UM ESTUDO SOBRE OS PRINCIPAIS DESAFIOS RELACIONADOS À APRENDIZAGEM DO CONCEITO DE EMPUXO

## UM ESTUDO SOBRE OS PRINCIPAIS DESAFIOS RELACIONADOS À APRENDIZAGEM DO CONCEITO DE EMPUXO

## Isabela Dutra de Oliveira 1 , Thiago Costa Caetano 2

- 1 Universidade Federal de Itajubá/Programa de Pós-Graduação em Educação em Ciências, isabeladutradeoliveira@unifei.edu.br

## Resumo

O projeto intitulado Laboratório Remoto de Ciências da Universidade Federal de Itajubá tem por objetivo o desenvolvimento de experimentos reais que, após passarem por um processo de automatização, podem ser controlados remotamente por meio da internet. As pesquisas referentes às potencialidades desse recurso no âmbito educacional são ainda incipientes e diversas questões ainda não foram respondidas de forma satisfatória, entre elas destaca-se, por exemplo, quais são as potencialidades desse recurso para o ensino e aprendizagem de conceitos de Física? Nesse sentido, apresentamos neste trabalho um recorte de uma pesquisa maior, em que se realizou a construção de uma Sequência de Ensino e Aprendizagem (SEA) que busca investigar quais as potencialidades de um experimento remoto sobre hidrostática para a superação das dificuldades de aprendizagem do conceito de empuxo. A SEA foi orientada pela metodologia Design-Based Research e, no contexto do recorte deste trabalho, apresentamos aqui os principais resultados de uma de suas fases, a fase de compreensão do problema (fase 2), na qual foi realizada uma pesquisa completa. Com base na investigação realizada, foi possível identificar alguns problemas de aprendizagem juntamente com possíveis encaminhamentos para solucioná-los. Também foram identificadas algumas concepções prévias e dificuldades de aprendizagens específicas dos conteúdos de hidrostática, através de um estudo exploratório realizado com alunos do 2° ano do Ensino Médio de uma escola pública da cidade de Itajubá - MG.

Palavras-chave : Sequência de Ensino e Aprendizagem; Experimentos Remotos; Empuxo.

## Introdução

O desenvolvimento do projeto intitulado 'Laboratório Remoto de Ciências' ou simplesmente, labremoto - teve início no ano de 2012 nas dependências do Instituto de Física e Química da Universidade Federal de Itajubá (IFQ/Unifei). Seu principal objetivo é construir experimentos didáticos e automatizá-los para que possam ser controlados de maneira remota e monitorados em tempo real através da internet - os experimentos remotos (ER).

Por se tratar de um recurso relativamente novo, ao menos do ponto de vista do ensino de Ciências, é natural que existam alguns questionamentos que ainda não foram respondidos de forma satisfatória, por exemplo, a) que aspectos didáticos devem ser observados na construção de um experimento remoto (ER)? b) De que forma deve ser feita a avaliação do estudante ao utilizar o ER quando não está no mesmo ambiente que o docente? Entre muitas outras questões. É possível perceber que essas incertezas distribuem-se principalmente em dois grandes agrupamentos: o primeiro relacionado aos aspectos didáticos da construção do objeto e o último, referente aos aspectos pedagógicos de sua utilização.

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Com o intuito de avançar com a compreensão de certos aspectos relacionados ao uso do recurso, nossa equipe tem empregado uma metodologia conhecida como Design-Based Research (DBR) para orientar a construção de atividades, sequências de ensino e aprendizagem (SEA), de modo sistemático e consistente. Grosso modo, essa metodologia emprega um fluxograma para estruturar as fases do trabalho de construção de uma solução/produto para um problema dentro do contexto educacional. Esse processo tem a característica de ser iterativo, não necessariamente linear, de se retroalimentar, e permitir integrar outras metodologias em cada uma de suas fases (Easterday; Lewis; Gerber, 2014). De acordo com a definição apresentada por Guisasola et al. (2017), a DBR compreende seis fases: 1) foco ou delineamento do problema; 2) compreensão do problema; 3) definição dos objetivos e indicadores; 4) concepção das ações para solução do problema; 5) implementação da ação elaborada e 6) avaliação da eficácia da solução.

A pesquisa apresentada neste trabalho foi realizada durante a construção de uma SEA envolvendo o ER 'Hidrostática' do Laboratório Remoto de Ciências e situa-se na fase de compreensão do problema - fase 2 da metodologia DBR, empregada para auxiliar na construção da SEA. Essa fase tem como objetivo identificar desafios à aprendizagem do tema e, normalmente, faz-se um levantamento bibliográfico para determinar que problemas/desafios já foram relatados na literatura e possíveis direcionamentos que podem ser obtidos a partir disso, se foram eficazes ou não. Também é comum que se faça uma intervenção empírica que, no contexto desta investigação, ocorreu por meio de um questionário aplicado aos alunos. Assim, neste trabalho apresentamos os principais resultados do levantamento bibliográfico realizado e também da análise das respostas fornecidas pelos estudantes aos questionários.

