UTILIZAÇÃO DE KITS EXPERIMENTAIS SBF-OBFEP PARA ENSINO DE CONCEITOS DO PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES EM DIVERSOS NÍVEIS E MODALIDADES DE ENSINO

## UTILIZAÇÃO DE KITS EXPERIMENTAIS SBF-OBFEP PARA ENSINO DE CONCEITOS DO PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES EM DIVERSOS NÍVEIS E MODALIDADES DE ENSINO

## Luiz Otávio Buffon 1 , Carlos Ivan Falcão Fehlberg 2 , Gabriel Schimith dos Santos 3

- 1 Instituto Federal do Espírito Santo, buffon@ifes.edu.br
- 2 Instituto Federal do Espírito Santo, ciffehlberg@gmail.com
- 3 Instituto Federal do Espírito Santo, theschimith@outlook.com

## Resumo

O trabalho a seguir relata a construção de atividades que utilizaram o kit experimental sobre empuxo, fornecido às escolas pela SBF para a realização da Obfep, sua aplicação e os resultados gerais. Foi realizada uma aplicação teste em uma turma de preparação para a própria Obfep, chamada de Turma Olímpica, no Instituto Federal do Espírito Santo - campus Cariacica. Após isso tivemos uma aplicação dentro de uma aula de Física no pré-Enem da Associação Atitude. A última aplicação aqui abordada se realizou no museu de Ciência Escola da Ciência - Física, também em Vitória. A experimentação é há muito um tema importante no ensino de Física, porém muitas vezes não produz os resultados esperados. A teoria que melhor nos apresenta o suporte para uma mediação consciente, em busca de resultados efetivos na aprendizagem dos alunos, é dada pelos trabalhos de Vygotsky, extensivamente estudados e apresentados por Alberto Gaspar. Também de Gaspar, referenciado em Dib, vem a contribuição para pensarmos os próprios espaços onde as aplicações ocorreram, por se distanciarem das escolas tradicionais, se encaixando em ambientes de educação não-formal ou informal. A não coleta de dados dificulta conclusões mais incisivas, porém avaliações subjetivas dos mediadores durante as aplicações e aseu final indicam a experimentação em espaços como esses, pautada numa teoria como a de Vygotsky, como um caminho promissor.

Palavras-chave : experimentação, educação não-formal e informal, Vygotsky

## Introdução

A Sociedade Brasileira de Física (SBF), na realização da Olimpíada Brasileira de Física das Escolas Públicas (Obfep), disponibiliza kits experimentais para a realização da terceira fase, que contém questões deste tipo. Após a aplicação das provas, os kits ficam disponíveis na escola. Partindo disso, foram pensadas atividades que usassem especialmente o kit de empuxo. O trabalho a seguir relata a construção de tais atividades, sua aplicação e os resultados gerais.

Foi realizada uma aplicação teste em uma turma de preparação para a própria Obfep, chamada de Turma Olímpica, no Instituto Federal do Espírito Santo campus Cariacica. Ela foi proposta e executada para alunos do Ensino Médio do campus em questão, que estavam interessados em realizar a prova da Obfep que se realizaria. Mesmo tendo pequeno alcance, ele serviu de base para o aprimoramento dos roteiros, após uma aplicação inicial.

Após isso tivemos uma aplicação dentro de uma aula de Física no pré-Enem da Associação Atitude, ONG que oferece cursos preparatórios de forma voluntária e

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colaborativa em Vitória. O projeto conta com uma carga horária relativamente baixa para as aulas de Física e, por isso, atividades que estimulem o aprendizado são ainda mais necessárias. Nesta aplicação o kit serviu como ilustração para os conceitos trabalhados de forma teórica durante a aula regular.

A última aplicação aqui abordada se realizou no museu de Ciência Escola da Ciência - Física, também em Vitória. A aplicação se deu no formato de oficina, sendo esta realizada nas salas de aula anexas ao pavilhão principal e sendo finalizada com uma interação guiada pelo acervo principal, dando especial atenção aos temas abordados na parte anterior da oficina.

