O estudo de "queda livre" por meio de Atividade Investigativa: um relato de experiência

## O ESTUDO DE 'QUEDA LIVRE' POR MEIO DE ATIVIDADE INVESTIGATIVA: UM RELATO DE EXPERIÊNCIA

## Thiago Flores Magoga 1

1 Universidade Federal de Santa Maria / Departamento de Física / thiago.magoga@ufsm.br

## Resumo

O presente trabalho trata de um relato de experiência, desenvolvido com uma turma de 1º ano de Ensino Médio, em uma cidade do interior do Rio Grande do Sul, no ano de 2023. Tal experiência foi elaborada a partir de quatro encontros - cada um, com uma carga horária de 2h/aula -, os quais foram organizadas de acordo com as premissas de uma Atividade Investigativa, de modo que foram trabalhadas ações para a construção de respostas do seguinte problema 'Quais fatores influenciam no tempo de queda de um objeto?'. O conjunto de aulas foi estruturado de modo a se trabalhar - além do conteúdo de queda livre, competências e habilidades, previstas no planejamento anual do professor e nos documentos oficiais - aspectos da iniciação científica, experimentação, e história e filosofia da ciência, incentivando o protagonismo de cada estudante, entendido enquanto sujeito do conhecimento. A utilização de metodologia da Sala de Aula Invertida, possibilitou a reorganização da dinâmica do planejamento, de modo que os encontros na escola passaram a ser utilizados para ações de medições, cálculos e construções de hipóteses que pudessem responder ao problema de investigação. Ao final, os estudantes - além de calcular o valor da gravidade - evidenciaram que fatores como altura, gravidade, atrito com o ar interferem na queda do objeto. Do ponto de vista da prática pedagógica do docente, a mudança de postura e objetivo das aulas potencializou novas reflexões e ações sobre seu próprio papel, assim como sobre 'o que ensinar' e o 'como ensinar', evidenciando a necessidade de aulas centradas no estudante e não apenas no conteúdo.

Palavras-chave : Atividade Investigativa, Sujeito do conhecimento, Queda Livre

## Introdução

O tema desta edição do Simpósio Nacional de Ensino de Física, 'Todo mundo no mesmo lugar e ao mesmo tempo', além de resgatar a ideia zapatista de 'mundo que caibam outros mundos', resgata a importância dos sujeitos, de suas historicidades e, essencialmente, potencializa o ser humano como agente da mudança. Entretanto, é possível pensar derivações da temática: mais do que sujeitos, no mesmo lugar, qual o objeto de interesse? O que reúne o coletivo de sujeitos?

Uma possível resposta é Ciência! Em tempos de descrença no conhecimento científico, fortalecer laços em prol da ciência (tema do SNEF/2023, anterior) se faz necessário; encontros, discussões e, portanto, este evento se faz necessário. Neste sentido, o presente trabalho - o qual trata de um relato de experiência -, faz referência exatamente a isto: visa resgatar e valorizar os estudantes enquanto sujeitos do conhecimento e, também, discutir que - se a ciência está em todo o lugar - a física está em todo o lugar, dentro e 'fora' da sala de aula.

No livro 'Ensino de ciências: fundamentos e métodos', Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2011) defendem a superação de um processo de ensino/aprendizagem puramente memorístico, em prol de um processo dialógico e problematizador, em que os estudantes se tornam sujeitos ativos da prática educativa. Similarmente, Bezerra,

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

Vianna e Fernandes (2019), argumentam que uma forma de superar o ensino livresco é o desenvolvimento de atividades investigativas.

Tendo como horizonte tais premissas, o autor deste trabalho - na época, professor da escola básica - desenvolveu um conjunto de aulas a fim de discutir o conteúdo de 'Queda livre', com uma turma de 1º ano do ensino médio, composta por 24 estudantes. O conjunto de aulas foi baseado, essencialmente, a partir do desenvolvimento de atividades experimentais, as quais estavam articuladas ao referido objeto de conhecimento (conteúdo), por meio de uma Atividade Investigativa.

## Aspectos teóricos-metodológicos

O currículo de ciências/física da educação básica no estado do Rio Grande do Sul, assim como a Base Nacional Comum Curricular, tem sido objeto de discussão e críticas de diferentes trabalhos (OLIVEIRA, 2023; MASSONI, ALVES-BRITO e CUNHA, 2021). Entretanto, estes são documentos de extrema importância e guiam à organização e construção práticas docentes neste âmbito. De acordo com Becker, Oliveira e Vidmar (2023, p.479) 'para o planejamento destas práticas, é necessário considerar os documentos normativos vigentes, um processo que evidencia desafios enfrentados pelos licenciandos e professores atuantes na área'.

