METODOLOGIAS ATIVAS NO ENSINO DE FÍSICA: A UTILIZAÇÃO DA PEER INSTRUCTION EM AULAS DE PRÁTICAS EXPERIMENTAIS NA GRADUAÇÃO

## METODOLOGIAS ATIVAS NO ENSINO DE FÍSICA: A UTILIZAÇÃO DA PEER INSTRUCTION EM AULAS DE PRÁTICAS EXPERIMENTAIS NA GRADUAÇÃO

## Brenner Camilo dos Santos Ferreira , João Paulo Casaro Erthal 1 2

1 Universidade Federal do Espírito Santo, brennercsferreira@gmail.com

2 Universidade Federal do Espírito Santo / Departamento de Química e Física, jperthal@gmail.com

## Resumo

Este trabalho teve como objetivo verificar a viabilidade e as potencialidades da utilização da metodologia Peer Instruction em aulas experimentais no laboratório de Física para cursos de graduação. Esta técnica é baseada na filosofia de Aprendizagem Ativa, na qual o aluno se torna o personagem principal do processo de ensino e aprendizagem, que deixa de ser focado apenas na atividade do professor. Apesar de existir desde o início da década de 1990, o uso da Peer Instruction é restrito às aulas teóricas e não foram encontrados relatos de trabalhos sobre sua utilização em aulas experimentais de laboratório. Em vista disso, essa investigação se faz necessária, uma vez que as disciplinas de Física experimental são, geralmente, baseadas em roteiros previamente definidos que são seguidos pelos alunos sem que estes se atentem ou reflitam sobre o fenômeno que estão observando. Para avaliar a utilização da técnica nessas aulas, foi desenvolvida uma metodologia adaptada para sua aplicação, buscando o melhor formato para seu uso nessas disciplinas. A coleta de dados se deu pelas respostas dos estudantes às questões da Peer Instruction, aos pós-testes e ao questionário avaliativo. Ao final da pesquisa, conclui-se que é viável utilizar a metodologia em aulas experimentais e que fazê-lo não implica em prejuízo para os alunos, tanto em termos de aprendizagem quanto na realização da prática experimental.

Palavras-chave : Peer Instruction , Aprendizagem Ativa, Aulas de práticas experimentais.

## Introdução

Aulas baseadas em métodos de ensino tradicionais já não conseguem, atualmente, ser tão atrativas aos alunos, que se desinteressam facilmente em explicações orais exaustivas, centradas somente no professor, nas quais o aluno é apenas o receptor das informações (ALBERTS, 2012; MAZUR, 2015). Com base nisso, novas metodologias estão surgindo, colocando o aluno no centro do processo de ensino-aprendizagem, tornando-o parte ativa das aulas. Esse tipo de metodologia, denominada Aprendizagem Ativa, está se popularizando no ensino de diversas áreas do conhecimento, com estratégias diferentes sendo elaboradas por professores e pesquisadores para despertar o interesse dos alunos durante as aulas.

Um método bastante conhecido de Aprendizagem Ativa é a Peer Instruction (PI), desenvolvida pelo professor de Física Eric Mazur, da Universidade de Harvard. Nesse método, de forma geral, a aula é reestruturada da seguinte maneira:

- 1. o aluno deve fazer uma leitura prévia do material a ser estudado antes da aula;

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- 2. no início da aula, há um pequeno teste, com duração de aproximadamente cinco minutos, sobre o material lido;
- 3. o restante da aula é dividido em períodos de dez a quinze minutos para cada tópico a ser discutido;
- 4. cada período se inicia com uma rápida explicação do professor sobre o tópico;
- 5. a seguir, há um Teste Conceitual com uma questão de múltipla escolha sobre o assunto. Os estudantes têm um minuto para escolher a resposta correta. Cada aluno deve optar por uma alternativa individualmente, sem se comunicar com seus colegas;
- 6. após este procedimento, os estudantes têm permissão para discutir com seus colegas sobre a questão e são incentivados a explicar quais foram os motivos da sua escolha e tentar convencê-los que a alternativa escolhida é a correta;
- 7. após um ou dois minutos de discussão entre os colegas, o Teste Conceitual mostrado no item 5 é repetido.

