O USO DA METODOLOGIA ATIVA POE E DA TEORIA DA INSTRUÇÃO DE BRUNER NA CONSTRUÇÃO DE ROTEIROS EXPERIMENTAIS DE CINEMÁTICA PARA VIDEOANÁLISE

## O USO DA METODOLOGIA ATIVA POE E DA TEORIA DA INSTRUÇÃO DE BRUNER NA CONSTRUÇÃO DE ROTEIROS EXPERIMENTAIS DE CINEMÁTICA PARA VIDEOANÁLISE

Luciana de Morais Dutra 1 , Wanderley P. G. Junior 2 , Vitor L. B. de Jesus 3

1 IFRJ - campus Nilópolis /Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências, lucianamdutra@gmail.com

2 Colégio de Aplicação/UFRJ, wpgjunior@gmail.com

3 IFRJ - campus Nilópolis /Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências, vitor.jesus@ifrj.edu.br

## Resumo

Este trabalho aborda uma alternativa inovadora para o ensino de Física em escolas com recursos limitados, focando na utilização de roteiros experimentais semiabertos e na videoanálise com o software livre Tracker. Em vez de depender de equipamentos físicos, o método emprega atividades de videoanálise, permitindo que estudantes explorem conceitos de Cinemática, como velocidade, aceleração e trajetória, com base na metodologia ativa POE (Predizer-Observar-Explicar). Essa abordagem promove a construção de conhecimento ao encorajar estudantes a formular hipóteses, observar fenômenos e interpretar dados, criando um conflito cognitivo entre previsões e observações que estimula o aprendizado. A teoria de instrução de Bruner serve como base teórica para a criação dos roteiros, que se organizam em três fases: predição, observação e explicação. Os roteiros são desenvolvidos com foco em movimentos uniforme e acelerado, abrangendo temas como velocidade, queda livre e movimento circular. Cada atividade visa não apenas a compreensão de conceitos físicos, mas também o desenvolvimento de habilidades científicas, como análise de dados, uso de unidades de medida e interpretação gráfica. Os roteiros experimentais semiabertos e a videoanálise são apresentados como métodos eficazes para tornar o aprendizado em Física mais eficaz e acessível, permitindo aos professores adaptar as atividades conforme necessário. Como perspectivas futuras, o trabalho sugere a expansão do uso destes roteiros para outras áreas da Física e adaptações para o ensino remoto e híbrido, com o objetivo de democratizar o ensino experimental nas escolas públicas e tornar a educação científica mais inclusiva e prática.

Palavras-chave : Metodologia ativa POE, Teoria da Instrução de Bruner, Roteiros experimentais, Videoanálise, Tracker

## Introdução

A elaboração de atividades experimentais para que os estudantes do ensino fundamental e médio possam desenvolver suas habilidades de investigação de fenômenos físicos, além de exigir do docente materiais, equipamentos e outros recursos para elaboração da atividade proposta, também necessitam de um ambiente adequado para sua realização. A questão é que tanto os recursos, quanto o ambiente físico, raramente estão disponíveis nas escolas públicas brasileiras.

Além disso, tem-se que, no estudo da Cinemática, conceitos cientificamente equivocados persistem no entendimento dos estudantes sobre o tema, como por exemplo: confundir a trajetória descrita pelo móvel com a curva do gráfico da posição versus tempo desse movimento; considerar a trajetória de um móvel como grandeza absoluta, independente do referencial adotado; associar a posição utilizada aos

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

valores das velocidades dos móveis, o que leva o estudante a concluir que carros que estão na mesma posição têm a mesma velocidade; confundir os conceitos de deslocamento vetorial e o escalar distância percorrida, assim como o conceito de velocidade com o de aceleração; e confundir o conceito de rapidez com velocidade. (Champagne; Klopfer; Anderson, 1980; Vilani; Pacca; Hosoume, 1985; Rosenquist; McDermott, 1987; Villani, 1989; Laburú; Carvalho, 1993; McDermott, 1998; Souza; Donangelo, 2012; Prudêncio, 2017, Cunha; Sasaki, 2020). Dessa forma, ainda nos dias de hoje, é fundamental a busca de estratégias que favoreçam a diminuição desses equívocos por parte dos estudantes e contribuam para uma melhor formação em ciências destes alunos.