Argumenta-se sobre a importância do Referencial Curricular Gaúcho tendo em vista que, como comentado previamente, o presente trabalho relata um conjunto de aulas desenvolvido em uma escola pública de ensino médio, em uma cidade do interior do Rio Grande do Sul, durante o ano de 2023.

O conjunto de aulas - que será apresentado na sequência - foi desenvolvido com uma turma de 1º ano do ensino médio, cuja carga horária semanal da disciplina de física eram 2h/aulas. No referido contexto, aplicavam-se aulas de cinemática quando o professor, cansado de aulas meramente expositivas e visando reconstruir sua prática, reflete que

É importante que tanto os professores, quanto os alunos aceitem as mudanças e também é necessário que os professores estejam preparados para utilizar as metodologias em sala de aula para que ocorra o aprendizado. Levar em conta a realidade do aluno, a disciplina que será ministrada, bem como o conteúdo que deverá ser desenvolvido, faz parte de um grande trabalho que envolve estudos teóricos e práticos (DULLIUS; MARCHI; HAETINGER, 2010, p.2).

Ao considerar a proposição levantada pelos autores supracitados, o professor retoma ao seu planejamento anual e observa que, para trabalhar o conteúdo de 'Queda Livre', deveria desenvolver as seguintes habilidades, conforme documentos orientadores:

(EM13CNT302RS02) Construir e interpretar tabelas, gráficos e expressões matemáticas para expressar os diferentes movimentos da Física, assim como compreender a importância dessas ferramentas para a compreensão de fenômenos e dados nas diferentes áreas (RIO GRANDE DO SUL, 2022, p.108);

(EM13CNT204) Elaborar explicações, previsões e cálculos a respeito dos movimentos de objetos na Terra, no Sistema Solar e no Universo com base na análise das interações gravitacionais, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros) (BRASIL, 2018, p.559).

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Ciente do conteúdo e das habilidades a serem desenvolvidas e consciente da necessidade de repensar sua prática, da mudança em prol de uma aprendizagem ativa, o professor optou por desenvolver um conjunto de aulas por meio de uma Atividade Investigativa, a qual foi baseada em aspectos da experimentação e da sala de aula invertida.

De acordo com Bezerra, Vianna e Fernandes (2019, p.2), uma atividade investigativa 'deve começar com a proposta de um problema que gere uma questão. Esta questão deve ser aberta possibilitando aos alunos uma discussão mais ampla e permitindo observar o problema por diversos pontos de vista'. No mesmo sentido, Correia e Vianna (2019) destacam que nas atividades investigativas o envolvimento dos estudantes em coletivos/grupos, é essencial, pois estes necessitam aprender a pensar, verbalizar, escrever e justificar suas ideias. Para tanto, cabe aos professores, o papel de orientar os estudantes no desenvolvimento de suas aprendizagens.

Por sua vez, a Sala de Aula Invertida é uma metodologia de ensino que inverte a lógica tradicional de ensino. Segundo Oliveira, Araújo e Veit (2016, p.5), os estudantes têm contato com o conteúdo que irão aprender através de atividades extraclasses, prévias à aula, pois 'em sala de aula, os alunos são incentivados a trabalhar colaborativamente entre si e contam com a ajuda do professor para realizar tarefas associadas à resolução de problemas, entre outras'.

Partindo das premissas apresentadas e discutidas até então, ressalta-se que o conjunto de aulas desenvolvido na escola básica teve seu início com a apresentação do seguinte problema a ser investigado: ' Quais fatores influenciam no tempo de queda de um objeto? '. Objetivando o desenvolvimento e resolução do problema, por parte dos estudantes, estruturaram-se quatro aulas, as quais são discutidas na sequência.

## Detalhamento das aulas: breves descrições

Nos primeiros encontros do ano letivo, desenvolveram-se estudos/aulas que versaram sobre 'como se faz ciência?' (noções de epistemologia e metodologia científica) e 'movimentos' (conceitos iniciais, retilíneo uniforme e uniformemente variado). Partindo destas experiências o professor da disciplina, após 'leituras da palavra' (estudos e reflexões) e 'leituras de mundo' (do universo cotidiano da sala de aula, conforme o perfil da turma), planejou e executou o seguinte conjunto de aulas:

## Aula 1

Tratou-se da primeira aula envolvendo a proposta, mais ampla, de 'Atividade Investigativa'. Neste primeiro encontro, foram apresentadas as premissas básicas do conjunto de aulas, ressaltando a importância do envolvimento de todos e todas, em cada uma das etapas do processo. Comentou-se que tal envolvimento ocorreria por meio do engajamento em atividades práticas, construção de tabelas, análises e relatório.

