimentos para coletar dados. Os estudantes realizam os procedimentos que tinham proposto e verificam se assim é possível chegar à resolução, caso contrário

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estabelecem novos procedimentos. Por fim os alunos apresentam os resultados obtidos e suas conclusões.

## Metodologia

A realização deste trabalho percorre os seguintes passos metodológicos: a) idealização e construção de um equipamento com componentes retirados do e-lixo, b) elaboração de uma atividade investigativa para se explorar determinados conteúdos, c) aplicação e coleta de dados, d) análise.

## Descrição do equipamento

O equipamento utilizado (Figura 1) é composto por uma base de madeira onde são afixados um motor, duas engrenagens de raios diferentes e uma polia. As engrenagens foram retiradas de cartuchos de impressoras e o motor foi retirado de um HD. Para fazer a alimentação elétrica do motor foi utilizado um carregador de celular. Há também uma escala de papel colada no equipamento que pode ser utilizada na tomada de referências e medições.

As duas engrenagens estão acopladas, sendo que uma delas tem seu eixo acoplado a um motor. Um eixo é colocado no centro das duas engrenagens. Um cordão, feito com um fio fino de costura, que tem um pedaço de fita adesiva vermelha colada, é colocado com uma extremidade no eixo de uma das engrenagens e a outra extremidade na polia. Ao ligarmos o motor, as duas engrenagens giram. Como o cordão está ligado a uma das engrenagens, ela faz com que o cordão se desloque.

Figura 01: Montagem experimental para o estudo de conceitos de cinemática

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Para efeito de entendimento deste texto, explica-se que a velocidade com que cada engrenagem faz o cordão se mover depende do diâmetro de cada uma. Pontos que se localizam nas extremidades das duas engrenagens giram com a mesma velocidade tangencial. Porém, como estas possuem diâmetros distintos, giram com diferentes velocidades angulares. Como realiza mais voltas por intervalo de tempo, a engrenagem menor fará com que o cordão se desloque mais rapidamente.

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## Descrição da atividade

A atividade inicia-se com uma explicação aos estudantes sobre a confecção do equipamento, abordando o fato de terem sido utilizadas peças retiradas do lixo eletrônico. Assim, pretende-se discutir o que é essa forma de lixo, os impactos ambientais causados pelo descarte incorreto e as formas de obsolescência.

Em seguida, visando a realização de um trabalho investigativo, a atividade contempla os seguintes passos:

- - apresentação do equipamento e exploração do mesmo pelos estudantes;
- - problematização, apresentação da questão de investigação;
- - formulação de hipóteses por parte dos alunos;
- -formulação de um plano de trabalho que tem como objetivo traçar estratégias para a resolução da questão de investigação;
- -resolução do problema com a execução do plano de trabalho e a verificação das hipóteses;
- -elaboração de conclusões e adequações nas hipóteses e planos de trabalho;
- -transposição do conhecimento, os alunos devem correlacionar o experimento realizado com situações ou aplicações práticas/cotidianas.

## Aplicação e coleta de dados

As atividades foram aplicadas a 33 estudantes de uma turma de 1° ano do Ensino Médio de uma escola pública da cidade de Congonhas (MG).

Os estudantes formaram quatro grupos. A partir de então, passou-se para a etapa de problematização onde foi apresentada a questão investigativa que os grupos deveriam resolver. Foi entregue um equipamento para cada grupo juntamente com um roteiro em que eles deveriam fazer anotações. Para a tomada de medidas os estudantes poderiam utilizar réguas, os cronômetros de seus aparelhos celulares e qualquer outro material que julgassem necessário.

- O equipamento foi apresentado e seu funcionamento foi explicado brevemente e o seguinte problema foi proposto: 'Qual engrenagem fará o cordão se deslocar mais rapidamente? Por quê?'. Foi pedido também que os estudantes calculassem a velocidade do cordão quando acoplado a cada uma das engrenagens.

Inicialmente os estudantes levantaram as hipóteses, que são as resoluções possíveis para o problema. Depois de levantadas as hipóteses, os alunos elaboraram o plano de trabalho, que é basicamente a forma como iriam tentar resolver o problema proposto.