## Segundo Mazur,

a proporção de estudantes que escolhem a alternativa correta sempre aumenta após a discussão, o que sugere que os alunos têm sucesso explicando seus argumentos e, no processo, estão ensinando uns aos outros. (MAZUR, 1997, p. 983, tradução nossa)

Ou seja, a PI traz benefícios a todos os estudantes: os que não escolheram a alternativa correta anteriormente compreendem a resposta certa após a discussão; já os alunos que acertaram, devem formular seu raciocínio de forma coerente para que possam explicar e convencer seus colegas.

Devido à particularidade dos alunos se tornarem 'tutores temporários' dos colegas, a PI tem uma relação muito grande com a teoria de aprendizagem de Lev Vygotsky. Nessa teoria, segundo Prass:

[...] a aprendizagem é produzida a partir de uma Zona de Desenvolvimento Atual até alcançar os limites de autonomia possível a partir desta base, definidos pela Zona de Desenvolvimento proximal. E é nessa fase que torna-se indispensável a presença de um mediador, seja ele um objeto, uma ferramenta, um experimento, a conversa com um colega, um professor, um adulto, enfim, alguém mais preparado, para que ocorra a compreensão significativa deste conhecimento. (PRASS, 2013, p. 1).

Nas aulas que se baseiam no ensino tradicional, a figura mais próxima do mediador é o professor. Porém, na PI, os próprios alunos passam a ser mediadores e contribuem com a aprendizagem de seus colegas para que os conhecimentos que estes possuem em sua Zona de Desenvolvimento Proximal possam ser internalizados e automatizados e passem a ser conhecimentos de uma nova Zona de Desenvolvimento Atual.

Para Mazur, outro benefício da PI é:

[...] que os estudantes são capazes de ensinar os conceitos uns aos outros de forma mais eficiente do que seus professores. Uma explicação provável é que os estudantes, os que são capazes de entender o conceito que fundamenta a questão dada, acabaram de aprender a ideia e ainda estão

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cientes das dificuldades que tiveram que superar para compreender o conceito envolvido (MAZUR, 2015, p. 13).

Portanto, os alunos podem não entender o que um professor experiente, com um bom domínio do conteúdo, está explicando, justamente pelo fato deste não lembrar quais foram as suas dificuldades enquanto estudava esse conteúdo. Ele, então, passa a não descrever com o mesmo esmero tais partes. O aluno que acabou de compreender o conteúdo, por outro lado, está com as dificuldades que foram superadas ainda recentes em seu pensamento e, portanto, terá mais atenção a esses detalhes no momento que estiver discutindo com seus colegas sobre a questão apresentada.

Diversos estudos (ARAUJO e MAZUR, 2013; CROUCH e MAZUR, 2001; OLIVEIRA, VEIT e ARAUJO, 2015) mostram que é válido utilizar o PI nas aulas teóricas, pois melhora o entendimento dos alunos sobre o assunto e sua capacidade de resolução de problemas. Entretanto, não foi encontrada na literatura nenhuma referência sobre sua aplicação em disciplinas de laboratório, de caráter experimental. Nessas aulas, o ensino tradicional ainda é predominante, com explicações expositivas centradas no professor e os alunos apenas seguindo as 'receitas' descritas nos roteiros, sem observar e refletir suficientemente sobreos fenômenos que estão estudando (CARVALHO, 2010). Sendo assim, a utilização da PI nessas disciplinas pode ser uma alternativa às aulas expositivas para trazer o aluno para o centro do processo de ensino, fazendo-o participar ativamente das aulas.

Considerando tal fato, é válido pesquisar se a metodologia Peer Instruction é uma alternativa para fazer os alunos participarem mais dessas aulas e se atentarem também à prática experimental ao invés de apenas coletar os dados e calcular os resultados. Nessa perspectiva, este trabalho objetivou verificar a viabilidade e a potencialidade da utilização desta metodologia, como recurso auxiliar, em aulas de Física Experimental na graduação.

## Metodologia

Esta é uma pesquisa de natureza básica, utilizando-se de uma abordagem tanto qualitativa quanto quantitativa de um estudo exploratório com procedimentos do tipo experimental. A aplicação foi feita em duas turmas do 3º período do curso de Engenharia Química do Centro de Ciências Agrárias e Engenharias da Universidade Federal do Espírito Santo, durante a disciplina de Física Experimental I. Esta disciplina tem um total de 10 experimentos que abordam temas de Mecânica, Hidrostática e Termodinâmica. A PI foi aplicada em nove desses experimentos, sendo um excluído devido à dificuldade em elaborar perguntas adaptadas ao método para a prática experimental em questão.