Após a explanação inicial, apresentou-se o problema a ser pensado e respondido, ao longo do conjunto de aulas: ' Quais fatores influenciam no tempo de queda de um objeto? '. Neste momento, muitas respostas surgiram, mas todas unânimes: 'do peso'. A partir disto, o professor começou a provocar reflexões, com base nos seguintes questionamentos: 'o que é o peso?', 'depende do objeto?', 'se soltar dois objetos diferentes, de uma mesma altura, o tempo de queda é o mesmo?', 'se soltar dois objetos idênticos, de alturas diferentes, o tempo de queda é o mesmo?',

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'se soltar esses objetos dentro da sala e, depois, no pátio, haverá mudança nos tempos?', por fim, 'e se eu soltar esses objetos na lua?'.

Todos esses questionamentos foram acompanhados de muitas hipóteses e diálogos, provocando certas discussões acaloradas entre os próprios estudantes, que não concordavam totalmente com os colegas, mas não tinham argumentos suficientes para rebatê-los. Esgotadas quase que todas as hipóteses de respostas dos estudantes, mas ainda no intuito de provocá-los, foi distribuída uma folha com o texto intitulado 'Galileu e a Experiência na Torre de Pisa'. De posse do texto, foi realizada uma leitura coletiva, durante a qual foram sanadas dúvidas em relação às palavras e compreensões.

A discussão do texto teve dois objetivos: i) potencializar novas reflexões e respostas para a pergunta inicial; e ii) realizar apontamentos históricos-filosóficos sobre o 'como se faz ciência?'. Para tal, ressaltou-se as diferenças nos modos de pensar entre Aristóteles e Galileu. No restante da aula, por meio de diálogos e utilizando o quadro, argumentou-se sobre o conceito de 'movimento' Aristotélico, o qual estaria associado à noção de 'lugar natural', em contraposição à noção de 'força', proposta por Galileu.

- O fato de promover reflexões por meio de diálogos sobre evolução do conceito de movimento, potencializou um ambiente de escuta e debates, evidenciando que discutir aspectos de História e Filosofia da Ciência/Física 'ressalta o valor cultural da ciência; enfatiza o caráter mutável do conhecimento científico; e, permite uma melhor compreensão do método científico' (SILVA e MILTÃO, 2021, p.3).

Antes de encerrar este primeiro encontro, o professor argumentou sobre a natureza da ciência, enquanto construção histórica e coletiva, ressaltando o papel que outro sujeito (Isaac Newton) teria neste processo. Por fim, entregou-se um material que deveria ser estudado para a próxima aula. Tal material - o qual continha explicações sobre o conteúdo de queda livre, assim como uma breve descrição de atividade experimental -, serviu para o desenvolvimento da proposta de 'Sala de Aula Invertida', pois caberia aos alunos o protagonismo do estudo e posterior aplicação.

## Aula 2

A segunda aula do conjunto planejado iniciou com uma retomada das discussões realizadas anteriormente, assim como de breves apontamentos sobre os estudos realizados, por meio do material disponibilizado. Partindo das premissas da Sala de Aula invertida (OLIVEIRA, ARAUJO e VEIT, 2016), nestes momentos iniciais, coube ao professor sanar dúvidas que emergiram. Após esse período inicial (em torno de 10min), o professor 'orientou atividades em sala de aula focadas no engajamento cognitivo dos estudantes e no estímulo da autonomia discente' (OLIVEIRA, ARAUJO e VEIT, 2016, p.5).

A atividade apresentada no material disponibilizado previamente descrevia um experimento denominado 'Tempo de reação', o qual consistiu em utilizar de uma régua e cronômetros, para calcular - conforme o próprio título sugere - o tempo de reação dos estudantes, quando a régua é deixada cair. Para tanto, seguiu-se o seguinte Roteiro Experimental. A opção por esta atividade dá-se pois, os estudantes

Quando estão em casa, são encarregados de se prepararem para as atividades que serão desenvolvidas em sala de aula. Em classe, são responsáveis por ajudar os colegas nas atividades e contribuir para as

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discussões orientadas pelo professor, o que, por sua vez oportuniza a consolidação do que está sendo por eles aprendido (OLIVEIRA, ARAUJO e VEIT, 2016, p. 3).

