ESTRATÉGIAS DIDÁTICAS EM FÍSICA: METODOLOGIAS ATIVAS QUE ENGAJAM O PENSAMENTO CRÍTICO E SUSTENTÁVEL

## ESTRATÉGIAS DIDÁTICAS EM FÍSICA: METODOLOGIAS ATIVAS QUE ENGAJAM O PENSAMENTO CRÍTICO E SUSTENTAVEL

Vanessa de Souza Barros'; Vitor da Costa Torres ?; William Monteiro de Lima*; João Aton Mendes Matos*;

* Universidade Federal do Acre/CCBN, vanessa.barros (Osou.ufac.br 2Uiversidade Federal do Acre/CCBN, vitor.torres(Osou.ufac.br *Universidade Federal do Acre/CCBN, monteiro. william (Dsou.ufac.br "Universidade Federal do Acre/CCBN, joao.aton(dsou.ufac.br

## Resumo

Este trabalho tem como objetivo apresentar e discutir metodologias ativas no ensino de Física, que promovem o desenvolvimento do pensamento crítico e sustentável entre os alunos. O estudo foca em duas abordagens principais. A primeira envolve o uso de experimentos de Física com materiais recicláveis, realizados no contexto do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID) na Universidade Federal do Acre (UFAC). Experimentos como, "Nuvem na garrafa" e "Lançamento de Foguete de Garrafa Pet", são exemplos que demonstram conceitos fundamentais da Física de forma acessível e interativa, uma vez que incentiva os estudantes a explorarem a Ciência de maneira prática e sustentável utilizando materiais de baixo custo, seguindo a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel (1968). A segunda abordagem apresentada é a Sequência de Ensino Investigativo (SEI) aplicada ao estudo da Hidrostática. Nesta metodologia, os alunos são organizados em grupos para investigar fenômenos físicos, desenvolvendo hipóteses e realizando experimentos que consolidam a compreensão dos princípios da Hidrostática. A SEI não só promove a construção ativa do conhecimento, mas também estimula o trabalho em equipe e o desenvolvimento de uma perspectiva científica, seguindo as teorias de Piaget (1948) e Vygotsky (1988). Essas metodologias, além de fortalecerem as interações entre alunos e professores, mostram-se ferramentas pedagógicas poderosas para engajar os estudantes em um aprendizado mais significativo e contextualizado, alinhado com os desafios contemporâneos do ensino de Física.

Palavras-chave: Metodologias Ativas. Materiais Recicláveis. Sequência de Ensino Investigativo (SEI)

## Introdução

No contexto atual do ensino de Física, a necessidade de metodologias que promovam um aprendizado significativo e contextualizado é cada vez mais evidente. Este trabalho explora duas abordagens metodológicas que visam engajar os alunos de forma crítica e sustentável. A primeira abordagem é a utilização de experimentos com materiais recicláveis, destacando a importância deste método e seus benefícios para o ensino de física trazendo a teoria de Ausubel, enquanto a segunda é a aplicação de uma Sequência de Ensino Investigativo (SEI) no estudo da hidrostática, destacando o objetivo da metodologia e como utilizá-la. Ambas as metodologias são discutidas neste trabalho à luz das suas práticas e de seus impactos no processo de ensino, conforme trazem as teorias da aprendizagem de Jean Piaget e Lev Vygotsky.

20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

## Fundamentação teórica

A Física é uma ciência essencial para compreender os princípios e leis do universo. No entanto, o ensino tradicional, focado em métodos expositivos e memorização, apresenta limitações significativas, como a falta de compreensão profunda dos conceitos e a baixa capacidade de engajar os alunos. Esse modelo tende a promover a repetição mecânica e falha em proporcionar aplicação prática e experiências experimentais, resultando em uma visão limitada e abstrata da Física. A abordagem passiva e a falta de conexão com contextos reais reduzem o interesse e a motivação dos alunos, dificultando a preparação para problemas complexos e desafiadores.

As metodologias ativas são abordagens de ensino que priorizam colocar o aluno no centro do processo de aprendizagem, promovendo o maior engajamento e autonomia. Se baseiam em princípios construtivos, onde o aprendizado é visto como um processo dinâmico e participativo, se colocamos na fundamentação teórica, percebemos que essas metodologias são sustentadas por diversas teorias educacionais, algumas delas serão citadas neste trabalho, como o construtivismo (Jean Piaget), Aprendizagem Sociocultural (Lev Vygotsky) e Teoria da Aprendizagem Significativa (David Ausubel).

