EXPERIMENTOS DE BAIXO CUSTO COMO FERRAMENTAS DE ENSINO EM UMA UEPS DE ELETRODINÂMICA

## EXPERIMENTOS DE BAIXO CUSTO COMO FERRAMENTAS DE ENSINO EM UMA UEPS DE ELETRODINÂMICA

Michele Paulino 1 , Cristiana Silva 2 , Wally Menezes 3, Mairton Romeu 4

- 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará/ Rede Nordeste de Ensino (RENOEN), Campus Fortaleza, michele.paulino02@aluno.ifce.edu.br
- 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE)/Rede Nordeste de Ensino (RENOEN), Campus Fortaleza, cristiana.maria.santos68@aluno.ifce.edu.br
- 3 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE)/Rede Nordeste de Ensino (RENOEN), Campus Fortaleza, wally@ifce.edu.br
- 4 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE)/Rede Nordeste de Ensino (RENOEN), Campus Fortaleza, mairtoncavalcante@ifce.edu.br

## Resumo

No ensino de Física o modelo de educação tradicional é predominantemente adotado, resistindo e coexistindo com outras propostas de ensino. Isso resulta muitas vezes em uma aprendizagem mecânica, voltada para a memorização. Como parte de uma pesquisa de dissertação buscou-se investigar as contribuições de uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) com experimentação no ensino de Eletrodinâmica, analisando sua potencialidade em promover motivação nos alunos para a aprendizagem. Ao longo da UEPS foram usados materiais diversificados, como: vídeos, experimentos com materiais de baixo custo e robótica, simulações do PhET e quizzes online. A proposta foi aplicada em duas turmas da 3º ano do Ensino Médio de uma escola pública, adotando um delineamento quaseexperimental, o qual utiliza grupo controle e grupo experimental. Para avaliar a potencialidade da UEPS foi aplicado um questionário de opinião na escala Likert. Os resultados indicaram que as atividades experimentais em grupos geraram motivação nos alunos para aprender Física. Com a intervenção espera-se contribuir com mudanças na forma clássica de ensinar e aprender, visando alcançar maior rendimento na aprendizagem dos alunos, além de estimular novas pesquisas na área.

Palavras-chave: Ensino de Física; sequência de ensino; prática experimental.

## Introdução

O ensino em geral tem se caracterizado pela maneira clássica de ensinar, ou seja, pela narrativa do professor, e aprendizagem mecânica (AM) dos alunos. No entanto, as teorias da educação e as pesquisas em ensino propõem uma abordagem diferenciada, ao afirmar que 'só há ensino quando há aprendizagem e esta deve ser significativa; ensino é o meio, aprendizagem significativa é o fim' (Moreira, 2011a, p. 67). Porém, estas mudanças não têm alcançado satisfatoriamente a sala de aula.

Na Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS), Ausubel (2000) valoriza a aprendizagem significativa (AS) em oposição à AM, bem como o importante papel da estrutura cognitiva na aquisição e ancoragem de novos conhecimentos, e a importância de haver um mecanismo de AS. Porém, segundo Andrade et al. (2018), a TAS deixa duas lacunas: como ter acesso à estrutura de conhecimento e como organizar o conteúdo de modo a oportunizar a AS.

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Com o objetivo de facilitar a AS de tópicos específicos de conhecimento declarativo ou procedimental, Moreira (2011a, p. 67) propõe a construção de Unidades de Ensino Potencialmente Significativas (UEPS), as quais podem ser descritas como 'sequências de ensino fundamentadas teoricamente, voltadas para a aprendizagem significativa, não mecânica, que podem estimular a pesquisa aplicada em ensino, aquela voltada diretamente à sala de aula'. Segundo Moreira (2011a), o princípio que mais influencia a AS e que embasa a elaboração das sequências de ensino (SE) são os conhecimentos prévios. Além disso, destaca a importância de considerar a integração entre pensamentos, sentimentos e ações no ser que aprende, e do papel da linguagem e da interação social na captação de significados, beneficiando atividades colaborativas.