## Procedimentos de Pesquisa

Inicialmente foi feita uma revisão narrativa da literatura, conforme a qual foi realizada uma busca por artigos na base de dados do Google Scholar utilizando os termos 'ensino de física' e 'hidrostática' de maneira combinada - operador booleano AND. Como recorte temporal foram considerados apenas os artigos a partir de 2019 - últimos 5 anos - e os resultados foram filtrados por meio de uma leitura flutuante que considerou inicialmente apenas o título dos trabalhos e a amostra do conteúdo exibidos para cada resultado. A leitura dos resumos foi realizada sempre que necessário, isto é, quando os elementos anteriores não foram o suficiente para inferir o teor de cada trabalho.

Dez artigos foram selecionados e os principais desafios à aprendizagem do tema empuxo, bem como as estratégias sugeridas, foram sumarizados no Quadro 1.

Quadro 1: principais problemas de aprendizagem e estratégias apresentadas

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Nos artigos selecionados, não há informações significativas sobre as concepções prévias que os estudantes podem apresentar referentes ao tema 'empuxo'. Por essa razão foi necessário realizar um estudo exploratório, de natureza qualitativa, buscando obter informações que possibilitassem delinear o perfil dos estudantes. Esse tipo de levantamento de dados é normalmente realizado por meio de instrumentos típicos de coleta, como questionários e entrevistas. Para orientar a construção dos instrumentos de coleta, foi elaborado um esquema (Figura 1) relacionando os principais elementos teóricos necessários para viabilizar a construção de uma compreensão acerca do conceito de empuxo. Tais elementos foram sugeridos através de livros didáticos, aprovados pelo PNLD 2018, empregados na Educação Básica.

De acordo com Miranda (2020), o questionário é a ferramenta mais comum para a coleta de dados em uma pesquisa de cunho qualitativa, não sendo necessariamente a mais adequada. Contudo, ela possibilita buscar a informação primária direto do sujeito pesquisado. Além disso, permite o anonimato das respostas, o que pode ser mais cômodo para os respondentes visto que estes podem se sentir menos expostos do que em entrevistas (Gillham, 2008).

O questionário que foi elaborado consiste em quatro questões dissertativas, com figuras que ilustravam as situações descritas no enunciado, e abordavam os conceitos identificados através do mapa conceitual, como por exemplo, pressão, grandezas vetoriais e escalares, etc. Além disso, observou-se que todas as questões possuíssem alguma relação com situações ou experiências já vivenciadas pelos respondentes ou com seu cotidiano.

Figura 1: Mapa Conceitual

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Fonte: Os autores.

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O questionário foi aplicado em duas turmas de 2º ano do Ensino Médio de uma escola pública no município de Itajubá - MG e, para maximizar o número de respostas, optou-se por aplicá-lo durante o próprio período de aula das turmas. Ocorreram 23 participações ao todo, sendo 8 delas pertencentes à turma do 2° ano 1 e as outras 15, à turma do 2° ano 2. O anonimato dos participantes desta pesquisa foi preservado por meio da adequada codificação dos instrumentos de coleta de dados e serão referenciados neste trabalho como 'Alunos' por meio da letra 'A' seguido de um número n, como por exemplo, 'A1'.

De modo geral, as quatro perguntas buscaram identificar: a) se os estudantes conseguem diferenciar grandezas vetoriais de grandezas escalares; b) a compreensão e explicação dos mesmos sobre o conceito de pressão; c) seus conhecimentos prévios e suas explicações sobre o conceito de empuxo. Os dados levantados foram analisados segundo uma perspectiva qualitativa, que busca de forma descritiva e considerando a existência de uma relação indissociável entre o mundo real e a subjetividade dos sujeitos, interpretar e atribuir significados aos fenômenos estudados (Provdanov; Freitas, 2013) interessando-se mais pelo modo como as definições se formam (Bogdan; Biklen, 1994).

## Discussão dos resultados

Com relação à primeira etapa da pesquisa, uma revisão narrativa da literatura, foi possível perceber que a maioria dos trabalhos selecionados destacam problemas similares como, por exemplo, o desinteresse e rejeição dos estudantes pela física - devido a aulas tradicionais, conteudistas, matematizadas e à utilização de metodologias e tecnologias transpassadas (Cid et al., 2021), a falta de laboratórios e estrutura insuficiente das escolas para aulas práticas (Oliveira, 2022) e as dificuldades dos professores, no quesito formação, na utilização de atividades experimentais e tecnologias.

Um ponto que merece destaque refere-se ao que foi apresentado no trabalho de Almeida (2021), no qual a autora enfatiza que, embora as escolas necessitem acompanhar a evolução das TDIC e que os professores devem implementá-las em

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suas aulas, se estas não forem bem estruturadas e não apresentarem nenhuma estratégia pedagógica relevante, o ensino pode continuar sendo tradicional e pode não solucionar os problemas de aprendizagem.