Diante deste cenário, o presente trabalho apresenta uma alternativa às limitações impostas no uso de um laboratório material 1 a partir da construção de uma série de roteiros 2 experimentais destinados à exploração dos conceitos de cinemática, fundamentado na teoria de instrução de Bruner e construídos com base na metodologia ativa POE (Predizer-Observar-Explicar). Estes roteiros foram elaborados para a realização de atividades de videoanálise através do software livre Tracker .

## A metodologia POE

- A metodologia ativa POE (Predizer-Observar-Explicar) foi desenvolvida por Richard White e Richard Gunstone (1992) e se baseia na construção do conhecimento a partir de um conflito cognitivo entre o que foi previsto e o que foi observado pelo estudante. O desenvolvimento de uma atividade baseada neste método solicita aos estudantes a realização de uma tarefa em três etapas:
- 1ª etapa: A criação de hipóteses para a previsão dos resultados do fenômeno observado e a construção de justificativas para essa previsão;
- 2ª etapa: Descrição do fenômeno observado;
- 3ª etapa: Caso haja conflito entre a previsão feita e o observado na ocorrência do fenômeno, deve-se fazer a conciliação dessas duas etapas.

Assim sendo, esta metodologia possibilita ao estudante construir o conhecimento a partir do conflito entre suas concepções prévias e a observação do evento, podendo inclusive aplicar mais de um raciocínio para explicar o fenômeno observado. Santos e Sasaki (2015), ao desenvolverem um conjunto de atividades voltadas para o ensino de mecânica centrada na educação de jovens e adultos, destacam que essa metodologia tem inspiração construtivista, delegando a responsabilidade de explicar e debater um fenômeno real, usando suas próprias palavras, ao estudante. Nesse contexto, o docente exerce um papel fundamental. Segundo esses autores

Cabe ao professor contextualizar o tema, apresentar um fenômeno real relacionado na forma de experimento, vídeo ou animação, estimular a discussão de ideias, organizar a interação dos alunos e finalmente coligir e debater as diferentes respostas. (Santos e Sasaki, 2015, p. 3506-2).

A construção dos roteiros experimentais semiabertos apresentados neste trabalho, portanto, teve como norte a criação de conflitos cognitivos entre as concepções

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prévias dos estudantes e o que eles observaram durante o desenvolvimento da atividade experimental. Buscou-se neste trabalho trazer situações de cinemática que envolviam divergências entre os conhecimentos prévios dos estudantes (eles analisariam situações a partir de suas vivências) e os conhecimentos construídos com o experimento (eles teriam que reconciliar as suas hipóteses com o que eles observaram através da videoanálise).

## A teoria da instrução de Bruner

Segundo Bruner (1971), qualquer disciplina pode ser eficazmente ensinada a crianças em qualquer estágio de desenvolvimento, desde que isso seja feito de maneira intelectualmente honesta 3 . Agora, como construir roteiros experimentais baseados na metodologia POE de maneira intelectualmente honesta?

A teoria de instrução de Bruner é prescritiva, ou seja, tem preocupação em otimizar o processo de aprendizagem dos estudantes, de maneira a facilitar a transferência ou a recuperação de informações (Moreira, 1999). Para isto, Bruner (1973) propõe quatro características principais:

- ● Predisposição - apontar as experiências mais efetivas para a aprendizagem considerando o estágio de desenvolvimento do indivíduo;
- ● Estrutura e forma de conhecimento - especificar como deve ser estudado um conjunto de conhecimentos;
- ● Sequências e suas aplicações - apresentar a sequência mais eficiente para o desenvolvimento das matérias a serem estudadas;
- ● Forma e distribuição do reforço - considerar a natureza e a aplicação de prêmios e punições, no processo de aprendizagem e ensino.

A Teoria de Instrução de Bruner, em especial em relação às suas três primeiras características, convergem de forma coerente com a metodologia ativa POE no que se refere a como se estruturar uma atividade de videoanálise como apresentado nesse trabalho.

## A videoanálise e software livre Tracker

A videoanálise é uma análise quadro a quadro de vídeos, que utilizando uma ferramenta como o software livre Tracker , 'permite o estudo de diversos tipos de movimento a partir de filmes produzidos por câmeras digitais ou webcams ' (de Jesus, 2014, p.217). Segundo este autor, 'a ideia é oferecer, aos professores e estudantes, ferramentas computacionais que possibilitem modos diferentes de descrever, explicar, prever e entender fenômenos físicos' (p. 19).

