ABORDAGEM INVESTIGATIVA NO ENSINO DAS LEIS DE NEWTON: PROPOSTA PARA UMA SEQUÊNCIA DIDÁTICA NA DISCIPLINA ELETIVA DE SABERES E INVESTIGAÇÃO DA NATUREZA.

## ABORDAGEM INVESTIGATIVA NO ENSINO DAS LEIS DE NEWTON: PROPOSTA PARA UMA SEQUÊNCIA DIDÁTICA NO ITINERÁRIO FORMATIVO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA

Sângela Vieira 1 , Michele Hidemi Ueno Guimarães 2

1 Universidade Federal de Minas Gerias/ Física/ sangelavieira031@gmail.com

² Universidade Federal de Minas Gerias/ Física/ michele@fisica.ufmg.br

## Resumo

Este artigo aborda a aplicação de uma sequência didática investigativa no Ensino de Física, focando nas leis de Newton, no contexto de uma escola pública em Belo Horizonte. Diante dos desafios encontrados no Ensino de Ciências no Brasil, como a desconexão entre teoria e prática e o desinteresse dos alunos, propomos o uso da abordagem do Ensino por Investigação, para promover uma compreensão mais profunda e engajadora dos conceitos científicos. A sequência didática, inspirada pelo International Physicists Tournament, envolve a escolha de problemas, a pesquisa bibliográfica, a proposição e execução de experimentos e a apresentação dos resultados no formato de uma feira. A atividade está sendo implementada a alunos do 1° ano do Ensino Médio, durante o 3º bimestre da disciplina de Saberes e Investigação da Natureza (S.I.N), visando alinhar a prática pedagógica às pesquisas atuais do Ensino de Ciências. Os resultados parciais indicam avanços no vocabulário e entendimento dos alunos, embora alguns ajustes na abordagem sejam necessários para melhorar o aprendizado, o engajamento e a leitura crítica.

Palavras-chave : Ensino por Investigação, Física, Itinerário Formativo.

## Introdução

O Ensino de Ciências no Brasil enfrenta atualmente diversas controvérsias e desafios, muitos dos quais vêm sendo debatidos há anos no campo da pesquisa em Educação. Questões como o propósito de ensinar Ciências, as lacunas na formação inicial e continuada dos professores, a ineficiência do modelo tradicional de aula e a descontextualização dos conteúdos, além da aparente desconexão entre as áreas do conhecimento, são alguns dos principais problemas em discussão.

Esses problemas têm como consequência para a formação dos estudantes o desinteresse pelo que se é ensinado e uma visão equivocada da natureza da Ciência nos seus aspectos conceituais, epistêmicos e atitudinais. Carvalho (2011) aponta como uma das fontes desses desafios o distanciamento entre as pesquisas produzidas na área e a realidade do dia-a-dia do professor do ensino básico.

Como professora de Física nos anos finais de formação, que já atua na área, vivencio a dualidade contraditória entre as discussões teóricas sobre essas problemáticas na universidade e a realidade complexa da sala de aula. Além disso, o contexto do novo Ensino Médio (NEM) se apresenta como mais um desafio somado aos citados anteriormente.

Neste trabalho, propomos utilizar o espaço das aulas de itinerário formativo, especificamente a disciplina de Saberes e Investigação da Natureza (S.I.N.), cujo objetivo é possibilitar aos estudantes a investigação, análise e discussão de situações-problema oriundas de diferentes contextos socioculturais. Além disso, busca-se que os alunos compreendam e interpretem leis, teorias e modelos, aplicando-os na resolução de problemas individuais, sociais e ambientais (SEEMG, 2024). A proposta visa desenvolver uma abordagem de ensino de Ciências alinhada às pesquisas atuais, por meio de uma sequência didática investigativa (SEI), que

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

aborda as leis de Newton com alunos do primeiro ano do Ensino Médio de uma escola pública, permitindo que enfrentem situações-problema do cotidiano.