A seguir os estudantes manusearam o equipamento, de acordo com o plano de trabalho elaborado, anotando os dados obtidos e verificando a necessidade de alterar ou adequar o plano. Após resolverem o problema, eles anotaram as conclusões, apresentando seus resultados, explicitando como resolveram o problema, explicando se as hipóteses iniciais foram comprovadas e o que foi

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possível concluir. Por fim, foi pedido que eles citassem exemplos de equipamentos ou situações do cotidiano que tivessem relação com o experimento utilizado.

## Análise de conteúdo

Para a análise dos dados foi usada a Análise de Conteúdo que é uma técnica utilizada para descrever e interpretar o conteúdo de textos, procurando compreender o seu significado em um nível que vai além da leitura comum (MORAES, 1999). Nesta técnica, uma etapa é a definição de categorias de análise. A elaboração de categorias, segundo Bardin (1977), é a ação de reagrupar os elementos conforme um conjunto de critérios. Visando avaliar a interação entre os pares e a relação de ensino-aprendizagem mediada pela instrumentação e investigação, neste trabalho foram consideradas as categorias apresentadas no Quadro 01.

Quadro 01: Categorias elaboradas para análise dos resultados

## Resultados e discussões

A seguir apresentaremos parte dos resultados obtidos e uma breve discussão sobre eles. Algumas respostas e/ou ações são apresentadas no Quadro 02 para exemplificar as categorias elaboradas.

Quadro 02: Exemplos de respostas e ações para cada categoria

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No momento de elaboração das hipóteses os estudantes discutiram bastante a respeito do problema. Em particular, o grupo 3 estava bem dividido. Alguns integrantes do grupo acreditavam que as duas engrenagens fariam o ponto se mover com a mesma velocidade, enquanto outros achavam que seria a engrenagem menor por ela estar diretamente ligada ao motor e ainda outros achavam que seria a engrenagem menor devido ao seu tamanho. Um consenso foi encaminhado no momento em que alguns integrantes do grupo optaram por movimentar as engrenagens com as mãos, observar o movimento e verificar a consistência do seu raciocínio utilizado no convencimento dos colegas. Cabe descrever que esta mesma estratégia foi utilizada por outros grupos que também manipularam o equipamento visando obervar o movimento das partes. Durante essa etapa pudemos observar ações e/ou atitudes que podem ser inseridas nas categorias I (interação com o equipamento) e II (interação com os pares).

Todos os grupos concluíram que a engrenagem menor faria o cordão se deslocar mais rapidamente. Contudo, os grupos utilizaram diferentes argumentos. Os grupos 1 e 4 explicam que isso acontece porque o tempo que a engrenagem menor leva para dar uma volta é menor que o tempo da engrenagem maior. O grupo 2 apoia sua conclusão no conceito de velocidade. Curiosamente, o grupo 3, onde a discussão foi mais intensa, apresentou uma hipótese sem justificativa. Talvez esse fato indique que os membros se convenceram pela observação da movimentação das peças, mas não houve consenso sobre o entendimento do movimento que observavam.

Uma observação pertinente retrata a dificuldade que todos os grupos tiveram em escrever aquilo que estavam dizendo. De maneira geral, observamos que a argumentação oral dos alunos é melhor elaborada do que a escrita.

Na etapa de elaboração do plano de trabalho os grupos 1 e 3 elaboraram um plano de trabalho mais próximo do esperado, apresentando uma sequência metódica da execução da medida de velocidade. O grupo 1 identificou a dificuldade inerente à medição de tempo e, na tentativa de reduzir este imprecisão, optou por medir o tempo em um certo número de voltas efetuadas pelo móvel. Por outro lado, o grupo 3 evidenciou a necessidade de se efetuar uma operação de razão entre a distância percorrida e o tempo gasto para tal ação afim de se calcular a velocidade. O grupo 4 fez uma descrição do que aconteceria quando o equipamento fosse ligado em cada uma das engrenagens, formularam hipóteses sobre o movimento a ser observado mas não apresentaram como fariam para calcular a velocidade em cada caso. Já o grupo 2 enuncia um esboço da definição do conceito de velocidade. Nos planos de trabalho apresentados pelos grupos 2 e 3 pudemos observar que eles apresentam uma fórmula para calcular a velocidade. Podemos inserir esse elemento na categoria III (apropriação/utilização de conceitos físicos). Já o grupo 4 apresentou hipóteses do que eles supunham que fosse ocorrer ao ligar o equipamento, sendo inserido na categoria IV (formulação de hipóteses).