Os roteiros de atividades apresentados nesse trabalho foram elaborados para serem realizados com o auxílio do software de videoanálise Tracker. , desenvolvido por Douglas Brown numa parceria com a Open Source Physics (OSP), plataforma em que está disponível para ser baixado para os sistemas operacionais Windows MacOS ,

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- e Linux 4 . Bezerra Junior et al. (2011) procederam a tradução para o português do software e elaboraram manual de utilização 5 .

Para Brown e Cox (2009), a utilização da videoanálise em aulas de Física permitem ao estudante, já familiarizado com o uso e edição de vídeos em seus smartphones , a possibilidade de aquisição de dados a partir da observação de fenômenos, sem a necessidade de reproduzir um aparato experimental específico ou de situações cuja reprodução, muitas vezes, não seria possível em um laboratório didático.

- O software livre Tracker tem se mostrado valioso na obtenção de dados a partir da análise de situações reais, servindo de fomento para discussões no ensino médio de temas como movimento retilíneo uniforme (Parreira, 2018, Maciel, 2019, Nascimento; Oliveira, 2020), movimento uniformemente acelerado (Maciel, 2019), queda livre (Oliveira et al., 2019, Alberton; Philippsen, 2020; Trabach; Ferracioli, 2020), movimento circular uniforme (França, 2019, Silva et al., 2019), lançamento vertical e oblíquo (Marculino et al., 2018, Silva; Oliveira; de Jesus, 2024), atrito cinético e de rolamento (De Jesus; Sasaki, 2014), força, trabalho e energia (Maciel, 2019) e impulso de uma força (Wrasse et al., 2014).

## A construção de roteiros experimentais semiabertos

Os roteiros experimentais, embora constantemente utilizados em atividades didáticas de laboratório, são bastante criticados pela literatura por, em geral, serem 'engessados' ou solicitarem a execução de uma sequência de passos sem nenhuma reflexão, sendo constantemente comparados a 'receitas de bolo' (Ferreira, 1978; Rutz da Silva et al, 2022).

Nesse contexto, Braz e Agostini (2017) classificam os roteiros experimentais em estruturado, quando as instruções são detalhadas e devem ser seguidas à risca, e não estruturado, onde o roteiro apresenta os objetivos da atividade, porém, deixa a o desenvolvimento dela a cargo do estudante.

- Já Lunardi e Terrazzan (2003) classificam o roteiro experimental em aberto e semiaberto. O roteiro experimental aberto é constituído de três momentos sequenciais: observações/previsões dos alunos sobre o observado (construção de hipóteses), realização/formalização da atividade proposta e, por fim, comparação/análise do que ocorreu durante o desenvolvimento dela. Já o roteiro experimental semiaberto

se caracteriza por situações abertas lançadas pelo professor, por meio de questionamentos/previsões que são evidenciadas no decorrer da realização da atividade guiadas por um roteiro direcionado com sugestões de passos a serem seguidos, tendo uma outra postura do professor, de maneira a questionar o aluno para que ocorram discussões acerca da atividade (Lunardi; Terrazam, 2003, p. 2).

Os roteiros experimentais semiabertos (RES) apresentados nesse trabalho constituem-se em uma composição de um guia para realização da atividade e de um relatório de análise dos dados obtidos em sua execução. Esses roteiros estruturados a partir da metodologia ativa POE, são organizados em três momentos:

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Predição: momento em que os estudantes observam o vídeo que será utilizado na videoanálise e respondem a questões como 'Qual a velocidade do carro cinza?' e 'Como você calcularia o valor da velocidade do carro cinza só assistindo ao vídeo?'; ou é proposta uma situação problema como 'Um carro se desloca com velocidade constante em uma pista. Em um dado momento, o motorista observa que o final da da pista e pisa no freio ABS do carro' seguida de questionamentos como: 'O que acontece com a velocidade deste carro? Ele conseguirá parar antes que a pista acabe? Por quê? Desenhe a trajetória do carro após o motorista pisar no freio';

Observação : momento em que os estudantes, divididos em duplas ou trios, observam, interpretam e analisam o fenômeno através da preparação do experimento, das medições e da análise dos dados obtidos, utilizando para isso o vídeo gravado e o software livre Tracker .