## Instrumentação

Nas aplicações da Turma Olímpica e da Escola da Ciência - Física foram utilizados os kits de empuxo e torque/centro de massa. Já na aplicação do pré-Enem Atitude só foi utilizado o kit de empuxo. Aqui o relato será apenas sobre o uso do kit de empuxo, por ter sido o utilizado em todas as aplicações relatadas.

Esse kit consta de um suporte, uma régua, uma mola, clipes, barbantes e um pesinho, além de uma proveta. Todos os materiais vêm em uma caixinha que contém um único kit completo, o que facilita seu transporte. O kit com sua embalagem e todos seus componentes pode ser visto na figura 1. Toda a montagem e desmontagem é simples, o que permite sua utilização com crianças também, e sua reutilização. Com crianças menores devemos tomar cuidado com as pecinhas menores.

Figura 1: Elementos do kit individual

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A forma de uso e as montagens escolhidas podem variar de acordo com o interesse de quem estará aplicando o kit. No nosso caso, a experimentação é feita em basicamente três montagens (ou três etapas da mesma montagem), que serão melhor detalhadas e exibidas na seção de Metodologia.

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## Referenciais Teórico-Metodológicos

A experimentação é há muito um tema importante no ensino de Física, porém muitas vezes não produz os resultados esperados. Para que a experimentação seja realmente uma atividade produtiva na aprendizagem é fundamental que seja conduzida de forma consciente, intencional e planejada pelo mediador (professor, guia, etc. ). A teoria que melhor nos apresenta o suporte para tal mediação consciente é dada pelos trabalhos de Vygotsky. Aplicá-la à atividade experimental é conceber uma apresentação do experimento que permita a interação, direta ou indireta, com ele por parte do aprendiz, sempre mediada pelo mediador de forma a guiar o aluno no caminho correto, auxiliar na elaboração de perguntas e indagar por pontos que talvez o aprendiz não veja facilmente (GASPAR, 2014).

Tais intervenções, por sua vez, tem que ser comedidas, para que o aprendiz possa manifestar aquilo que sabe. Em termos vygotskyanos, ela só deve acontecer quando a zona de desenvolvimento real se mostrar esgotada, para alcançar a zona de desenvolvimento proximal (VYGOTSKY, 1991). Com isso, o aprendiz poderá interagir da maneira mais proveitosa possível com o material e o mediador garantirá uma aprendizagem efetiva.

A aplicação de experimentos em escolas, em salas de aula ou laboratórios, tem ainda dificuldades ligadas à sua própria estrutura: rigidez curricular, tempo delimitado, condições de trabalho nem sempre favoráveis à inovação. Ainda assim, a inserção da experimentação nos círculos de ensino regulares é fundamental para a construção de uma cultura científica.

Porém, já que a escola não é suficiente nesse sentido, é necessário que o ensino de Física ocorra em outros ambientes de ensino, e que lá diversas metodologias, inclusive as experimentações, sejam utilizadas em favor desse ensino. Nesse sentido, podemos pensar a partir da classificação de Dib (1988), adotada também por Gaspar (1993). Assim, a escola entraria na classificação de educação formal.

A educação formal corresponde a um modelo de educação organizado e sistemático, estruturado e administrado de acordo com um conjunto de leis e normas dado, apresentando um currículo relativamente rígido no que tange a objetivos, conteúdos e metodologias. (DIB, 1988)

Nesta classificação emerge então o conceito de educação não-formal, como o modelo onde características da educação formal não se encontram. Dib (1988) destaca a flexibilidade de currículos e metodologias, adaptados às necessidades e interesses dos alunos e a utilidade direta da educação para o crescimento pessoal e profissional do aluno, não como investimento de longo prazo que é a educação formal. Gaspar (1993) ainda adiciona, por outras perspectivas, que a educação nãoformal ainda é organizada e pensada para setores específicos da população.

Nessa descrição, tanto uma Turma Olímpica, desenhada como atividade extra-curricular, com metodologia experimental, adaptada à prova almejada (interesse do aluno) e de utilidade a curto prazo, como uma turma de pré-Enem, desenhada fora da escola, com liberdade de metodologias, por estar inserida num ambiente de voluntariado e compromisso social, destinada também a um interesse específico do aluno que deve ser realizado em curto prazo, se classificam, para Dib (1988) e Gaspar (1993) como modelos de educação não-formal.