Costa e Moreira (2001) propõem a utilização de situações-problema em níveis crescentes de complexidade em várias etapas da SE. Entende-se por problemas quaisquer atividades ou situações que exijam mais do que memorização e aplicação de fórmulas, aquelas que necessitam do conhecimento específico e lógico, e que gerem desafios cognitivos nos educandos. Neste sentido, o professor tem o papel de mediador ao promover situações-problema, cuidadosamente selecionadas, que podem funcionar tanto como organizadores prévios, ao relacionar os novos conhecimentos aos conhecimentos prévios, como também dando sentido aos novos conhecimentos. Moreira (2003) sugere ainda a utilização de situações-problema de cunho experimental ao longo da UEPS. Dessa forma os alunos podem construir modelos mentais não só funcionais para si, mas também coerentes com os modelos científicos.

Dois processos da dinâmica da estrutura cognitiva devem ser considerados na organização e elaboração da UEPS: a diferenciação progressiva (DP) e a reconciliação integradora (RI). A DP é o processo de atribuição de novos significados a um dado subsunçor (conhecimento prévio) resultante da sucessiva utilização desse subsunçor para dar significado a novos conhecimentos. A RI consiste em eliminar diferenças aparentes, resolver inconsistências e integrar significados. Por fim, Moreira (2011a) destaca a importância de materiais e estratégias de ensino diversificadas em todas as etapas da UEPS. Também se deve favorecer o questionamento, o diálogo e o pensamento crítico, ao invés da memorização de respostas prontas. A seguir apresentam-se os oito passos para a elaboração da UEPS, definidos pelo autor:

- 1. definição do tópico específico a ser abordado;
- 2. proposição de situações que visem a externalização dos conhecimentos prévios;
- 3. proposição de situações-problema em nível introdutório, que podem funcionar como organizadores prévios;
- 4. apresentação do conhecimento levando em conta a DP, partindo dos aspectos mais gerais para os mais específicos, seguida de atividade colaborativa;
- 5. retomada dos aspectos mais gerais, promovendo a RI por meio de uma nova apresentação e novas situações-problema em nível crescente de complexidade, seguida de outra atividade colaborativa;
- 6. Finalizar com uma revisão dos pontos principais, seguida de novas situaçõesproblema mais complexas resolvidos em grupo e apresentados à turma;
- 7. Avaliação contínua durante a UEPS para buscar evidências de AS, complementada por uma avaliação somativa individual;
- 8. A UEPS será considerada exitosa se os alunos demonstrarem indícios de AS.

Diante das dificuldades enfrentadas no desenvolvimento da prática experimental no ensino de Física, principalmente pela falta de laboratórios ou equipamentos em muitas escolas, este trabalho propõe a implementação de uma

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UEPS de Eletrodinâmica que inclui experimentação com materiais simples e de baixo custo, além de experimentos virtuais e outras atividades interativas. O objetivo é investigar como uma SE com experimentação pode contribuir para motivar uma atitude potencialmente significativa dos alunos no aprendizado de Eletrodinâmica.

## Metodologia

Para atingir o objetivo da pesquisa foi adotado como estratégia metodológica o estudo de caso, o qual pode ser definido 'como uma descrição intensiva, holística e uma análise profunda de uma entidade singular, um fenômeno ou uma unidade social' (MOREIRA, 2011b, p. 87). O delineamento escolhido foi o quase-experimental. Neste delineamento, falta ao pesquisador a aleatoriedade na escolha dos sujeitos participantes da pesquisa, pois as turmas já estavam previamente formadas na ocasião da pesquisa. A variável independente deste estudo é o método de ensino, que, neste caso, será uma UEPS.

A UEPS foi aplicada na Escola Estadual de Ensino Médio de Tempo Integral Dep. Irapuan Cavalcante Pinheiro, localizada em Fortaleza - CE. Os sujeitos da pesquisa foram os alunos de duas turmas da 3º ano do EM diurno. As turmas em questão possuem em sua carga horária semanal duas aulas de Física com duração de 50 minutos cada. Na ocasião da pesquisa, a escola não dispunha de laboratório de ciências, nem equipamentos de laboratório ou kits de experiência.