Explicação : momento em que os estudantes confrontam os resultados obtidos com suas previsões iniciais, confirmando ou refutando suas hipóteses.

Os RES abordados nesse trabalho foram pensados para estudantes da 1 a série do ensino médio e são planejados para serem desenvolvidos em 4 tempos de aula cada um. Esses roteiros estão sendo pensados de maneira que o docente possa utilizar todos ou somente alguns, na sequência ou de forma aleatória, conforme sua disponibilidade e critério.

Ressalta-se, ainda, que os roteiros experimentais semiabertos desenvolvidos neste trabalho adequam-se à competência 3, habilidade EM13CNT301 da Base Nacional Comum Curricular (BNCC), onde a atividade possibilite ao estudante

Construir questões, elaborar hipóteses, previsões e estimativas, empregar instrumentos de medição e representar e interpretar modelos explicativos, dados e/ou resultados experimentais para construir, avaliar e justificar conclusões no enfrentamento de situações-problema sob uma perspectiva científica. (BRASIL, 2018, p.559)

Os roteiros experimentais semiabertos deste trabalho possuem a estrutura apresentada no quadro 1.

Quadro 1 : Estrutura dos roteiros experimentais semiabertos

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Fonte: Autores (2024)

Todos os roteiros trazem a instrução de como salvar a videoanálise realizada, que constitui parte da análise das respostas dadas às questões do roteiro. Embora as atividades experimentais sejam realizadas em duplas ou trios, cada estudante deve preencher o seu próprio roteiro, que será avaliado pelo professor.

Para o ensino de cinemática, os RES estão organizados em dois temas gerais (movimentos uniforme e acelerado) e 5 temas específicos: Velocidade, Aceleração, Queda-livre / Aceleração da gravidade, Lançamento oblíquo e Movimento circular. Cada roteiro recebe um título, como pode ser observado no quadro 2.

Quadro 2: Temas e Subtemas os roteiros experimentais semiabertos (RES)Fonte: Autores (2024)

Os professores podem acessar os roteiros experimentais semiabertos através do blog 6 (figura 1). Como a construção dos roteiros é parte do produto educacional de uma tese de doutorado profissional que está em desenvolvimento, somente dois estão disponíveis no momento: Qual a velocidade do carro cinza? que aborda o movimento retilíneo uniforme, e Spinner , que trata do movimento circular uniforme. O roteiro Velozes e Furiosos está em fase de finalização para ser posteriormente disponibilizado.

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Figura 01 : Blog para acesso aos RES e aos vídeos. Fonte: Autores (2024)

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Os vídeos que serviram de base para a construção dos roteiros estão disponibilizados tanto no blog quanto no canal do YouTube do Laboratório Virtual de Cinemática (LaViC) 7 .

## Considerações finais

Este trabalho apresenta uma alternativa viável para o ensino de Física experimental em ambientes escolares com recursos limitados, destacando o potencial da videoanálise como ferramenta didática para o ensino de Cinemática. Além de preencher uma lacuna no aprendizado prático dos estudantes, os roteiros experimentais semiabertos permitem uma aprendizagem eficaz e contextualizada, reforçando a importância do desenvolvimento de materiais educativos acessíveis e inovadores no ensino das ciências.

Tanto os roteiros quanto a própria videoanálise se apresentam não só como um recurso válido quando se trata da experimentação em Física. Eles também são pensados para auxiliar os estudantes na identificação de trajetórias, nas discussões sobre distância percorrida e deslocamento, na compreensão da diferença entre velocidade e aceleração, na obtenção de dados, na utilização de unidades de medida e na interpretação de informações gráficas e matemáticas, buscando atenuar as dificuldades dos estudantes em Cinemática de uma forma honesta.

Como perspectivas futuras, sugere-se a ampliação do uso de RES para outras áreas da Física e das Ciências em geral, bem como a adaptação dessa metodologia para o ensino remoto e híbrido, aproveitando as ferramentas digitais disponíveis. Estas perspectivas representam um passo em direção à democratização do ensino experimental no ensino básico, proporcionando uma educação científica mais inclusiva, prática e adaptada às realidades do ensino.

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