Os grupos executaram o plano de trabalho que eles haviam elaborado para o cálculo da velocidade do cordão quando acoplado a cada uma das engrenagens. Durante a execução alguns grupos acharam difícil marcar o tempo de uma volta do cordão e optaram por contar um número maior de voltas e fazer a média do tempo.

Posteriormente elaboraram as conclusões. Foi um momento em que novamente os estudantes mostraram dificuldade em 'passar para o papel' aquilo que pensavam e falavam. A conclusão apresentada pelo grupo 3 não apresenta uma

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razão para o fato das engrenagens empregarem velocidades diferentes ao cordão. Mas eles utilizam o conceito de força, podendo ser uma resposta inserida na categoria III (utilização de conceitos físicos).

Por fim, os grupos citaram situações do cotidiano relacionadas ao que foi verificado na atividade experimental. Os grupos 1, 2 e 4 apresentam como exemplo a bicicleta. Porém, os grupos 1 e 4 já haviam mencionado a relação entre o experimento e a bicicleta no momento de elaboração das hipóteses, podendo ser inseridos na categoria V (estabelecer relações entre Ciência e tecnologia). O grupo 3 utiliza o conceito de velocidade uniforme (categoria III).

## Considerações finais

O objetivo desse trabalho foi utilizar lixo eletrônico para construir experimentos quantitativos que possam ser utilizados em atividades investigativas além de investigar como ocorre a interação dos alunos com este tipo de estratégia didática. Apresenta-se também uma alternativa para a viabilização da instrumentação nas aulas de Física, visto que o e-lixo é acessível, permite a confecção de equipamentos passíveis de medições quantitativas a baixos custos.

Além disso, procuramos aproveitar a questão da problemática ambiental decorrente da geração de e-lixo para inserir o enfoque CTSA nas atividades propostas.

Ao utilizar os experimentos em atividades investigativas, pretendíamos dar um grau de liberdade maior para o estudante de forma que ele participasse ativamente na construção de seu conhecimento alçando um ganho conceitual maior. Pelos comentários e observações podemos constatar que as atividades contribuíram para o aprendizado, na medida em que promoveram momentos de interação e discussão entre os estudantes. Notamos ainda a apropriação de conceitos físicos por parte dos estudantes que se utilizaram de grandezas como velocidade, distância, tempo e força para buscar repostas para a questão de investigação. Podemos concluir que os estudantes foram capazes de transpor o conhecimento a medida que conseguiram correlacionar o conteúdo estudado com aplicações práticas, questões sociais e ambientais.

## Referências

ALÍS, Jaime Carrascosa, et al. Papel de la actividad experimental en la educación científica. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 23, n. 2, p. 157-181, 2006.

AZEVEDO, Maria C. P. Stella de. Ensino por investigação: problematizando as atividades em sala de aula. In: Ensino de Ciências unindo a pesquisa e a prática , p. 19-34, 2004.

BALDÉ, C.P.; WANG, F.; KUEHR, R.; HUISMAN, J. The global e-waste monitor. United Nations University. IAS-SCYCLE, Bonn, Germany, 2014.

BARDIN, Laurence. Análise de conteúdo . Lisboa: Edições 70, 1977. 229 p.

BORGES, Antônio Tarcísio. Novos rumos para o laboratório escolar de Ciências. Caderno Brasileiro de ensino de Física . Florianópolis, v.9, n.3, p. 291-313, dez. 2002.

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CARVALHO, Anna Maria Pessoa de. As práticas experimentais no ensino de Física. In: Coleção Ideias em Ação: Ensino de Física . São Paulo: Cengage Learning, p. 53-75. 2010.

LABURÚ, Carlos Eduardo; BARROS, Marcelo Alves; KANBACH, Bruno Gusmão. A relação com o saber profissional do professor de Física e o fracasso da implementação de atividades experimentais no Ensino Médio. Investigações em Ensino de Ciências , v. 12, n. 3, p. 305-320, 2007.

MORAES, Roque. Análise de conteúdo. Revista Educação, Porto Alegre , v. 22, n. 37, p. 7-32, 1999.

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