ENSINO DE MECÂNICA INVESTIGANDO UMA TIROLESA

## ENSINO DE MECÂNICA INVESTIGANDO UMA TIROLESA

Leonardo José Piazzarolo Dalbem 1 , Tatiana Souza Graça 2 , Jonas Vinicius Nascimento de Sousa Silva 3 , Juvenilda Silva Ribeiro 4 , Luiz Otavio Buffon 5

- 1 Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Espírito Santo/NEEF/IFES, leonardopiazzarolo@gmail.com
- 2 Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Espírito Santo/NEEF/IFES, tatianafisica24@gmail.com
- 3 EEEFM Maria de Lourdes Santos Silva/departamento/escola, jonasvns@gmail.com
- 4 Centros de Ciência, Educação e Cultura/departamento/Praça da Ciência, jsribeiro@prof.edu.vitoria.es.gov.br
- 5 Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Espírito Santo/Núcleo de Estruturação do Ensino de Física (NEEF)/IFES, luizbuffon@gmail.com

## Resumo

Este artigo apresenta o planejamento, a aplicação e a análise de uma intervenção didática realizada com uma turma de ensino médio da 2ª série de uma escola da rede pública do estado do Espírito Santo, utilizando uma combinação do ensino formal da sala de aula com uma atividade no espaço não formal da Praça da Ciência de Vitória, também no Espírito Santo. O objetivo da intervenção foi fazer uma preparação pré-visita, nos dois primeiros encontros, através de discussões na sala de aula sobre as Leis de Newton e o princípio da conservação de energia, seguidos de um terceiro encontro com atividades investigativas no aparelho Plano Inclinado (Tirolesa) da Praça da Ciência. As análises dos resultados mostraram engajamento e motivação por parte dos alunos que conseguiram realizar as atividades, propondo diversas hipóteses, fazendo testes e experimentos, observações e coleta de dados e por fim comparações com as hipóteses iniciais. Contudo, os alunos demonstraram dificuldades em realizar um planejamento mais completo e em propor explicações e soluções para as questões propostas.

Palavras-chave : Ensino por Investigação. Espaços não-formais. Ensino de Física.

## Introdução

- O ensino tradicional de Física aplicado em muitas escolas privilegia o treinamento para as resoluções de questões abstratas, cobradas nos exames de ingresso em cursos superiores, ao invés de ensinar essa ciência como parte da cultura humana na busca da compreensão da natureza. De acordo com Moreira (2021),

as escolas funcionam mais como centros de treinamento do que como centros educacionais e professores e alunos têm que se submeter a essa cultura treinadora que tem por trás a preparação para o mercado.

Essa forma de ensinar desvincula o ensino da Física dos conceitos que os alunos experimentam no cotidiano, dificultando uma participação mais ativa deles nas atividades e favorecendo uma aprendizagem mecânica distante da compreensão conceitual dos fenômenos (Moreira, 2021).

Uma possibilidade para modificar esse cenário é aplicar no ensino de ciências

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

alguns métodos utilizados para a investigação científica, aproximando a ciência escolar da ciência dos cientistas (Munford; Lima, 2007). O ensino por investigação possibilita condições para desenvolver as habilidades e compreensões dos alunos sobre a Ciência, pesquisa científica e os conteúdos científicos (Bybee, 2000). Reforçando essa concepção de investigação, de acordo com Driver et al. (1999, p.36), 'aprender ciências envolve a introdução das crianças e adolescentes a uma forma diferente de pensar sobre o mundo natural e de explicá-lo'.

Quando se olha para o documento oficial da educação brasileira, a Base Nacional Comum Curricular (BNCC), é possível encontrar recomendações sobre a forma de se ensinar ciências no Ensino Médio, mencionando que este ensino deve ser mais ativo e investigativo, com os alunos como protagonistas do processo de ensino aprendizagem. De acordo com a BNCC (Brasil, 2018, p. 550),

a dimensão investigativa das Ciências da Natureza deve ser enfatizada no Ensino Médio, aproximando os estudantes dos procedimentos e instrumentos de investigação, tais como: identificar problemas, formular questões, identificar informações ou variáveis relevantes, propor e testar hipóteses, elaborar argumentos e explicações, escolher e utilizar instrumentos de medida, planejar e realizar atividades experimentais e pesquisas de campo, relatar, avaliar e comunicar conclusões e desenvolver ações de intervenção, a partir da análise de dados e informações sobre as temáticas da área.

