UM ESTUDO EMPÍRICO SOBRE A INSERÇÃO DE PROBLEMAS ABERTOS NA PRIMEIRA FÍSICA GERAL DE UM CURSO DE FÍSICA

## UM ESTUDO EMPÍRICO SOBRE A INSERÇÃO DE PROBLEMAS ABERTOS NA PRIMEIRA FÍSICA GERAL DE UM CURSO DE FÍSICA

Milena Lauschner Lopes 1 , Dioni Paulo Pastorio 2 , Eliane Angela Veit 3

- 1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul, milenalauschner@gmail.com
- 2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul, dionipastorio@hotmail.com
- 3 Universidade Federal do Rio Grande do Sul, eav@if.ufrgs.br

Palavras-chave : Problemas abertos; Modelagem Didático-Científica; Ensino de Física

A literatura aponta que a resolução de problemas abertos de Física pode beneficiar a superação de dificuldades conceituais e epistemológicas enfrentadas pelos estudantes, o desenvolvimento da habilidade de trabalho colaborativo e a construção de mecanismos de autocontrole e autorregulação, dentre vários outros benefícios (OLIVEIRA; ARAUJO; VEIT, 2017). As principais características dos problemas abertos são: omitem informações importantes para a sua resolução, apresentam mais de uma solução possível e tratam de situações reais (ou ditas como tais) (OLIVEIRA; ARAUJO; VEIT, 2017). Como exemplo das soluções possíveis para um problema aberto olharemos para um dos problemas aplicados: nele é problematizada uma perseguição policial. No enunciado não é dita a velocidade da viatura da Brigada Militar (BM) deixando para os alunos uma pesquisa sobre o modelo de carro usado pela BM, entre outras características que deixariam a solução mais próxima da realidade. Por isso, os problemas abertos podem ter diversas soluções dependendo da representação e investigação feita pelos estudantes ao buscarem as informações faltantes, referentes à situação problematizada, que são importantes para compreensão e/ou solução do problema. Segundo Oliveira, Araujo e Veit (2020), a resolução de problemas abertos sobre situações do mundo físico e do cotidiano dos alunos pode ser vista como um processo de Modelagem Didático-Científica (MDC). A MDC é um referencial teóricometodológico que considera a forma como os estudantes aprendem e aspectos epistemológicos do conhecimento científico (HEIDEMANN; ARAUJO; VEIT, 2016). Ancorado nesse referencial, está em desenvolvimento um estudo empírico, que pretende responder à seguinte questão de pesquisa: Quais são as dificuldades enfrentadas e os avanços obtidos pelos estudantes no processo de resolução de problemas abertos em uma disciplina inicial de física geral de um curso de Física? Para responder a essa questão analisaremos as resoluções de problemas abertos que envolvem situações-problemas do mundo físico e que tenham potencial para despertar interesse, pois apresentam questões instigantes como: 1) No intervalo de tempo de uma perseguição policial que se passava na Avenida Ipiranga, em Porto Alegre no Rio Grande do Sul, qual foi a distância máxima entre o veículo infrator e a viatura da Brigada Militar? 2) Qual é o impacto de pedras de granizo nos carros e telhados durante uma tempestade? 3) Qual é a velocidade das balas ao chegarem nas vítimas de 'bala perdida' e que distância horizontal essas balas podem percorrer após serem atiradas para cima?

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A disciplina de Física Geral I-A oferecida pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) no atual semestre (25/01 a 29/05/2021) tem uma turma noturna cujo professor é o segundo autor deste trabalho. As aulas desse professor são conhecidas por proporcionar aos alunos atividades didáticas pautadas em abordagens centralizadas no processo de ensino e aprendizagem do estudante, como, por exemplo, a utilização das metodologias: Just in Time Teaching (PASTORIO et al., 2020), Peer Instruction e resolução de problemas em equipes (RIBEIRO; PIGOSSO; PASTORIO, 2019). É nesse contexto que serão propostos problemas abertos autênticos de Física para estudantes dos cursos de graduação de Bacharelado e Licenciatura em Física. Os problemas relacionam conceitos de cinemática uni e bidimensional, forças dissipativas (arrasto e atrito), momento linear, dinâmica rotacional, momento de inércia, torque, trabalho e energia. Oliveira, Araujo e Veit (2020) recomendam que a resolução de problemas abertos pautados na MDC seja organizada em cinco etapas: definição e representação do problema; elaboração de planos e estratégias de solução; implementação das estratégias de solução e avaliação e monitoramento do processo; e exposição dos resultados e discussão final. A Figura 01 detalha as ações esperadas nas diversas etapas. As quatro primeiras etapas serão trabalhadas nos seis problemas propostos. Apenas em dois deles será completada a etapa 5: exposição dos resultados e discussões finais, na qual os alunos apresentarão a resolução do problema aberto para toda a turma. Para promover reflexões, cada uma dessas etapas terá assistência à aprendizagem na forma de questões-estímulo. A resolução dos problemas abertos será feita de maneira colaborativa e caberá aos estudantes entregarem respostas às questões do enunciado do problema e às questões da assistência à aprendizagem. Um protocolo da avaliação será utilizado para a análise qualitativa das respostas. Inspirado nos trabalhos de Oliveira, Araujo e Veit (2020), os aspectos a serem avaliados em cada uma das etapas do processo de solução de problemas abertos constam no Quadro 01. Cada aspecto será classificado em três níveis: insatisfatório (IN), parcialmente satisfatório (PS) e satisfatório (S), conforme se considere que o aspecto foi mal, medianamente ou bem atendido. Na última coluna há um espaço para a justificativa da escolha do nível de avaliação dado para o aspecto analisado. Esse protocolo é um dos instrumentos de coleta de dados, os outros serão: as gravações em áudio e vídeo das aulas destinadas às dúvidas e as entrevistas feitas ao final do semestre.