Este projeto foi inspirado no IPT (International Physicists' Tournament), um torneio internacional em que estudantes de Física competem apresentando soluções para problemas abertos envolvendo conceitos físicos. Com base nesse modelo, criamos o Torneio de Resolução de Problemas de Física. O projeto está em fase de aplicação nas turmas de 1º ano de uma escola pública de Belo Horizonte durante as aulas de S.I.N. A apresentação final será em formato de feira, onde outros alunos e uma banca avaliadora externa à escola avaliarão tas produções finais dos participantes.

A ideia proposta aos estudantes foi de que escolhessem um entre uma lista de problemas apresentados pelas professoras, retirados do livro O Circo Voador da Física (Walker, 2015), que necessitam de conhecimentos conceituais e epistêmicos do conteúdo de dinâmica (forças, inércia, Leis de Newton, energia mecânica, momentum) para serem respondidos. A ideia era que, após a escolha inicial do problema, os alunos vivenciassem etapas análogas a uma investigação científica, para ao final exporem seu trabalho na feira.

## Abordagem didática utilizada na elaboração da Sequência Didática

O Ensino por Investigação é uma abordagem didática, que tem como objetivo uma aproximação da Ciência feita na sala de aula, com a desenvolvida entre os pesquisadores (Sasseron, 2015). Por meio dela, é possível alfabetizar cientificamente os estudantes, tornando-os agentes centrais do próprio processo de aprendizagem, desenvolvendo sua criticidade e capacidade de resolução de problemas. Habilidades essas que conversam com as listadas pela BNCC para os itinerários formativos do componente curricular de Aprofundamento em Ciências da Natureza e suas Tecnologias 1 .

Uma das ideias principais do Ensino por Investigação é a importância de criar condições em sala de aula para que os alunos possam participar sem medo de errar, o que Carvalho (2018) chamou de dar liberdade intelectual aos alunos. Borges (2002) propõe uma escala de 0 a 3 para os níveis de liberdade intelectual que podem ser dados em uma SEI. A Tabela 01 apresenta a classificação de Borges, onde o nível 0 representa o grau mais baixo de abertura, em que o professor define todas as etapas do trabalho e o aluno assume um papel passivo, apenas recebendo o conhecimento. Já o nível 3 corresponde ao grau máximo, em que os alunos são os principais responsáveis por todo o processo de aprendizagem. A SEI proposta neste trabalho se enquadra no nível 2 de liberdade, pois apenas o problema é fornecido pelo professor, enquanto os procedimentos e conclusões ficam sob a responsabilidade dos alunos.

1 http://basenacionalcomum.mec.gov.br/images/historico/BNCC\_EnsinoMedio\_embaixa\_site\_110518.

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Tabela 01: Níveis de investigação propostos por Borges (2002).

Outra característica fundamental do Ensino por Investigação é o uso de uma situação-problema como ponto de partida. Segundo Carvalho (2013), uma sequência didática investigativa deve começar com uma problematização contextualizada, que esteja presente no cotidiano dos estudantes ou nos temas abordados pela escola. Essa problematização precisa ser interessante para o aluno e introduzir o tópico desejado, permitindo o trabalho com variáveis relevantes ao fenômeno científico em questão. Além disso, deve incluir atividades de sistematização do conhecimento, como leituras, nas quais os alunos possam comparar suas hipóteses iniciais com o que leram. O processo de investigação pode ser organizado em cinco etapas: proposta de uma situação-problema, investigação, criação, discussão e reflexão, conforme esquematizado na Figura 1.

Figura 1: Etapas do Ensino por Investigação 2 .

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O processo investigativo não é fechado após o percurso nos diferentes momentos. A partir do momento de reflexão, outra pergunta pode ser gerada, que leva a outras investigações e, assim, sucessivamente, até que o grupo chegue a um consenso acerca da resolução do problema.

## Metodologia

As aulas de Saberes e Investigação da Natureza acontecem duas vezes por semana, nos sextos horários das 4 turmas dos primeiros anos de uma escola estadual, com duração de 50 minutos. Nesse cenário, as turmas ficam

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costumeiramente vazias, já que grande parte dos estudantes são dispensados no sexto horário para irem ao trabalho, e os alunos, que ficam para as aulas, normalmente se veem pouco motivados a participar, principalmente quando a aula é de caráter expositivo como as que estão acostumados.