Essas metodologias, como experimentos com materiais recicláveis e a SEI, diferem do ensino tradicional ao focar no aprendizado experiencial e colaborativo, em vez de simplesmente transmitir informações. Experimentos com materiais recicláveis são práticos e acessíveis, reduzindo custos e promovendo a sustentabilidade e a consciência ambiental. A teoria da aprendizagem significativa de Ausubel (1968) sugere que esses experimentos são eficazes porque permitem aos alunos relacionar novos conhecimentos com estruturas cognitivas existentes, facilitando a assimilação e retenção dos conceitos.

Segundo Prince (2004), a SEI envolve os alunos na formulação de hipóteses, condução de experimentos e análise de dados, o que promove uma compreensão mais profunda dos conceitos e o desenvolvimento de habilidades de pensamento crítico, além de melhorar competências colaborativas e comunicativas.

As bases teóricas para o Ensino por Investigação são fornecidas por Jean Piaget e Lev Vygotsky. Piaget (1948) destaca a importância da situação-problema para estimular o pensamento crítico e a construção do conhecimento, enquanto Vygotsky (1988) enfatizao papel da interação social e da zona de desenvolvimento proximal, argumentando que o conhecimento é co-construído e mediado pela linguagem, com a interação entre alunos e professor sendo crucial para o desenvolvimento das habilidades de pensamento crítico. A fundamentação teórica deste estudo combina teorias educacionais e evidências empíricas que apoiam a eficácia das metodologias ativas.

As teorias de Piaget e Vygotsky fundamentam a implementação da SEI, enquanto a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel suporta a eficácia dos experimentos práticos. Essas abordagens não só melhoram o desempenho acadêmico, mas também preparam os alunos para enfrentar desafios futuros com uma mentalidade crítica e sustentável.

A teoria educacional de Lev Vygotsky foca na influência do contexto social e cultural no desenvolvimento cognitivo das crianças. Vygotsky introduziu o conceito de "zona de desenvolvimento proximal" (ZDP), que é a diferença entre o que uma criança pode fazer sozinha e o que pode alcançar com a ajuda de alguém mais experiente. Ele acreditava que o aprendizado é mais eficaz dentro dessa zona, com o apoio de um mentor.

Vygotsky também destacou a importância da interação social e da linguagem, argumentando que a linguagem é crucial para o desenvolvimento do pensamento e da cognição, e que as crianças internalizam normas culturais e sociais.

## 1. Experimentos com Materiais Recicláveis

É de conhecimento geral que muitos alunos ao terem contato com as disciplinas de exatas, acabam tendo medo e criando aqueles conteúdos como obstáculos impossíveis. Mas a Física é uma disciplina fundamental para compreendermos os princípios e leis que regem o funcionamento do Universo. Neste contexto, os experimentos de modo geral, são utilizados para estudar e demonstrar um fenômeno físico. Com o objetivo de incluir mais alunos aos conteúdos da matéria, foi desenvolvida uma atividade no espaço da UFAC com alunos do ensino médio da Escola Dr. João Batista Aguiar, convidados pelo PIBID do curso de Licenciatura em Física. Em novembro de 2022, os alunos do 2º e 3º anos participaram de uma visita guiada pela professora responsável, onde foram apresentados experimentos de Física construídos com materiais recicláveis pelos próprios alunos da Universidade. Este relato foca nos seguintes experimentos: Nuvem na garrafa, A vela que levanta água, Lata mágica, e Lançamento de foguete de garrafa pet.

O trabalho destaca a importância dos experimentos de baixo custo, que tornam a ciência mais acessível e prática, incentivando a criatividade e o aprendizado ativo dos alunos, especialmente em instituições em que os são recursos limitados. A participação dos estudantes e o contato com o ambiente acadêmico são pontos positivos, pois tira os alunos da rotina, os deixando mais entusiasmados.

Também se destaca a importância da reciclagem, incentivando os alunos a utilizarem os materiais recicláveis para realizar experimentos, principalmente em trabalhos escolares que geralmente pode ser demonstrado de forma experimental.

Com base em recursos financeiros limitados, esses experimentos também ajudam a diminuir o consumo de materiais e energia, gerando um menor impacto ambiental e contribuindo para a preservação dos recursos naturais. Os experimentos de baixo custo incentivam estudantes e pesquisadores a buscar soluções sustentáveis e a desenvolver criatividade para enfrentar desafios ambientais. Além de contribuir para o avanço do conhecimento científico, eles promovem uma mentalidade mais voltada para a preservação ambiental.