Deste modo, o objetivo deste artigo é apresentar o planejamento, a aplicação e a análise de uma intervenção didática para o ensino de Mecânica que contemplou atividades investigativas. Esta ação foi realizada como uma atividade da disciplina de Prática de Ensino de Física do curso de Licenciatura em Física do Instituto Federal do Espírito Santo, campus Cariacica. Para isso escolheu-se uma atividade experimental do tipo laboratório aberto no equipamento Plano Inclinado (Tirolesa) do espaço não formal da Praça da Ciência de Vitória, no estado do Espírito Santo.

Nas próximas seções deste artigo são apresentados breves resumos sobre os referenciais de ensino por investigação e de espaços não formais, os procedimentos metodológicos, o relato e a análise da aplicação e por fim as considerações finais.

## Referenciais Teóricos

Apesar do uso de atividades investigativas no ensino brasileiro já serem recomendadas nos Parâmetros Curriculares Nacionais de 1997, seu uso ainda não é muito frequente (Sá et. al., 2009; Zômpero; Laburú, 2011). A base do ensino por investigação consiste na proposição de um problema aos alunos por parte do professor, que seja adequado para despertar o interesse deles e ao mesmo tempo não seja complexo demais a ponto de desmotivá-los. O problema deve ser capaz de 'levar os alunos a pensar, a debater, a justificar suas ideias e aplicar seus conhecimentos em situações novas, usando os conceitos teóricos e matemáticos' (Azevedo, 2004, p. 20). Carvalho et al. (2014) propõe quatro possíveis atividades de investigação: Demonstrações Investigativas, Laboratório Aberto, Questões Abertas e Problemas Abertos.

- O Laboratório Aberto baseia-se na resolução de questões através de uma investigação experimental. Ao apresentar as questões é importante que todos os alunos entendam o objetivo do que está sendo proposto, mas o professor deve ter o cuidado de não fornecer respostas diretas. Nesse tipo de abordagem, espera-se que os alunos, em grupos e sob orientação do professor, discutam o assunto, levantem

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hipóteses, façam um planejamento, realizem experimentos e a coleta de dados e informações, analisem os resultados, e ao final elaborem as conclusões comparando com suas hipóteses iniciais (Azevedo, 2004; Carvalho et al. , 2014).

As Atividades Investigativas do tipo Laboratório Aberto possuem vários graus de abertura possíveis de acordo com a autonomia dada aos alunos e o detalhamento do roteiro. Assim, nesse tipo de atividade o processo que os alunos desenvolvem é mais importante do que o acerto ou não do resultado de uma questão.

No ensino por investigação deve-se ficar atento às diferenças entre a Ciência Escolar e a Ciência dos Cientistas. Na primeira o objetivo é ensinar o conhecimento científico já consolidado, enquanto os cientistas procuram por novos conhecimentos científicos. Na ciência escolar, muitas vezes, não existem os recursos necessários para o desenvolvimento de pesquisas e os alunos não tem a experiência científica dos cientistas (Munford; Lima, 2007).

O ensino formal da sala de aula não é a única modalidade de ensino. Segundo Gohn (2006) a educação possui três modalidades, a formal realizada nas escolas, a não-formal efetuada nos espaços coletivos, que podem ser museus ou centros de ciências, e ainda a informal que ocorre nos demais espaços da sociedade.

Os espaços não-formais, por serem fora da escola, trazem uma motivação extra aos alunos, criando a expectativa de algo novo. De acordo com Soares e Silva (2013, p. 177) "os museus interativos de ciências são espaços educativos complementares à educação formal, que possibilitam a ampliação e a melhoria do conhecimento científico de estudantes, bem como, da população em geral". Esses autores afirmam que os alunos costumam lembrar-se mais facilmente de atividades e visitas realizadas em museus ou centros de ciências do que das atividades realizadas em sala de aula.

## Procedimentos Metodológicos

A intervenção didática abordada neste artigo é mostrada no Quadro 1 e foi aplicada aos 26 alunos de uma turma de 2ª série de uma escola pública do estado do Espírito Santo. Participaram do planejamento dessa atividade dois alunos e o professor da disciplina de Prática de Ensino de Física, o professor da turma do ensino médio e a coordenadora da Praça da Ciência. Na época da aplicação os dois alunos também eram mediadores da Praça da Ciência.