Outro motivador para este trabalho é a dificuldade apresentada pelos alunos nas aulas de Física, uma vez que as professoras de S.I.N também são professoras de Física dos mesmos alunos e observam seu baixo desempenho e desgosto pela disciplina como é dada. Como as aulas de Física ocorrem apenas uma vez por semana, e há muitos conteúdos a serem abordados, é difícil ajustar o planejamento. Incluir atividades que explorem outros domínios da Ciência além do conceitual, ofereçam mais espaço para o protagonismo dos alunos e, ao mesmo tempo, atendam ao currículo é um grande desafio.

Por isso propusemos esta SEI, que aborda o mesmo conteúdo que está sendo estudado nas aulas de Física com outra perspectiva e objetivos, na qual os alunos lidam com outros aspectos da Ciência, como o atitudinal e social e tem um protagonismo maior durante as aulas. Entretanto, por serem alunos que nunca experienciaram práticas investigativas, decidimos limitar o grau de liberdade intelectual no nível 2 segundo a classificação de Borges (2002), como citado anteriormente, para que os alunos não se sentissem perdidos com uma dinâmica totalmente nova, mas que pudessem ser os agentes principais das atividades.

## Elaboração da Sequência Didática

As etapas de uma SEI, propostas anteriormente na figura 1, nos ajudaram a construir a Sequência Didática. Estão sistematizadas dentro dessa lógica e podem ser visualizadas no Quadro 01 abaixo.

Quadro 01: Sistematização geral da SEI.

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Semana 9: Reflexão: quando são colocadas as conclusões acerca do problema inicialmente proposto, e a turma participa de uma reflexão sobre o processo de aprendizagem.

Semana 10: Uma contextualização por meio da apresentação do torneio propriamente, em que os alunos vão expor a relação dos conceitos aprendidos com os problemas que são referentes a situações do dia a dia.

Os problemas apresentados na primeira semana foram cuidadosamente escolhidos pela professora para garantir que abordassem exclusivamente o conteúdo das leis de Newton, discutidas teoricamente nas aulas de Física em outro horário. Além disso, esses problemas foram selecionados para ter um nível de dificuldade adequado aos estudantes que não estão acostumados a resolver questões desse tipo, mantendo, ao mesmo tempo, a característica de serem problemas abertos.

Exemplo de problema enfrentado pelos estudantes:

' Você está dirigindo em um túnel de mão única e, de repente, avista um automóvel na contramão. Por incrível que pareça, os dados coletados a respeito de colisões frontais sugerem que o risco (ou probabilidade) de morte de um motorista diminui se o motorista leva um passageiro no automóvel. Por que isto acontece?.'

As etapas de investigação e sistematização (semanas 2 e 3) partiram da discussão no grupo, orientada por uma série de textos que continham conceitos físicos os quais os alunos precisavam relacionar ao seu problema por meio de perguntas orientadoras como 'Como adicionar um passageiro ao automóvel pode diminuir o risco de morte em uma colisão frontal, com base na segunda lei de Newton?'.'Quem sofreria mais com uma colisão frontal, um motociclista ou um caminhoneiro? Explique a luz das leis de Newton '.

Em seguida, na etapa de discussão (semana 4), os grupos apresentavam à classe o seu problema, quais grandezas físicas haviam identificado e propuseram uma resposta ao problema escolhido por eles utilizando os conceitos físicos sobre os quais eles haviam lido. Nessa etapa, os outros grupos eram convidados a participar da discussão e a professora podia identificar se os estudantes estavam tendo dificuldades e quais intervenções eram necessárias.

Por fim, nas etapas de criação, discussão e reflexão (semanas 5 a 9), os alunos novamente contaram com uma atividade orientadora, uma espécie de pré-laboratório. Eles deveriam entregar um material, contendo qual fenômeno queriam observar, qual a relação disso com o problema e como pretendiam fazê-lo, os materiais necessários e plano de ação. Esse pré-laboratório foi avaliado pela professora e devolvido aos alunos com feedbacks para serem aperfeiçoados, para então, os alunos serem levados ao laboratório e colocarem suas ideias em prática. Ao final dessa etapa, os alunos novamente apresentaram os resultados obtidos com os experimentos para a turma e refletiram um pouco sobre as dificuldades envolvidas no processo da experimentação.