Esse acesso à ciência amplia a participação e colaboração de indivíduos e comunidades, estimulando a diversidade de ideias e a inovação. Dessa forma, os experimentos acessíveis desempenham um papel crucial na ciência cidadã e na construção de uma sociedade mais consciente e engajada com questões ambientais.

A seguir será descrito o procedimento de alguns experimentos

realizados

## 1.41 Nuvem na Garrafa

O experimento consiste em demonstrar como funciona a formação das nuvens por meio da condensação do vapor da água. Utilizando os seguintes materiais: garrafa pet, álcool, rolha e bomba de encher bola.

Procedimento:

Fure a rolha com a agulha da bomba de ar, adicione uma tampinha de álcoolna garrafa e agite-a por cinco minutos, coloque a agulha da bomba na rolha e você precisa fechar a garrafa com a rolha, bombeie o ar na garrafa por dois minutos para aumentar a pressão, e após bombear, retire a rolha e observe a formação da nuvem.

## 1.2 AvVelaque Levanta a Água

O experimento consiste em observar a ação da pressão atmosférica e como ela pode ser alterada pela queima de oxigênio em um recipiente selado. Utilizando os seguintes materiais: vela, garrafa de vidro ou copo, prato fundo, água e fósforo ou isqueiro.

## Procedimento:

Fixe a vela no prato e adicione a água ao prato, acenda a vela e coloque a garrafa de vidro ou copo sobre a vela, com a boca para baixo, e observe o fenômeno.

## 1.3 Lata Mágica

O experimento mostra a conversão de energia elástica em energia cinética, e observa o movimento resultante. Utilizando os seguintes materiais: lata de alumínio, dois elásticos, dois pregos ou clipes de papel, peso (pilhas ou similares) e fita crepe.

## Procedimento:

Faça dois furos simétricos na lata, prenda o peso no centro da lata usando elásticos e fita crepe, passe os elásticos pelos furos da lata e fixe-os bem e realize um impulso à lata em um local plano e observe o movimento.

## 1.4 Foguete

O experimento demonstra a terceira lei de Newton, que afirma que para cada ação há uma reação igual e oposta, aplicando esse princípio na propulsão de um foguete. Utilizando os seguintes materiais: garrafa PET, pasta de documentos para estabilizadores e nariz do foguete, massinha ou argila para o lastro, rolha com buraco para entrada de ar, bomba para injeção de ar, fita adesiva e água.

## Procedimento:

Modele um cone com a pasta de documentos e prenda-o na parte inferior da garrafa, corte e cole os estabilizadores na base da garrafa, adicione massinha ou argila na parte inferior da garrafa para servir como lastro, despeje água já garrafa e in sira a rolha com a válvula da bomba da bomba e lance o foguete ao ar livre.

## Resultados e impactos

Em síntese, os experimentos constituem uma ferramenta essencial para tornar o ensino e aprendizagem de Física mais dinâmico, interativo e motivador. Ao permitir que os alunos apliquem na prática os conhecimentos adquiridos em sala de aula, esses experimentos promovem o desenvolvimento de habilidades cognitivas que são cruciais para a formação integral dos estudantes conforme trazem as teorias da aprendizagem já discutida. Além disso, a utilização de materiais simples contribui para a democratização do conhecimento, tornando-o mais acessível.

Dessa forma, é importante que os professores reconheçam a relevância dos experimentos no processo educativo e incentivem sua incorporação nas práticas pedagógicas. Ao investir nesse recurso didático, as instituições de ensino não apenas enriquecem a aprendizagem dos alunos, mas também aprimoram sua formação, preparando-os para serem críticos, criativos e aptos a enfrentar os desafios futuros em suas carreiras.

20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

5

## 2. Sequência de Ensino Investigativo (SEI) em Hidrostática

Pozo e Crespo (2009) entendem que o ensino de Física requer mudanças conceituais para permitir aos alunos uma evolução nos princípios que caracterizam as teorias científicas. Concordando com os autores, mostramos neste trabalho, a mudança de postura do aluno, como agente ativo no processo de ensino-aprendizagem, e do professor, no papel de orientador e facilitador através do Ensino de Física por Investigação. No trabalho em cizânia levaremos como objetivo geral relatar o Ensino de Física por Investigação e na elaboração de uma Sequência de Ensino Investigativo (SEI) sobre hidrostática na forma de ferramenta como meio facilitador para o processo de ensinoaprendizagem em Física.