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Porém a Escola da Ciência - Física, e a oficina por nós lá desenvolvida, não possui um currículo definido, não é destinada apenas a estudantes, ou seja, um público específico, mas ao público em geral, não possui quaisquer compromissos com atividades de crescimento profissional ou algo assim, tendo outros objetivos, não se encaixa muito bem nessa definição. Para esses casos, Dib (1988) apresenta o conceito de educação informal.

Ela [a educação informal] não corresponde a uma visão organizada e sistemática da educação; educação informal não necessariamente incluem objetivos e assuntos usualmente abordados pelos currículos tradicionais. É voltada tanto aos estudantes quanto ao público em geral e não impõe qualquer tipo de obrigação ou compromisso. (...) Educação informal por exemplo compreende (...) visitas a museus ou a feiras e exibições, científicas ou não. (DIB, 1988)

Nessa perspectiva, duas aplicações se deram em modelos de educação não-formal e uma em um espaço de educação informal. Ambos os casos de educação não-formal foram de nível Médio. Já o ocorrido no modelo informal atendeu à alunos do Ensino Infantil, Ensino Fundamental e suas famílias.

## Metodologia

Antes da primeira aplicação, foram elaborados roteiros para o uso do kit. Ainda não se tinha afinidade com ele nem se sabia bem ao certo quais eram suas possibilidades. Os roteiros foram pensados de uma forma, pode-se dizer, natural, abordando o máximo de detalhes sobre empuxo possíveis, como o volume deslocado pelo corpo imerso, a distensão da mola, sua constante elástica e outras possíveis medidas.

A primeira aplicação foi em uma pequena turma de preparação para a fase experimental da Obfep, a já citada Turma Olímpica. Ela foi fundamental para que os mediadores conhecessem melhor a aplicabilidade do kit, observando em que os alunos da Turma conseguiam realmente se envolver, o que realmente fazia sentido estar no roteiro e outros detalhes. Ali foi percebida a potencialidade dos kits para o ensino de Física, dada a possibilidade concreta de interação por parte dos alunos e a facilidade dos kits de serem manipulados. Percebeu-se o que era válido fazer em cada momento de aplicação, de acordo com as vontades e necessidades dos alunos. Também demos conta do tempo que isso talvez demandasse. Assim, a aplicação em espaços não-formais mostrou-se a melhor saída, dada suas características (DIB, 1988).

A segunda aplicação, numa turma de nível pré-vestibular, ocorreu ao final de uma aula teórica sobre Hidrostática, onde era apresentado o Princípio de Arquimedes. Foi apresentado como experimento de demonstração, mas ainda assim houve interação entre os alunos e o experimento, já que ajudaram na realização das medidas e na montagem, além de sua interpretação (guiada pelo professor) utilizando os conceitos aprendidos em força elástica e no Princípio de Arquimedes. Na apresentação teórica foi passada uma apresentação sobre o tema Hidrostática em geral, com uma simulação sobre tópicos anteriores ao Princípio de Arquimedes, e sendo finalizada com a condução do experimento.

A terceira aplicação foi mais radical no sentido de não ser posterior à apresentação teórica do Princípio de Arquimedes, mas sim para apresentar empiricamente os efeitos do peso na mola e sua posterior imersão na água. A partir da observação desses resultados, podíamos falar em alguns conceitos iniciais, mas

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sem introduzir o formalismo do Princípio de Arquimedes, ficando apenas na abordagem qualitativa. Ela foi pensada dessa forma para o espaço informal da Escola da Ciência - Física que, como tal, atendia ao público em geral. Ela foi pensada especialmente para o Ensino Infantil e Fundamental e os adultos que os acompanhassem (por ser período de férias escolares, as crianças viriam em geral acompanhados de familiares).

Essa aplicação foi pensada de uma forma um pouco diferente ainda, já que era voltada para crianças pequenas com um kit que se assemelhava a um brinquedo. Criou-se uma ambientação fingindo para as crianças que elas eram cientistas e tinham que fazer aquele experimento seguindo certos passos para obter os resultados que esperavam. Isso animou elas e as dispôs a brincar/experimentar conosco. Todas elas conseguiram montar o experimento, acompanhar as explicações e responder às questões (VYGOTSKY, 1991; VYGOTSKY, 2008).