A última etapa da SEI é a contextualização por meio da exposição do torneio, semana 10, que ocorrerá em formato de feira no pátio e os alunos das outras turmas poderão ver o trabalho produzido pelos colegas. A avaliação dos

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trabalhos ficará a cargo de 6 jurados, que terão como critério a apropriação dos conceitos e termos científicos utilizados por parte dos alunos, boa articulação da Física com o problema resolvido e clareza na explicação deste, além de criatividade e qualidade do produto final. Os demais alunos da escola participarão da escolha dos vencedores do torneio, por meio de uma votação online no dia da apresentação. A tabela 02 abaixo detalha aula por aula das etapas da SEI.

## Quadro 02: Planejamento das aulas uma a uma:

## Semana 1: Escolha do Problema:

Aula 1: Apresentação inicial aos alunos da proposta e cronograma. Conversa com os estudantes sobre sugestões e opiniões no plano geral e formato de avaliação.

Aula 2: Formação dos grupos, escolha dos problemas e ajustes na proposta inicial do cronograma e métodos de avaliação.

## Semana 2: Modelagem da Situação:

Aula 1: Discussão em grupos sobre o que está acontecendo no problema e quais grandezas físicas e conceitos conseguem identificar ali.

Aula 2: Discutem geral da turma sobre a interpretação dos problemas. Quais grandezas foram identificadas? Qual a relação entre elas?

## Semana 3: Pesquisa Bibliográfica:

Aula 1: Leitura de textos retirados do livro Física Conceitual (Hewitt, 2015) continham os conceitos que deviam ser relacionados aos problemas junto às perguntas orientadoras para guiar a leitura.

Aula 2: Continuação da leitura e resposta das perguntas.

## Semana 4: Discussão da Pesquisa Bibliográfica:

Aula 1: Os grupos apresentam suas hipóteses sobre os problemas escolhidos baseando-se nos textos lidos.

Aula 2: Continuação das apresentações.

## Semana 5: Proposição do Experimento:

Aula 1: Os alunos, em grupo, propõem um experimento, que ilustra a Física por trás dos problemas escolhidos.

Aula 2: Continuação da elaboração do plano de ação.

## Semana 6: Realização do Experimento:

Aula 1: Replanejamento do plano de ação após um feedback escrito da professora.

Aula 2: Ida ao Laboratório para a execução dos experimentos.

## Semana 7: Continuação do Experimento:

Aula 1 e 2: Continuação da realização do experimento.

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## Semana 8: Finalização do Experimento e Elaboração do Material para Apresentação:

Aula 1: Os alunos analisarão os resultados obtidos nos experimentos no grupo de trabalho e registrarão as dificuldades enfrentadas e as conclusões a que chegaram.

Aula 2: Os alunos apresentarão para a turma suas conclusões e discutirão para formalizar e treinar as explicações utilizando a linguagem científica.

## Semana 9: Finalização da Elaboração do Material para Apresentação

Aula 1 e 2: Elaboração do produto final que será exposto no torneio.

## Semana 10: Apresentação dos Trabalhos para a Esco la

Aula 1 e 2: Montagem e exposição pública dos trabalhos.

## Considerações preliminares

Presentemente, estamos na semana 5 do planejamento, e embora não haja uma análise final sobre o processo na sua totalidade, é possível destacar alguns pontos positivos do processo e alguns pontos que necessitam de uma adaptação, considerando a realidade dos alunos e o ritmo de cada turma.

- A partir do que já foi aplicado, podemos ressaltar algumas considerações. Sobre os pontos positivos já observados: tem sido notável o enriquecimento do vocabulário e entendimento dos conceitos por parte dos alunos. Esse progresso se manifestou quando eles expressaram suas hipóteses nas etapas de discussão em turma, utilizando explicações e vocabulários cada vez mais ricos cientificamente e até mesmo quando expõem suas dúvidas, as quais são cada vez mais bem elaboradas e aprofundadas conceitualmente.
- O trabalho em equipe tem se mostrado eficaz, no que diz respeito ao engajamento dos alunos no trabalho e no conforto em discutir e expor suas ideias. Entretanto, mesmo com um aumento geral do engajamento da turma, ainda têm alunos que são pouco participativos. Uma adaptação, feita pela professora para tentar engajá-los cada vez mais, foi a implementação de uma avaliação interna dos grupos sobre os colegas.