Observa-se que o roteiro experimental, distribuído aos estudantes, possui características de ser 'fechado', tendo em vista que os objetivos principais da ação eram: i) pensar em fatores que influenciam no tempo de queda dos objetos; ii) realizar medidas de distância e cálculos de tempo de queda.

No que concerne ao primeiro objetivo, foi possível perceber que, inicialmente, os estudantes tiveram dificuldades em perceber fatores que poderiam interferir no tempo de queda. Entretanto, no decorrer da ação - inclusive, com o auxílio do professor - os estudantes perceberam possíveis fontes de erros, as quais poderiam impactar no cálculo do tempo de queda dos objetos, tais como: observações e medidas equivocadas e/ou arredondadas, réguas irregulares, batidas na régua enquanto esta caía.

Quanto ao segundo objetivo, após a coleta de dados e preenchimento das tabelas do roteiro, observou-se que os estudantes tiveram muitas dificuldades em realizar transformações de unidades (de centímetros, para metros), assim como, dificuldades na compreensão da necessidade de transformação.

Salienta-se que durante a ação, o professor circulou entre os grupos e auxiliou, quando necessário. Ainda, nos quinze minutos finais, o docente foi ao quadro e construiu uma síntese das medidas (anotando todas os resultados dos grupos) além de realizar ponderações sobre o que poderia ter influenciado no tempo de queda das réguas, sobre os erros experimentais observados e sobre os cuidados necessários para as medições e cálculos.

Por fim, foi solicitado aos estudantes que formassem grupos para a próxima aula - de no máximo 4 estudantes -, e que cada grupo ficasse responsável por trazer um objeto, o qual seria largado de uma altura considerável (ou seja, não poderia ser objetos que quebrassem, nem machucassem). Tal instrução, aguçou a curiosidade dos estudantes, os quais ficaram ansiosos pela próxima aula.

## Aula 3

A premissa básica da aula anterior consistia no cálculo do tempo de queda de objetos, por meio de uma atividade experimental, realizada dentro da sala de aula. O foco da terceira aula, entretanto, era de calcular a gravidade do local, por meio da medida do tempo de queda de objetos.

Retomando as defesas elaboradas na introdução deste trabalho, neste encontro, a ação foi realizada no pátio da escola, fora da sala de aula. Coube ao professor o papel de organizador da tarefa, pois os estudantes já tinham noção de como calcular a gravidade (pelos estudos e equação utilizada na aula passada), sabiam qual o valor da gravidade, e tinham noção sobre os erros experimentais. Para esta atividade, foram disponibilizadas trenas e - caso quisessem - os alunos(as) tinham acesso a uma balança. Os grupos distribuíram-se livremente no pátio, escolhendo espaços que tivessem um desnível em relação ao solo.

Os objetos utilizados pelos grupos foram: urso/coelho de pelúcia, estojos e bolas de plástico. Salienta-se que, neste dia, não foi disponibilizado nenhum material de orientação. Coube aos estudantes o desafio do cálculo da gravidade. Uma importante questão que surgiu, por parte dos alunos(as) foi: 'quantas medidas temos

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que realizar?'. Para responder, o professor fez referência à atividade da aula passada (quando os estudantes realizaram, no mínimo, dez medidas), ressaltando que quanto mais medidas, o resultado tenderia a ser mais confiável.

Após a medição dos tempos de queda e, também, da altura em que os objetos eram largados, os estudantes retornaram para a sala de aula, a fim de calcular o valor da gravidade local. Ao final, foi proposta uma última ação: cada grupo deveria criar algo que aumentasse o tempo de queda do seu objeto. Isto é, cada grupo era responsável por criar uma espécie de 'paraquedas', e trazê-lo, juntamente com o objeto, na próxima aula.

## Aula 4

A última aula do conjunto previsto na 'Atividade Investigativa', de forma resumida, visou evidenciar que o atrito com o ar é um fator importante durante a queda de um objeto. Mais do que narrar tal assertiva, o professor provocou os estudantes a criarem aparatos que aumentassem o tempo de queda (paraquedas), estimulando a criatividade e, ao mesmo tempo, provocando reflexões sobre a pergunta principal.

Utilizando dos mesmos objetos da aula passada e estando nos mesmos lugares, os estudantes abandonaram os corpos e mediram, novamente, o tempo de queda, conforme Figura 1.