Embora não tenha sido possível identificar problemas específicos relacionados ao ensino e aprendizagem de conteúdos de hidrostática, o trabalho de Fortaleza e Ribeiro (2022) apresenta que estes são normalmente ofertados ao final do ano letivo, ocasionando, na maioria das vezes, a ausência de sua abordagem devido à falta de tempo hábil para cumprir o planejamento e, quando abordado, a apresentação do conteúdo é apenas superficial, gerando muitos conflitos de ideias e problemas de aprendizagem.

Entre os possíveis encaminhamentos para contornar os problemas citados anteriormente, destacam-se principalmente: 1) a realização de atividades lúdicas, interativas e práticas que coloquem o aluno como sujeito ativo do processo de ensino-aprendizagem; 2) a utilização das TDIC, experimentos de baixo custo, simulações e outras ferramentas que possam contornar os problemas relativos à infraestrutura da escola, de forma planejada e bem articulada pedagogicamente; 3) utilização de temas motivadores e pertencentes ao cotidiano dos estudantes que promovam a utilização de uma linguagem comum, acessível tanto para professores como para estudantes.

Naquilo que diz respeito aos resultados do estudo exploratório realizado (segunda etapa), entre os conhecimentos-base considerados necessários para a aprendizagem do tema 'empuxo', estão aqueles relacionados a grandezas vetoriais, grandezas escalares e do conceito de pressão. Assim, na análise dos dados levantados percebemos que dos 23 alunos apenas 7 manifestaram uma noção de que certas grandezas não são adequadamente expressas somente pelo módulo, como é possível perceber na resposta do aluno A1: '[...] a última instrução não me diz para onde eu devo andar 10 passos.'

No que se refere ao conceito de pressão, 16 estudantes manifestam uma compreensão que se aproxima do conceito mas que ainda não o explica adequadamente e nem utilizam termos científicos para isso. Dessa forma, fica evidente que os estudantes possuem dificuldade em explicar fenômenos e conceitos físicos utilizando termos científicos, conforme mostra a resposta do aluno A6: 'não vai estourar. Acho que é porque a pressão não está feita em um lugar só, não sei explicar direito.'

Ainda, foi possível identificar que 19 estudantes não expressam qualquer referência ao conceito de empuxo, ou ainda, apresentam concepções equivocadas ao explicar o comportamento de uma bola de futebol ao ser pressionada contra uma superfície d'água em uma piscina, relacionando a força de empuxo à pressão exercida pela água, conforme evidencia a resposta do aluno A7: 'ela volta para a superfície, pois a pressão da água não deixa ela afundar'.

## Considerações finais

Os desafios identificados a partir dos dados, tanto da revisão narrativa quanto do estudo exploratório, relacionados ao ensino do conceito de empuxo, permitiram obter direcionamentos que serão úteis para a continuição deste pesquisa, a qual consistirá na construção de uma SEA. Entre os principais desafios, foi constatato que os estudantes manifestam dificuldades na aprendizagem de conceitos abstratos e na compreensão de certas grandezas físicas como é o caso da pressão. Neste

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sentido, os dados parecem apontar para a utilização de experimentos como uma possível estratégia didática, capaz de mitigar essas dificuldades.

Entretanto, é sabido que existem inúmeros desafios para a utilização destas atividades na educação básica - turmas superlotadas, infraestrutura inadequada ou inexistente, formação docente insuficiente, etc. Portanto, quando falamos de atividades experimentais, é preciso também considerar alternativas que permitam contornar tais obstáculos. Uma alternativa particularmente interessante diz respeito aos experimentos remotos. Mas é claro que a utilização do recurso precisa estar articulada a um planejamento adequado. Os dados também sugerem que tal planejamento deve tentar aproximar o conteúdo de situações cotidianas dos estudantes, algo com que tenham familiaridade. Ficam, portanto, estabelecidos, os principais parâmetros que deverão nortear a construção da SEA durante o desenvolvimento de etapas posteriores a essa pesquisa.

## Referências

ALMEIDA, P. F. Uma proposta de ensino de hidrostática utilizando a técnica do professor-personagem (pp) . 2021. Dissertação de Mestrado. Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

BOGDAN, R.; BIKLEN, S. Investigação qualitativa em educação: uma introdução à teoria e aos métodos. 1994.

CID, A. S; Pizzi, M.; Lacerda, T. C.; Oliveira, E. T. Proposta de Sequência Didática para Hidrostática: Aprendizagem Ativa em Destaque no Ensino de Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 38, n. 1, p. 422-445, 2021.

EASTERDAY, M. W.; LEWIS, D. R.; GERBER, E. M. Design-based research process: Problems, phases, and applications. International Society of the Learning Sciences , 2014.

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MIRANDA, G. J. Elaboração e aplicação de questionários . In: NOVA, Silvia Pereira de Castro Casa et al (org.). Trabalho de Conclusão de Curso: uma abordagem leve, divertida e prática. São Paulo: Saraiva Educação, 2020. p. 216-229.

OLIVEIRA, M. J. S. Explorando simulações e laboratórios virtuais multimídia como recursos de aprendizagem de física. 2022.

PRODANOV, C. C.; DE FREITAS, E. C. Metodologia do trabalho científico: métodos e técnicas da pesquisa e do trabalho acadêmico-2ª Edição . Editora Feevale, 2013.

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