Atentos aos estudos feitos por Oliveira, Araujo e Veit (2020) sobre a resolução de problemas abertos de física ancorados na MDC, espera-se, como panorama de resultados ao final de julho, que as dificuldades enfrentadas pelos estudantes estejam ligadas ao hábito de resolver problemas fechados, pois esses problemas viciam os alunos na memorização de equações para serem replicadas em exercícios semelhantes, faz eles acreditarem que todo problema tem uma solução de etapas ordenadas e um único resultado correto. Em relação aos resultados referentes aos avanços obtidos pelos estudantes na resolução de problemas abertos, esperamos que eles aprendam os conceitos de física imbricados com os conceitos da MDC, compreendam o papel representacional da ciência, aprendam a trabalhar colaborativamente e construam mecanismos de autocontrole e autorregulação da aprendizagem. Por fim, acreditamos que a utilização da modelagem didático-científica como referencial teórico-metodológico na resolução de problemas abertos tem capacidade de ajudar a desenvolver avanços na compreensão do fazer científico tanto em nível superior quanto em nível médio ou fundamental, como definido por Oliveira, Araujo e Veit (2020) e por Brandão, Araujo

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- e Veit (2019). Desse modo, consideramos que professores da educação básica podem se inspirar nos resultados finais deste estudo empírico.

Figura 01: Etapas de resolução de problemas abertos. Extraído de: OLIVEIRA, 2018.

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Quadro 01: Protocolo de avaliação da resolução de problemas abertos

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- * Ou O domínio de validade do modelo foi expandido ao considerar mais características da situação real tratada no problema.

## Referências

OLIVEIRA, V.; ARAUJO, I. S.; VEIT, E. A. Resolução de problemas abertos no ensino de física: uma revisão da literatura. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 39, n. 3, 2017. Disponível em: &lt;https://doi.org/10.1590/1806-9126-rbef2016-0269&gt;. Acesso em: 10 de mar. de 2021.

OLIVEIRA, V.; ARAUJO, I. S.; VEIT, E. A. Resolução de problemas abertos como um processo de modelagem didático-científica no Ensino de Física. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 42, p. e20200043, 2020. Disponível em: &lt;https://doi.org/10.1590/1806-9126-rbef-2020-0043&gt;. Acesso em: 10 de mar. de 2021.

HEIDEMANN, L. A.; ARAUJO, I. S.; VEIT, E. A. Modelagem DidáticoCientífica: integrando atividades experimentais e o processo de modelagem científica no ensino de Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 33, n. 1, p. 3-32, 25 abr. 2016. Disponível em: &lt;https://doi.org/10.5007/21757941.2016v33n1p3&gt;. Acesso em: 10 de mar. de 2021.

PASTORIO, D. P.; RIBEIRO, B. S. ; SOUZA, L. A. V. D. ; PIGOSSO, L. T. ; FRAGOSO, T. A. . Elaboração e implementação de uma unidade didática baseada no Just-in-Time Teaching : um estudo sobre as percepções dos estudantes. Revista Brasileira de Ensino de Física ( ONLINE ), v. 42, p. 1-13, 2020. Disponível em: &lt;https://doi.org/10.1590/1806-9126-rbef-2020-0296&gt;. Acesso em: 10 de mar. de 2021.

RIBEIRO, B. S. ; PIGOSSO, L. T. ; PASTORIO, D. P. . Implementação de metodologias ativas de ensino em uma turma de física básica: um estudo de caso. Revista de Enseñanza de la Física , v. 31, p. 31-45, 2019. Disponível em:

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&lt;https://revistas.unc.edu.ar/index.php/revistaEF/article/view/26954&gt;. Acesso em: 10 de mar. de 2021.

OLIVEIRA, Vagner. Resolução de problemas abertos para aprendizagem de física no ensino médio na perspectiva da modelagem didático-científica . 2018, 185 p. Tese (Doutorado em Ensino de Física) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Instituto de Física, Porto Alegre, 2018. Disponível em: &lt;https://lume.ufrgs.br/handle/10183/188445&gt;. Acesso em: 10 de mar. de 2021.

BRANDÃO, R. V.; ARAUJO, I. S.; VEIT, E. A. A estratégia da modelagem didático-científica para a conceitualização do real no ensino de física: um estudo de caso com professores de ensino médio. Alexandria: Revista de Educação em Ciência e Tecnologia , v. 12, n. 1, p. 85-110, 27 maio 2019. Disponível em: &lt;https://doi.org/10.5007/1982-5153.2019v12n1p85&gt;. Acesso em: 10 de mar. de 2021.

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