Uma das turmas, composta por 36 alunos, foi considerada grupo controle (GC), tendo aulas predominantemente tradicionais com o professor de Física, enquanto a outra turma, composta por 35 alunos, denominada grupo experimental (GE), teve aulas ministradas pelo professor pesquisador e foi submetida ao tratamento, ou seja, à aplicação da UEPS. Ambas as turmas possuem alunos com a faixa etária entre 16 a 21 anos. Antes e após a implementação da UEPS foram aplicados um teste de conhecimento e um questionário de opinião aos dois grupos, No entanto neste trabalho analisaremos apenas o resultado do questionário de opinião, de 19 alunos do GE e 23 alunos do GC, os quais responderam aos dois questionários, prévio e final.

O questionário prévio possui 10 questões, sendo 8 fechadas e 2 abertas, que se referem a autoavaliação do aluno quanto ao seu interesse pela disciplina de Física, conceitos e concepções que possuem. O questionário final do GE foi acrescido de três questões relativas à metodologia de ensino utilizada. Nas questões objetivas, utilizouse a escala Likert. As alternativas para que os alunos pudessem emitir sua avaliação eram: (1) Concordo Totalmente; (2) Concordo Parcialmente; (3) Indiferente; (4) Discordo Parcialmente; (5) Discordo Totalmente. No Quadro 1, apresentam-se de forma resumida a UEPS de eletrodinâmica, com a descrição das atividades desenvolvidas, etapas, e o tempo previsto para implementação.

Quadro 1: Descrição das etapas da UEPS de Eletrodinâmica

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É importante destacar que, além do questionário de opinião foram realizadas avaliações formativas durante as etapas da UEPS. Essas avaliações incluíram perguntas no diálogo inicial para explorar o conhecimento prévio dos alunos, atividades experimentais com momentos de reflexão e feedback em grupo, e o uso de quizzes para verificar a compreensão em diferentes momentos da aprendizagem. Essa abordagem possibilitou uma avaliação contínua, alinhada com os princípios da AS, ao identificar atitudes e evidências do envolvimento dos alunos nas aulas.

## Resultados

Para avaliar a qualidade do questionário, buscou-se verificar a sua fidedignidade, a qual pode ser verificada a partir do cálculo da consistência interna, através do coeficiente alfa de Cronbach (α):

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Onde: k é o número de assertivas, n é o número de respondentes, 𝑆 𝑖 2 é a variância dos n escores das pessoas a i-ésimo item (i = 1, ..., k). 𝑆𝑡 2 é a variância dos totais Tj (j = 1, 2,...,n).

Os valores de α podem estar entre 0 e 1, sendo que, quanto mais próximos de 0 (zero) mais baixa a consistência interna, e quanto mais próximo de 1, melhor a precisão, indicando que os itens do teste têm coerência entre si e com o teste como um todo, e, portanto, existe uma correlação positiva entre eles. Em geral, para que um questionário tenha consistência interna considerável e válida, deve ter valores de α &gt; 0,7 (Cronbach, 1951). A tabela 1 apresenta a consistência interna das respostas dos itens selecionados.

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Tabela 1: Teste de confiabilidade do questionário final do GE

Com base nos resultados, pode-se inferir que o questionário apresenta uma boa consistência interna levando em conta o reduzido número de questões utilizadas, visto que 𝛼 = 0,79 . Portanto, é possível afirmar que o questionário se mostrou válido para investigar o nível de motivação dos alunos.

Isto posto, para fins deste estudo serão analisadas apenas cinco questões, as questões 1 e 2 aplicadas aos dois grupos, e as questões 3, 4 e 5 relativas à metodologia aplicada ao GE. Para isso, serão considerados o somatório do percentual de alunos que concordaram totalmente e concordaram parcialmente das assertivas. A questão 1 afirmava que os alunos gostavam de estudar a disciplina de Física. No GE, 57,9% dos alunos concordaram com a afirmação antes e 47,3% após a intervenção. No GC, 65,7% concordaram antes do início das aulas tradicionais e 52,2% ao final das mesmas (FIGURA 1). Nos dois grupos foi observada uma redução no percentual de concordância.