Em todas elas a montagem era dividida em três etapas. Na primeira o suporte era montado apenas com a mola e realizava-se uma medida de sua posição (Figura 2.a). Posteriormente o pesinho era colocado na mola e fazia-se uma nova medida (2.b). Por último, o pesinho era colocado na proveta com água e fazia-se uma última medida (2.c). Percebia-se que quando o pesinho era colocado a mola esticava e quando era imerso, ela contraía.

Figura 2: a. montagem sem peso b. peso fora da água c. peso na água

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## Resultados e Discussões

Não foram coletados resultados de maneira efetiva em nenhuma das aplicações, ficando como base para uma análise e discussão as impressões dos mediadores e o desempenho dos alunos. Nas duas primeiras aplicações, onde o aluno já tinha contato com o Princípio de Arquimedes, ele tentava usar conceitos vindos daí para resolver os problemas propostos, conseguindo um bom desempenho. Os conceitos científicos já estavam mais amadurecidos e por isso serviam para resolver um problema concreto como aquele (VYGOTSKY, 2008).

Já na terceira aplicação a zona de desenvolvimento real era praticamente formada apenas pelos conceitos espontâneos dos visitantes, de forma que resolviam o problema com base em sua experiência cotidiana, mas ao avançar mais a fundo nos problemas, tais conceitos mostravam-se insuficientes. Nesse momento, os mediadores apresentavam conceitos, mesmo que só um pouco, mais formais. Esses conceitos que se aproximavam dos conceitos científicos permitiam que o aluno resolvesse o problema proposto e caminhasse. Nesse sentido, ele dava um passo a

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mais em direção à sua zona de desenvolvimento proximal. Por serem conhecimentos sistematizados, trocados socialmente através dos signos disponíveis, se caracterizavam como conceitos científicos, que descendo da abstração em direção à realidade concreta, auxiliavam o desenvolvimento também dos conceitos espontâneos (VYGOTSKY, 1991; VYGOTSKY, 2008).

## Conclusões

A experimentação mediada de forma consciente e bem suportada por uma teoria forte, como a de Vygotsky, permite resultados proveitosos. Ao final das atividades, os alunos resolviam os problemas dados pelo mediador, utilizando de conceitos científicos (até certo grau), caminhando em direção à sua zona de desenvolvimento proximal. Para Vygotsky, esse é o caminho do desenvolvimento das funções cognitivas superiores.

Os conceitos espontâneos e científicos aparecem na relação prevista por Vygotsky, um dando base para a evolução do outro, dialeticamente. Tais conceitos ainda exibem características associadas às zonas de desenvolvimento. Assim, o mediador é fundamental para lançar ao aluno os conceitos que vão permitir seu desenvolvimento na resolução dos problemas propostos (VYGOTSKY, 2008).

- O jogo/brinquedo construído pela situação imaginária do ser cientista explícita e as regras, os procedimentos experimentais, mais sutis se encaixa na definição que Vygotsky faz de brinquedo, especialmente na fase de desenvolvimento observada nos visitantes da oficina (VYGOTSKY, 1991).

A aplicação de metodologias experimentais, associadas ou não à ideia de jogo, em espaços não-formais ou informais mostra-se um caminho proveitoso para ser seguido. Espaços esses muitas vezes já destinados à inclusão de determinados setores da sociedade na educação formal de qualidade (como é o papel do préEnem) ou a atração do público em geral para o fazer e estudar ciência (como é o papel da Obfep e da Escola da Ciência - Física), se enriquecem ainda mais quando metodologias que atraem e cativam são usadas para atender a esse interesse.

## Referências

DIB, Claudio Zaki. Formal, non-formal and informal education: concepts/applicability. New York: American Institute of Physics, 1988.

GASPAR, Alberto. Museus e Centros de Ciências: conceituação e proposta de um referencial teórico . São Paulo: Unesp, 1993.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_. Atividades Experimentais no Ensino de Física: uma nova visão baseada na teoria de Vigotski . São Paulo: Livraria da Física, 2014.

VYGOTSKY, Lev Semenovitch. A formação social da mente . São Paulo: Martins, 1991.

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Pensamento e Linguagem . São Paulo:

Martins, 2008.

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