Quadro 1: Intervenção didática com atividades investigativas em um espaço não formal.

Fonte: Os autores

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Os dois primeiros encontros foram realizados na sala de aula como uma forma de preparação dos alunos da turma para atividade investigativa do terceiro encontro.

No primeiro encontro foi abordado o conteúdo de energia mecânica utilizandose o experimento da rampa com loop mostrada na Figura 1 com lançamento de uma bolinha de várias posições e a demonstração do simulador PhET disponível no link https://phet.colorado.edu/pt\_BR/simulations/energy-skate-park, abordando diversas situações de descida de objetos com e sem dissipação de energia (PhET, s.d.).

Figura 1: Experimento da rampa com loop utilizada no encontro 1. Fonte: https://site.ifes.edu.br/lab-instrumentacao/experimentos/looping/

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No segundo encontro foram revisados os conceitos sobre as leis de Newton e suas aplicações enfatizando-se o problema do plano inclinado e das rampas.

- O terceiro encontro consistiu na visita na Praça da Ciência onde primeiro a turma participou da atividade investigativa no Plano Inclinado (Tirolesa) durante cerca de 150 minutos e depois visitou os outros equipamentos da Praça da Ciência.
- O equipamento Plano Inclinado (Tirolesa) consiste de 3 cabos de aço que partem de alturas diferentes e descem em direção ao solo. Presos aos cabos têm-se os suportes amarelo (mais alto), azul (intermediário) e vermelho (mais baixo), onde se penduram as pessoas para realizarem as descidas (ver Figuras 2, 3 e 4). Diante desse equipamento foi dada uma breve explicação inicial sobre seu funcionamento e os alunos, em grupos, receberam um roteiro aberto com quatro questões investigativas, sugestões de planejamentos e de relatórios, mostrados no Quadro 2.

No Planejamento 1 os alunos deveriam refletir sobre o experimento e em seguida definir quais testes seriam feitos para responder à pergunta 1. Deveriam pensar em todos os possíveis parâmetros e escrever o planejamento e as hipóteses feitas. No Relatório 1, após realizar os testes, experimentos e investigações, os alunos deveriam relatar os resultados, relacionado as hipóteses iniciais com as observações e medições realizadas.

No Planejamento 2 os alunos deveriam escrever em detalhes, o planejamento para fazer a caracterização completa do problema através de medidas e cálculos. No Relatório 2, após realizar as observações, medidas e cálculos os alunos deveriam relatar os resultados.

## Relato da Aplicação e Análise dos resultados

Nos dois primeiros encontros discutiu-se os conceitos de energia, planos inclinados e Leis de Newton com os alunos, incentivando a participação deles nos

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diálogos e na realização do experimento da Figura 1 com o lançamento de bolinhas em diversas alturas diferentes, como uma preparação para o terceiro encontro. Esses encontros foram de preparação para a atividade investigativa.

No terceiro encontro das atividades investigativas no Plano Inclinando (Tirolesa), mostradas na Figura 2, partes a, b e c, foram formados 6 grupos de alunos. Na parte (a) os alunos estão testando o equipamento enquanto que em (b) e (c) eles estão tomando medidas para realizarem as investigações.

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Figura 2: Na parte (a) os alunos estão se preparando para testar o equipamento, enquanto que nas partes (b) e (c) eles estão realizando medidas no equipamento do Plano Inclinado (Tirolesa) da Praça da Ciência de Vitória - ES, para realizarem as investigações. Fonte: Os autores

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Durante as atividades foi observado que os alunos foram bem participativos e motivados, realizando discussões nos grupos e formulando hipóteses. Contudo foram observadas dificuldades pois em diversas ocasiões eles não sabiam o que fazer, sendo necessária alguma orientação do professor ou dos mediadores. No Quadro 2 são apresentados os resultados da investigação do grupo F, pois foi o que realizou um planejamento mais completo das investigações. Neste artigo não há espaço para analisar todos os grupos em detalhes.

Quadro 2: Resultados escritos da Intervenção didática para o grupo F.