Figura 1: Respostas do GE e GC à questão 1 do questionário prévio e final

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Uma hipótese para explicar esta redução seria o fato de os alunos já possuírem uma visão negativa da disciplina adquirida ao longo de anos, e devido a

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isso, o tempo de duração da intervenção não ser suficiente para modificar esta mentalidade. Por meio dessa colocação, é possível inferir que a utilização de novas estratégias no ensino de Física, que primem pela interação dos alunos no processo de aprendizagem, ainda é um grande desafio.

Por outro lado, nas questões abertas muitos alunos do GE expressaram o desejo de continuarem tendo aulas de Física com uma abordagem mais atrativa. Algumas falas exemplificam o que foi retratado: 'Adoraria que os outros bimestres fossem iguais'; 'Gostaria que acontecessem mais vezes na semana'; 'As aulas foram muito boas, não tenho o que reclamar. O que falta é meu interesse na disciplina porque não gosto muito de exatas'.

A questão 2 afirmava que os alunos se interessavam por experimentos de Física e visava identificar o grau de motivação dos estudantes na realização de atividades práticas experimentais. A Figura 2 apresenta os resultados, por meio do qual é possível constatar que os alunos consideram importante tais abordagens, visto que no GE houve uma concordância de 94,8% e 73,7% (questionários prévio e final, respectivamente), e no GC, 87% dos alunos manifestaram interesse em ambos os questionários. Mesmo com a diminuição na porcentagem de concordância do GE, os valores mantiveram-se elevados.

Figura 2: Respostas do GE e GC à questão 2 do questionário prévio e final

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A questão 3, específica para o GE, trouxe a afirmação de que os alunos gostaram de participar de uma equipe para construir experimentos de Física, e obteve 100% de concordância para esta assertiva (84,2% concordou totalmente e 15,8% concordou parcialmente). Este resultado indica que os alunos gostaram de participar das atividades experimentais, por ser um momento de interação com os colegas e com o professor, além de permitir o contato com situações-problema reais.

A questão 4 pedia para que os alunos relatassem quais atividades mais tinham gostado durante as aulas de Física. Como mostra o Quadro 2 a maioria destacou as atividades com experimentos em geral, e com robótica, e a utilização do

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quiz Plickers. As falas de alguns alunos corroboram estes dados: ' Quiz e experiência, porque fica mais fácil de entender'; 'Gostei das atividades em equipe, apresentando novas experiências'. 'O experimento com limão, porque achei muito interessante, é um experimento bom de se trabalhar'; 'Aula de robótica, porque pra mim foi uma novidade realmente incrível, como eu sou aluno da rede pública, nunca tive a oportunidade de participar de uma aula diferente'; 'Os experimentos, pois a gente consegue aprender e se interessar mais e gostar mais da física'.

Quadro 2: Respostas do GE à questão 4 do questionário final

Por outro lado, não houve menção à utilização dos vídeos e das simulações computacionais PhET em suas respostas. Provavelmente porque as simulações foram apresentadas pelo professor, ou seja, os alunos não manusearam diretamente a ferramenta, devido a carência de recursos que permitissem essa abordagem. E quanto aos vídeos, por ser um recurso ao qual estão habituados. Entretanto, os resultados evidenciaram que as atividades, conteúdos e recursos utilizados na UEPS, de um modo geral, ajudaram a manter a atenção do aluno, o que é uma condição inicial para motivar a aprendizagem. Segundo Ausubel (2000), um dos fatores que influenciam na AS é a utilização de um material potencialmente significativo. Logo, pode-se concluir que a UEPS de eletrodinâmica foi exitosa neste sentido.