Foram coletados três tipos de dados para análise: as respostas dos alunos às questões da PI, aos pós-testes e ao questionário de avaliação da metodologia. Como o foco das aulas experimentais são os experimentos, as etapas da PI descritas por Mazur (2015) foram adaptadas a esse contexto. A PI foi utilizada em uma das turmas escolhidas, aqui denominada 'Classe de aplicação', com 16 alunos, enquanto na outra turma, referida como 'Classe de comparação', com 10 alunos, foram obtidos dados para comparação, sendo a aula conduzida no formato habitual, com foco na explicação expositiva do professor.

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Na Classe de aplicação, o tema do experimento a ser realizado na semana seguinte era indicado aos alunos para que eles pudessem fazer a leitura prévia do assunto e do roteiro da prática experimental. A utilização da PI acontecia sempre no início da aula, antes do procedimento experimental, a partir de três questões sobre a teoria e/ou sobre a prática experimental a ser realizada. O professor iniciava uma breve explanação sobre determinados tópicos que culminavam em cada uma das questões.

A cada questão, o critério de porcentagens sugerido por Mazur (2015) era seguido para a formação ou não dos grupos de discussão, sendo que, se menos de 25% dos alunos respondessem corretamente na primeira tentativa, havia uma segunda explicação sobre o tema e reaplicação da questão; se a taxa de acerto ficasse entre 25% e 75%, o professor formava os grupos de discussão com, no mínimo, um aluno que havia respondido corretamente em cada grupo; se mais de 75% dos alunos respondessem corretamente, o professor explicava brevemente a alternativa correta e passava à questão seguinte. Para exemplificar como eram as questões aplicadas, a seguir são apresentadas uma questão sobre a teoria e outra sobre a prática experimental do experimento sobre Empuxo.

Questão A - Dois objetos feitos do mesmo material e com massa e volume idênticos são submersos em água. O primeiro está imediatamente abaixo da superfície e o segundo está a uma profundidade maior. É correto afirmar que:

- 1. a força de empuxo que atua sobre o primeiro objeto é maior do que sobre o segundo.
- 2. a força de empuxo que atua sobre o segundo objeto é maior do que sobre o primeiro.
- 3. a força de empuxo que atua sobre o primeiro objeto é igual à que atua sobre o segundo.
- 4. Não há força de empuxo atuando sobre nenhum dos dois objetos.

Questão B - No experimento que será realizado hoje é necessário encontrar a densidade do líquido 'desconhecido' de quatro formas diferentes. Quais maneiras são essas?

- 1. Por meio da equação do empuxo; do densímetro; da razão entre massa e volume; da densidade relativa em relação à densidade da água.
- 2. Por meio da equação do empuxo; da densidade relativa em relação à densidade da água; da razão entre massa e volume; da diferença entre o peso real e o peso aparente de um objeto dentro do líquido.
- 3. Por meio da equação do empuxo; do densímetro; da razão entre massa e volume; da diferença entre o peso real e o peso aparente de um objeto dentro do líquido.
- 4. Por meio da equação do empuxo; do densímetro; da densidade relativa em relação à densidade da água; da diferença entre o peso real e o peso aparente de um objeto dentro do líquido.

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As respostas dos alunos às questões da PI foram analisadas quanto à taxa de acertos e erros antes e depois das discussões em grupo. Cabe salientar que o processo de votação foi realizado utilizando cartões de resposta ou flashcards .

Os pós-testes continham questões conceituais sobre o experimento e eram aplicados na semana seguinte à prática experimental nas duas classes. Apesar da possibilidade do fator 'memorização' influenciar nas respostas, tal fato foi considerado irrelevante visto que ambas as turmas foram expostas ao conteúdo uma semana antes do pós-teste, estando, assim, nas mesmas condições para realizá-lo. O único fator que diferenciava as aulas de cada turma era a utilização da PI na Classe de Aplicação, enquanto na Classe de Comparação, a explicação inicial do professor era unicamente expositiva. As respostas dos alunos aos pós-testes foram analisadas com base em uma chave de correção previamente elaborada, contendo os principais conceitos que deviam estar presentes na resposta e observando as relações entre os termos feitas pelos alunos, sendo atribuídas notas de zero a um para cada pós-teste.