A partir da proposta da metodologia investigativa, temos como objetivos específicos: Apresentar a metodologia do Ensino de Física por Investigação; Expor a sua aplicação no Instituto Federal do Acre (IFAC), na turma de 1º ano do curso Técnico de Informática para Internet, na cidade de Rio Branco -AC; Inserir os alunos em atividades investigativas com o propósito de desenvolver atitudes científicas; Melhorara relação de ensino-aprendizagem; e descrever os resultados observados durante a aplicação.

Além disso exemplificar os objetivos propostos da SEI organizamos o texto de modo que relacionamos as teorias de Piaget e Vygotsky ao demonstrar que ambos concordam que o conhecimento prévio e as atividades em grupo contribuem na construção do conhecimento.

A Sequência de Ensino Investigativa (SEI) na área de Física é uma metodologia pedagógica que visa promover a aprendizagem ativa e investigativa dos alunos, estimulando-os a construir seu conhecimento a partir da exploração e resolução de problemas reais ou situações contextualizadas. Essa abordagem privilegia o protagonismo do estudante no processo de aprendizagem, colocando-o no papel de "pesquisador" ou "cientista" que busca entender fenômenos físicos por meio da investigação, experimentação e reflexão crítica.

## 2.1 Metodologia da SEI

Na prática, implementamos a Sequência de Ensino Investigativo (SEI) em uma turma de ensino médio em Rio Branco, Acre, com o objetivo de explorar conceitos relacionados à hidrostática. Para isso, dividimos os alunos em grupos e os envolvemos na investigação de temas específicos, facilitando o aprendizado através de discussões, questões abertas e apresentações dos resultados.

Embora tenhamos planejado gravar as aulas para um relato mais detalhado e para capturar observações que poderiam passar despercebidas durante o ensino, porém falta de equipamentos impossibilitou esta etapa.

A aplicação da SEI foi estruturada em quatro etapas, totalizando cinco horas-aula. Inicialmente, sugerimos uma distribuição específica de tempo para cada etapa, mas reconhecemos que essa estrutura pode ser ajustada conforme as necessidades da turma. Além disso, a quantidade de etapas pode ser adaptada, desde que seja feito um planejamento adequado para garantir a eficácia da abordagem.

A experiência reforçou a importância de recursos como a gravação de aulas, que, embora não disponíveis no momento, são valiosos para uma análise mais aprofundada e para o aprimoramento contínuo da prática docente.

Assim, na presente proposta organizou-se a SEI sobre hidrostática da seguinte maneira;

Quadro 01: Construção da SEI

## 2.22 Resultados e Impacto

Consequentemente, analisaremos a aplicação do plano educacional utilizando a Sequência de Ensino Investigativo (SEI), destacando os resultados e as dificuldades encontradas. A SEI demonstrou ser eficaz ao promover uma reflexão mais profunda e a ressignificação da prática docente, engajando os alunos na construção do conhecimento através de problemas investigativos. A abordagem dos conceitos de Hidrostática foi aprimorada, mostrando-se uma alternativa valiosa ao ensino tradicional de Física, que muitas vezes é baseado em exposição e memorização. A SEI não só facilitou a aquisição de competências científicas, mas também demonstrou a importância do processo formativo do professor na elaboração e implementação bem-sucedida das SEls.

## Conclusão

As metodologias ativas discutidas neste trabalho demonstram ser eficazes na promoção de um aprendizado significativo e sustentável em Física. Os experimentos com materiais recicláveis facilitam o acesso a educação trazendo experiências únicas para a sala de aula mesmo com recursos limitados, essa abordagem experimental deve ser levada como uma das principais metodologias no ensino de Física, ao proporcionar um ambiente mais dinâmico e interativo, tende a aumentar o interesse dos alunos e a promover uma maior participação nas atividades educacionais. A utilização da SEI em Hidrostática oferece abordagens inovadoras que podem ser adotadas em diversos contextos educacionais, por ter sido uma metodologia bem estudada e estruturada acaba

simplificando o momento de ensino, essa metodologia faz com que os alunos tenham o pensamento crítico, assim o auxiliando a assimilar os conteúdos estudadosa suarealidade, além de incentivar a troca de ideias em grupo, assim trazendo outros pontos de vista sobre o mesmo assunto. Essas metodologias não apenas ajudam os alunos a compreender melhor os conceitos físicos, mas também os incentivam a adotar uma perspetiva científica e sustentável. Ao apresentar essas metodologias, mostramos que o ensino de Física pode ser repassado de uma forma mais interativa, além do método tradicional, que nos dias atuais não funciona da forma que desejamos. Devemos sempre buscar novas formas de ensinar a Física para nossos alunos, sempre lembrando que cada um aprende da sua própria forma, além de procurar metodologias parecidas, é interessante também buscar mesclar diferentes tipos de metodologias. Sempre buscando a melhor forma de ensinar a Física para nossas crianças de forma divertida. A Física sem ação, se torna apenas um amontoado de teorias e cálculos. "Professores que tornam a Física chata são criminosos" -(Walter Lewin)

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

AUSBEL, David Paul. Educational Psychology: A Cognitive View. New York: Holt, Rinehart and Winston, 1968.