Por fim, a questão 5 pedia que os alunos dessem sugestões para a melhoria da UEPS. Alguns alunos, afirmaram não ter algo a acrescentar, pois tinham gostado bastante das aulas. Outros enfatizaram o desejo de que a metodologia fosse adotada nos demais bimestres, e também que tivesse um maior número de aulas práticas e aulas de Física na semana. Além disso, alguns alunos deram sugestões de atividades, como: aulas de campo e utilização de dinâmicas de grupo. E um dos estudantes mencionou a necessidade de melhorar a interação entre professor e aluno. Nota-se, por meio desta questão, que a maioria dos alunos opinou positivamente em relação aos recursos utilizados na UEPS e expressaram a importância de se manter essas abordagens didáticas.

## Conclusão

A metodologia de ensino adotada, baseada na UEPS, demonstrou potencial para promover uma aprendizagem não arbitrária e mais significativa. De modo geral, os dados apresentados por meio dos questionários mostram que os alunos concordam que: a disciplina de Física é considerada importante pela maioria dos alunos, pois está presente no seu dia a dia; a participação em equipes para a construção de experimentos de Física é um fator motivacional para a aprendizagem; e as atividades da UEPS que mais geraram motivação foram os experimentos de modo geral, a prática com robótica e o quiz online .

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No entanto, ao final do processo, observou-se uma redução na porcentagem de concordância dos estudantes quanto ao interesse pela disciplina de Física, observadas nas questões 1 e 2. Esse dado, embora à primeira vista possa sugerir que a metodologia não foi suficiente para modificar a visão dos alunos, pode também refletir uma expectativa mais elevada gerada pela abordagem proposta. Ao apresentar a disciplina de forma mais envolvente e dinâmica, a UEPS possivelmente elevou as expectativas dos estudantes, que, ao não verem todas suas expectativas atendidas, expressaram um interesse reduzido em relação ao entusiasmo inicial. Essa reflexão aponta para a necessidade de ajustar estratégias que consolidem as expectativas e gerem motivação contínua, sugerindo direções para futuras intervenções pedagógicas.

Diferentemente, nas três últimas questões aplicadas ao GE verificou-se, de maneira geral, um parecer favorável. A resposta dos alunos confirma que eles gostaram de participar das práticas experimentais e mostraram entusiasmo com os trabalhos em grupo. Baseado nessas evidências é possível concluir que a utilização dos experimentos cumpriu o objetivo de contribuir para um melhor desenvolvimento do conteúdo, uma vez que estavam inseridos no contexto da matéria e todos participaram efetivamente das atividades. Consequentemente, a estratégia de utilização de uma SE com experimentação para motivar a atitude potencialmente significativa dos alunos foi considerada exitosa. Logo, pode-se inferir que as situações-problema propostas envolvendo práticas experimentais foram satisfatórias em promover a motivação dos alunos para a aprendizagem de eletrodinâmica.

## Agradecimentos

Ao incentivo e aporte financeiro do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq para o desenvolvimento desta pesquisa no Brasil.

## Referências

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AUSUBEL, D. P. Aquisição e Retenção de Conhecimentos: Uma Perspectiva Cognitiva. Paralelo Editora, LDA, Lisboa. The acquisition and retention of knowledge: A cognitive view - Kluwer Academic Publishers, 2000.

COSTA, S. S. C.; MOREIRA, M. A. A resolução de problemas como um tipo especial de aprendizagem significativa. Cad. Cat. Ens. Fís. , v. 18, n. 3, p. 263-277, 2001.

CRONBACH, L. J. Coefficient alpha and the internal structure of tests. Psychometrika , v. 16, p. 297-334, 1951.

MOREIRA, M. A. Unidades de Ensino Potencialmente Significativas - UEPS. Aprendizagem Significativa em Revista , v. 1, n. 2, p. 43-63, 2011a.

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MOREIRA, M. A. Lenguaje y Aprendizaje Significativo. Conferencia de cierre del IV Encuentro Internacional sobre Aprendizaje Significativo, Maragogi, AL, Brasil, septiembre, 2003.

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