O questionário da avaliação da metodologia foi desenvolvido com itens de Likert para mensurar a opinião dos alunos quanto à forma como a PI foi utilizada nas aulas. Ao todo, foram seis itens de Likert relacionados ao tempo disponível para as respostas, a coerência das questões apresentadas e se a metodologia ajudou no desenvolvimento das práticas experimentais. Os alunos escolhiam a alternativa que melhor refletia sua opinião sobre o item, variando de descordo totalmente até concordo totalmente, e cada opinião era convertida em um número de um a cinco. A análise desses dados foi feita com base na metodologia descrita por Vieira (2009), na qual a média dos valores convertidos das respostas dos alunos é calculada e cria-se uma escala de Likert para avaliar a opinião geral dos alunos, sendo que média próxima a 1 representa total desaprovação da metodologia da forma como foi utilizada e média próxima a 5 representa total aprovação da metodologia da forma como foi utilizada.

Além disso, o questionário também tinha uma segunda parte com questões abertas pedindo sugestões dos alunos para possíveis melhorias na utilização da metodologia para que se possa utilizá-la de forma mais eficiente no futuro, cujo preenchimento por parte dos alunos era opcional.

## Resultados e discussões

A seguir, são apresentados os resultados obtidos durante a pesquisa, assim como a análise destes resultados com base no que foi descrito na seção Metodologia.

## Questões da Peer Instruction

A Figura 1 apresenta os dados das médias dos alunos nas questões da PI durante todo o semestre com relação aos acertos e erros antes e depois das discussões. A porcentagem média dos alunos que acertaram as questões antes das discussões foi 59,93%, sendo que, após a discussão em grupo, essa média aumentou para 82,85%. Dos alunos que erraram a questão na primeira tentativa, 70,53% foram convencidos pelos colegas a mudar sua resposta e acertaram a questão. Esses números são coerentes com os apresentados em estudos sobre a metodologia e mostram a efetividade da discussão no entendimento dos alunos

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sobre o conteúdo. O alto índice de acertos, de quase 60% antes da discussão, também evidencia a boa preparação dos alunos antes da aula, estudando o material indicado pelo professor.

Outros dados que mostram a efetividade das discussões entre os alunos foram: das 27 questões apresentadas durante o semestre, em apenas uma houve redução do número de alunos que responderam corretamente ao se comparar as respostas antes e depois da discussão entre os colegas; e em outras duas questões, estudantes que haviam acertado na primeira tentativa foram convencidos pelo restante do grupo a mudar de opinião. Esses dados vão de encontro à afirmação de Mazur que o número de estudantes que acertaram à questão sempre aumenta após a discussão. Apesar de serem raros os casos nos quais isto acontece, é possível haver redução na quantidade de respostas corretas após a discussão.

Figura 1 : Porcentagem média dos acertos e erros dos alunos às questões da PI antes e depois das discussões.

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## Pós-testes

As notas médias das duas turmas nos pós-testes, assim como a média total ao longo do semestre, estão apresentadas no Quadro 1. Em apenas dois pós-testes a Classe de Comparação teve média maior do que a Classe de Aplicação. É possível notar que as médias são bem similares na maioria dos testes, assim como na média total, sendo a média total da Classe de Aplicação superior à da Classe de Comparação. Esse resultado mostra que é positivo utilizar a PI nas aulas, visto que não há prejuízo na aprendizagem dos alunos e, possivelmente, pode ser um método mais eficiente do que métodos expositivos habitualmente utilizados nessas aulas.

Quadro 01: Nota média das duas turmas nos pós-testes.

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## Avaliação da Metodologia

A partir da resposta dos alunos aos itens de Likert, foi construída uma escala de Likert para analisar o escore médio da turma em cada pergunta. Este escore pode ser visto na Figura 2. De forma geral, a metodologia foi bem avaliada pelos alunos. O escore médio total, isto é, contabilizando todas as questões, foi de 4,59, sendo 5 o valor máximo, com coeficiente de variação de 13,2%, valor este que pode ser considerado como pequeno e mostra homogeneidade nas respostas dos alunos. O item que teve menor escore médio foi o item 1, que diz respeito ao tempo disponibilizado para pensar individualmente na resposta das questões. Mesmo sendo o menor valor registrado, o escore médio do item foi de 4,125, o que caracteriza uma boa avaliação deste aspecto pelos alunos.