BARROWS, A.; TAMBLYN, D. Investigating Weather Systems: Experimentos científicos para alunos do Ensino Fundamental. 2017.

BLOOMENFELD, Patricia C.; et al. Motivating project-based learning: Sustaining the doing, supporting the learning. Educational Psychologist, v. 26, n. 3-4, p. 369-398, 1991.

BONWELL, Charles C.; EISON, James A. Active Leaming: Creating Excitement in the Classroom. ERIC Digest, 1991.

BRUSILOVSKY, P.; MILLÁN, E. User Models for Adaptive Hypermedia and Adaptive Educational Systems. In: 7he Adaptive Web. Springer, 2007. p. 3-58.

CARVALHO, A. M. P.; SASSERON, L. H. Ensino de Física por Investigação: Referencial teórico e as pesquisas sobre as Sequências de Ensino Investigativas. Ensino em Re-Vista, v. 22,n. 2, p. 249-266, jul./dez. 2015.

DE STEFANO PIEDADE, Sônia Maria. A Importância das Disciplinas Básicas. Universidade de São Paulo, 2018. p. 15.

EDELSON, Daniel C.; GORDIN, David N.; PEA, Roy D. Addressing the challenges of inquiry-based learning through technology and curriculum design. Yearbook of the National Society for the Study of Education, v. 98, n. 1, p. 39-62, 1999.

FOUREAUX, M. C. P.; BENEDETTI, L. R. B.; NASSUR, R. C. Experimentos simples de física e química no Ensino de Ciências. 2011.

FREEMAN, Scott; et al. Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 111, n. 23, p. 8410-8415, 2014.

GORDON, Richard T.; et al. Using recycled materials in the physics classroom. Educational Materials Journal, [ano de publicação não informado].

8

LAWS, Priscilla W. Ca/culus-Based Physics: A Student-Centered Approach. New York: Wiley, 1997.

LIDBURY, B.; CLEGG, A. Mathematics Anxiety: A Review of the Literature. International Joumal of Mathematical Education in Science and Technology, v. 39, n. 1, p. 67-80, 2008.

MENEZES, P. H. D. Ensino de Ciências com Brinquedos Científicos. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2016.

PIAGET, Jean. Discours du Directeur du Bureau international d'éducation (et autres interventions). In: Onziême Conférence Internationale de Vinstruction Publique. Procêsverbaux et recommandations. Genebra: Bureau International d'Education, 1948. p. 36.

PRINCE, M. Does Active Learning Work? A Review of the Research. Joumal of Engineering Education, v. 93, n. 3, p. 223-231, 2004.

SILVA, D. J.; RODRIGUES, R. A. Metodologias Ativas na Educação: Conceitos, Práticas e Reflexões. Salvador: EDUFBA, 2020.

VYGOTSKY, Lev S.; LEONTIEV, Alexis; LURIA, Alexandr R. Psicologia e pedagogia: bases psicológicas da aprendizagem e do desenvolvimento. São Paulo: Icone, 1988. p. 97.

## AGRADECIMENTOS

Ao núcleo de Física ABI, à Professora Mestre Clelinda Costa pelo incentivo e concelhos e à Professora Doutora Bianca Martins Santos pelo auxílio fornecido e tempo de dedicação.

"A Física permite-nos conhecer as leis gerais da Natureza que regulam o desenvolvimento dos processos que se verificam, tanto no Universo circundante como no Universo em geral. O objetivo da Física consiste em descobrir as leis gerais da Natureza e esclarecer, com base nelas, processos concretos. Os cientistas, à medida que se aproximavam desse objetivo, iam compreendendo melhor o panorama grandioso do complexo da unidade universal da Natureza. O Universo não é um conjunto simples de acontecimentos independentes, mas todos eles constituem manifestações evidentes do Universo considerado como um todo." (SÔNIA MARIA DE STEFANO PIEDADE, 2018, p.15).