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Fonte: Os autores

Na questão 1 o grupo F formulou e confirmou a hipótese da influência da altura e da massa em quem ganha a corrida na Tirolesa e foi o único a fazer um planejamento mais completo, pensando em usar alunos com 3 massas diferentes para testar e avaliar a influência da altura e da massa na descida. Eles concluíram que maior altura ou maior massa implica em maior velocidade.

No geral, nessa questão 1, dos 6 grupos 4 mencionaram a influência da altura, sendo que 2 grupos perceberam a influência da diferença de inclinações entre as 3 tirolesas. Ao todo, três grupos afirmaram que uma maior altura ou inclinação implicariam em velocidade maior no final.

Todos os 6 grupos mencionaram a influência do peso ou da massa, mas com hipóteses contrárias, pois, 2 grupos acreditavam que maior massa implicaria numa velocidade maior e 2 grupos afirmavam o contrário. Nem todos os grupos perceberam a complexidade do fenômeno, pois somente o grupo E mencionou a influência da textura do fio, se aproximando da discussão do atrito. Em relação à influência do impulso inicial ela foi citada pelo grupo D e pelo grupo E que percebeu que sem esse impulso a velocidade seria menor.

Na questão 2 o grupo F mediu as diferenças de altura das tirolesas e fez um desenho para expressar melhor o planejamento. No geral, 5 dos 6 grupos sugeriram

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medir as alturas. O objetivo desta questão 2 era que os alunos percebessem que existem diferenças de altura e de inclinação entre as tirolesas, e que tivessem a curiosidade de determiná-las, mas nem todos fizeram isso.

Na questão 3 o grupo F conseguiu identificar evidências da 1ª, 2ª e 3ª Leis de Newton no fenômeno. No total dos grupos houveram 13 respostas, sendo 3 respostas relacionadas à 1ª Lei, 4 respostas relacionadas à 2ª Lei, 4 respostas relacionadas à 3ª Lei e 2 respostas relacionadas com energia.

Na questão 4 o grupo F percebeu que a energia potencial gravitacional está relacionada à altura e que a energia mecânica é a soma das energias cinética e potencial. No geral, 4 dos 6 grupos conseguiram elaborar uma explicação relacionando o experimento com o conceito de energia mecânica.

Dentro da metodologia do ensino por investigação foi possível identificar evidências de algumas práticas epistêmicas e científicas (Sasseron, 2018; Sasseron; Silva; 2021; de Souza Bodevan; Rosa Coelho, 2023). Durante a fase de análise e planejamento da questão investigativa 1 houveram indícios das práticas epistêmicas da Proposição, Comunicação, Avaliação e Legitimação das ideias que surgiram dentro dos grupos, pois antes de responder no roteiro eles analisavam a viabilidade das respostas baseado em situações similares do dia a dia, questionamentos, analogias e experimentos. Ao longo de todo o encontro 3 também foi possível identificar indícios das práticas científicas do Trabalho com novas informações, Levantamento e Teste de hipóteses e Construção de explicações.

## Conclusão

Os resultados revelaram indícios de práticas epistêmicas e científicas em todos os grupos durante as atividades. As diversas hipóteses formuladas reforçam o protagonismo dos alunos ao identificarem variáveis, planejarem experimentos, coletarem dados e analisarem os resultados, conforme recomendado pela BNCC (Brasil, 2018). As atividades de laboratório aberto foram fundamentais para estimular a curiosidade, autonomia e criatividade dos alunos, ao incentivá-los a investigar a tirolesa usando seus próprios conhecimentos.

Apesar desse avanço, apenas o grupo F conseguiu realizar um planejamento completo na questão 1, o que aponta para a necessidade de ensinar o processo de investigação científica de forma mais estruturada antes de aplicar novas atividades. A falta de preocupação dos alunos em acertar as respostas foi positiva, pois permitiu um ambiente de aprendizado mais livre. No entanto, a questão 2 causou alguma confusão, indicando que as instruções dadas aos alunos precisam ser mais claras.

O local da atividade, o espaço de ciência da Praça da Ciência de Vitória - ES, contribuiu significativamente para o engajamento e interesse dos alunos, alinhandose com a visão de que espaços não-formais de ensino podem proporcionar uma experiência mais lúdica e interativa.

## Referências

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