Figura 2: Escala de Likert referente ao escore médio de cada questão.

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Com relação às questões abertas, 93,75% dos alunos responderam que gostariam que a PI fosse utilizada em outras disciplinas. No que diz respeito aos aspectos positivos da metodologia, os pontos mais comentados foram: melhor entendimento da matéria, citados 31,25% dos alunos; ajuda na fixação do conteúdo, 18,75%; e prepara melhor o aluno para a aula, 18,75%. Apenas dois aspectos negativos foram citados: a metodologia consome muito tempo quando o aluno não se prepara (6,25%) e que o tempo disponibilizado para responder às questões era curto (12,5%). Os alunos ainda sugeriram duas melhorias para futuras aplicações da metodologia: disponibilizar mais tempo para a PI (12,5%) e utilizar mais questões sobre a teoria (18,75%).

## Considerações Finais

Após a apresentação e análise dos resultados obtidos ao longo da pesquisa, é possível afirmar que é viável utilizar a Peer Instruction em aulas experimentais. A metodologia estimulou a participação dos alunos durante a explicação inicial, algo que no formato usual dessas aulas é quase exclusivo do professor, além de aumentar a preparação prévia e o interesse dos alunos sobre o conteúdo, sendo

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que, nos experimentos finais, era comum alguns estudantes fazerem perguntas sobre a teoria e a prática experimental antes mesmo do início da aula.

A metodologia tem o potencial de tornar as aulas de Física Experimental mais dinâmicas, com alunos mais participativos e melhor preparados para a atividade que será realizada além dos benefícios apresentados na seção Introdução deste artigo, que também se aplicam às aulas experimentais.

Em suma, todos os resultados obtidos nesta pesquisa são favoráveis à utilização da Peer Instruction em aulas experimentais. Inicialmente, a metodologia pode causar estranhamento por parte dos alunos, entretanto, a tendência é que, após algumas aulas com essa metodologia, eles se acostumem com as etapas do processo e aumente o interesse e o engajamento desses nas discussões de cada questão.

## Referências

ALBERTS, B. Trivializing Science Education. [Editorial] Science . v. 335, n. 6066. p. 263, 2012.

ARAUJO, I. S.; MAZUR, E. Instrução pelos colegas e ensino sob medida: Uma proposta para o engajamento dos alunos no processo ensino-aprendizagem de Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física . v. 30, n. 2, p. 362-384, 2013.

CARVALHO, A. M. P. As práticas experimentais no ensino de Física. In: CARVALHO, A. M. P (Org.) Coleção Ideias em Ação: Ensino de Física. São Paulo: Cengage Learning, 2010. p. 53-78.

CROUCH, C. H.; MAZUR, E. Peer Instruction: Ten years of experience and results. American Journal of Physics . v. 69, n. 9, p. 970-977, 2001.

MAZUR, E. Peer Instruction: a revolução da aprendizagem ativa . Trad. Anatólio Laschuk. Porto Alegre: Penso, 2015. 252 p.

MAZUR, E. Peer Instruction: Getting students to think in class. In: REDISH, E. F.; RIGDEN, J. S. (Ed.) The changing role of physics departments in modern universities . Maryland: American Institute of Physics, 1997. p. 981-988.

OLIVEIRA, V.; VEIT, E. A.; ARAUJO, I. S. Relato de experiência com os métodos Ensino sob Medida (Just-in-Time Teaching) e Instrução pelos Colegas (Peer Instruction) para o Ensino de Tópicos de Eletromagnetismo no nível médio. Caderno Brasileiro de Ensino de Física . v. 32, n. 1, p. 180-206, 2015.

PRASS, S. G. L. ZDP de Vygotsky na prática: Como a técnica 'Peer Instruction' de ensino e aprendizagem coloca os alunos a favor da (sua própria) educação? Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática, Universidade de Caxias do Sul, 2013. Disponível em: www.arcos.org.br/download.php?codigoArquivo=587 Acesso em 28/11/2017.

VIEIRA, S. Como elaborar questionários . São Paulo: Atlas, 2009. 176 p.

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