Figura 1: Ação de medida do tempo de queda dos objetos, na aula 4

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Durante a ação, a felicidade e a criticidade eram marcantes: felicidade pois houve o envolvimento de todos(as), com muitos sorrisos e risadas; criticidade, pois era visível os cuidados com as medidas realizadas, observações, número de repetições. Ainda, no dia da ação, evidenciando a evolução e compreensão conceitual, grupos de estudantes questionaram (e argumentaram), sobre o fato da ação não ser queda livre, pois o objeto não cairia livremente, estando sujeita há um 'freio' (nas palavras deles).

Após todas as novas medições de tempo (neste dia, não era necessário calcular a gravidade, apenas medir o tempo de queda), os estudantes retornaram para a sala de aula onde foi deliberada a última atividade avaliativa. Finalizado o conjunto das quatro aulas, os grupos deveriam construir um relatório, o qual respondesse à questão ' Quais fatores influenciam no tempo de queda de um objeto? ' e que fosse organizado da seguinte forma:

- · Aspectos teóricos: explicar e diferenciar como Aristóteles descrevia a queda dos corpos, em comparação com a teoria aceita atualmente;

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- · Aspectos metodológicos: descrever a parte experimental (basicamente, 'narrar' o que foi feito, como foi feito, quando foi feito, quais os instrumentos utilizados, quantas medidas foram feitas, quem realizou o quê);
- · Resultados e discussões: apresentar, de modo organizado, todos os dados obtidos (tabelas construídas e cálculos realizados). Além disso, deveriam ser discutidas as fontes de erros e apresentado o valor da gravidade do local.

## Sínteses dos relatórios construídos

Após a construção, entrega e avaliação dos relatórios, pôde-se observar o zelo com que estes foram feitos: de modo organizado e contendo todas as solicitações. Ainda, foi possível perceber que os(as) alunos(as) conseguiram executar todos os cálculos e análises de modo correto. A fim de compartilhar algumas informações numéricas contidas nos relatórios, construiu-se o Quadro 1, na sequência:

Quadro 01: Exemplo de um Quadro

A partir das informações contidas no Quadro 1, argumentam-se a respeito de dois pontos: i) em sua maioria, os valores da gravidade - calculadas a partir do 'tempo de queda sem paraquedas' - apesar de estarem na mesma ordem de grandeza, destoaram do valor de 9,81 m/s² (e, na escrita dos relatórios, os grupos levantaram hipóteses para as possíveis fontes de erros); ii) à exceção do G1, todos os demais conseguiram criar um aparato que aumentasse o tempo de queda dos objetos.

Por fim, reitera-se que todos os relatórios entregues continham respostas para o problema de investigação. De modo comum, os grupos responderam que altura, gravidade (local), e o atrito com o ar são fatores que influenciam no tempo de queda dos objetos. Ainda: argumentaram que - inerentes aos processos de medições existem fontes de erros associadas ao tempo de reação/medição, instrumentos de medição, arredondamentos.

## Considerações finais

O presente relato de experiência teve por objetivo descrever e refletir sobre um conjunto de aulas, baseadas em premissas da Atividade Investigativa, cujo problema a ser desenvolvido era ' Quais fatores influenciam no tempo de queda de um objeto? '. Partindo de ações baseadas na experimentação, em sala de aula invertida, e tendo como horizonte o desenvolvimento do protagonismo dos estudantes, enquanto sujeitos do conhecimento, experienciaram-se momentos de reflexão, criação e ação, os quais possibilitaram - além de trabalhar o conteúdo de queda livre, com aspectos históricos e filosóficos - o desenvolvimento das habilidades e competências, previstas no plano de ação do professor. Salienta-se que durante as aulas, as expectativas e o

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envolvimento dos estudantes cresciam, culminando com a entrega de relatórios contendo diferentes argumentos e respostas para a questão balizadora da Atividade Investigativa. O auge e principal consequência do conjunto de aulas, entretanto, foi o interesse por parte dos grupos em apresentar o relatório em uma Mostra Científica, realizada no âmbito escolar, e aberta ao público da comunidade.

Na perspectiva do professor, o espírito científico (desenvolvido por meio de aspectos da iniciação científica, realizada durante as aulas) marcou significativamente a trajetória dos(as) alunos(as). Do ponto de vista da prática pedagógica do docente, a mudança de postura e objetivo das aulas potencializou novas reflexões e ações sobre seu próprio papel, assim como sobre 'o que ensinar' e o 'como ensinar', evidenciando a necessidade de aulas centradas no estudante e não apenas no conteúdo.

## Referências

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