Inicialmente, havíamos planejado duas semanas de leitura para a etapa de revisão bibliográfica. No entanto, percebemos que os alunos não estavam lendo os textos e estavam buscando respostas diretamente na internet. Para contornar isso, decidimos substituir a segunda semana de leitura pela discussão coletiva, em que os alunos, ao expor oralmente suas respostas, encontravam contradições em suas argumentações. Além disso, retiramos as tarefas que eram para casa e passamos a aplicá-las em sala de aula, onde era possível realizar mediações durante os processos.

Ressaltamos outros aspectos, que nos parecem relevantes diante desta aplicação. Percebemos que os alunos se sentiram mais à vontade e apresentaram uma habilidade de argumentação e posicionamento em suas falas, desde que eles tiveram a oportunidade de opinar no cronograma e nos métodos de avaliações. Quando as modificações propostas e bem justificadas por eles foram

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implementadas, os mesmos se mostraram mais dispostos e comprometidos a participar das aulas.

Por fim, uma reflexão sobre a contribuição dessa experiência na formação inicial de professores. Percebemos que, por mais detalhado que seja um planejamento, é importante ser flexível a adaptações que se mostrarem necessárias durante a execução do mesmo. Além disso, uma sequência desse tipo exige uma mudança radical na postura do professor em sala de aula, como discutido por Sasseron (2013). Sair do lugar de transmissor de conteúdo e ter um papel de orientador do processo de aprendizagem não é uma tarefa fácil, especialmente nas primeiras tentativas de se utilizar esse tipo de abordagem. No entanto, julgamos importante nos lançarmos ao desafio, desconstruindo algumas das concepções que trazemos sobre a carreira docente e experimentar a sala de aula de uma maneira mais proveitosa, tanto para quem se aventura como para os alunos.

Corroborando com Stenhouse (1975) e Gil-Pérez (1982) uma formação docente realmente efetiva supõe a participação continuada em equipes de trabalho e em tarefas de pesquisa. Ou seja, um bom professor de Ciências é também um pesquisador da própria prática.

Inferimos que a implementação das eletivas no Ensino Médio, mesmo que necessite de muitas melhorias, pode ser um lugar mais permissivo para testar o que se tem debatido no âmbito da pesquisa em Ensino, aproximando-o da realidade da sala de aula, testando suas potencialidades, desafios e limitações.

## Referências:

SEEMG. 1° ano\_Aprofundamento nas 4 áreas.pdf. Disponível em: &lt;https://drive.google.com/file/d/1k6Dpx\_gKtU4JREtVapHYHUfjlO6jZoHv/view&gt;.

Acesso em: 7 set. 2024.

BORGES, Antônio Tarciso. Novos Rumos para o laboratório escolar de Ciências.

Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 19, n. 3:p. 291-313, dez. 2002.

CARVALHO, Anna Maria Pessoa de; OLIVEIRA, C., SASSERON, Lucia Helena, SEDANO, L.; BATISTONI, Maira. Investigar e Aprender Ciências. vol 5, São Paulo: Editora Sarandi . 2011.

CARVALHO, Anna Maria Pessoa de. Ensino de Ciências por investigação: Condições para implementação em sala de aula. - São Paulo: Cengage Learning , 2013.

GIL-PÉREZ, Daniel. La investigación en el aula de Física y Química. Madrid: Anaya , 1982a.

SASSERON, Lucia Helena . Alfabetização Científica, Ensino por Investigação e Argumentação: Relações Entre Ciências da Natureza e Escola . vol.17. Universidade de São Paulo: Revista Ensino . 2015.

STENHOUSE, L. An introduction to curriculum research and development . Londres: Heineman, 1975.

WALKER, Jearl. O Circo Voador da Física . 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2015. E-book. ISBN 9788521635048.

HEWITT, Paul G. Física Conceitual . 12. ed. Porto Alegre: Bookman, 2015. ISBN 9780321909107.

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