Unidade de ensino potencialmente significativa para o ensino de tópicos introdutórios de ondulatória no ensino médio

## UNIDADE DE ENSINO POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVA PARA O ENSINO DE TÓPICOS INTRODUTÓRIOS DE ONDULATÓRIA NO ENSINO MÉDIO

Augusto Cesar Martins Bicalho 1 , Zoraide Dangremon de Almeida Pereira 2

- 1 Graduado em Licenciatura em Física pela Universidade Federal do Espírito Santo/ Mestrando no Programa de Pós-graduação em Ensino de Física/ Instituto Federal do Espírito Santo,

augustocbicalho@gmail.com

- 2 Graduada em Licenciatura em Física pela Universidade Federal do Espírito Santo,

dangremonz@gmail.com

## Resumo

O presente trabalho aborda o ensino de tópicos introdutórios de Física a partir das Unidades de Ensino Potencialmente Significativas (UEPS) para o Ensino Médio. As UEPS se caracterizam como sequências didáticas pautadas na Teoria da Aprendizagem Significativa, desenvolvida por David Ausubel e desempenham um papel de mediadoras no processo da aprendizagem significativa. Para Moreira, devem ser seguidos oito passos para que a sequência possa ser considerada uma UEPS, são elas: Definição do tópico; Criação da situação-problema; propor as situações em nível introdutório; iniciar o assunto com conceitos gerais e então, ir para os conceitos mais específicos; expor o assunto em um grau maior de dificuldade; retomar o assunto com situações-problema ainda mais complexa; avaliação do conhecimento; Aplicar o conhecimento para resolver as situações-problema criadas. A UEPS foi aplicada em uma turma da segunda série do ensino médio da rede pública estadual, no município de Muniz Freire, no Espírito Santo. Durante toda a aplicação, foram evidenciados os conhecimentos prévios dos alunos, que auxiliaram na formação de novos conhecimentos. Para a avaliação foram utilizados questionários e mapas conceituais. No geral, os alunos apresentaram resultados positivos, apresentando certo conhecimento científico após a aplicação da UEPS.

Palavras-chave : Aprendizagem Significativa, Física Ondulatória, Mapas conceituais.

## Introdução

- O ensino de Física tem o objetivo de promover letramento científico aos estudantes do Ensino Médio (EM). Eles devem ser inseridos nesta área do conhecimento e adotar a linguagem científica usada pela comunidade e por professores de Física. O que só é possível quando o aluno associa um significado aos conceitos científicos que exigem certo grau de abstração.

Entretanto, ensinar Física nem sempre é uma tarefa trivial. Segundo Alencar (2022) o ensino sofre certas resistências dos alunos em relação a outras disciplinas, o que se deve à complexidade da matéria, à defasagem de matemática básica e à qualidade da formação dos professores.

São necessárias estratégias que aumentem o engajamento dos alunos com os tópicos estudados no ensino de Física. Papaiani (2022) defende a possibilidade de inserir os alunos no processo de aprendizagem ao trabalhar com temas de conhecimento do aluno. O ensino contextualizado aliado aos princípios da teoria de Ausubel podem despertar o interesse dos estudantes pela ciência. O que auxilia na aprendizagem, ao atender às duas condições para a ocorrência da aprendizagem

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

significativa: 1) o material de aprendizagem deve ser potencialmente significativo; 2) O estudante deve apresentar uma predisposição para aprender. Ao interagir com as atividades propostas pelo docente, o aprendiz deve querer relacionar os novos conceitos com os presentes em sua estrutura cognitiva (Moreira, 2012). Portanto, apresentar modelos científicos sem estabelecer relações com exemplos de situações cotidianas não contribui para a aprendizagem significativa (Medeiros, 2022). Diante desse cenário, este trabalho tem o propósito de desenvolver uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) para alunos do EM, envolvendo tópicos de ondulatória de maneira relacionada com a vivência dos estudantes.

O estudo de ondas pode estar amplamente relacionado ao cotidiano do aluno, pois estão presentes em diversas formas, desde o Wi-Fi que nos conecta à internet até as ondas de rádio que ouvimos em nossos dispositivos móveis. Elas são também responsáveis pelo funcionamento dos aparelhos de micro-ondas, essenciais para aquecer alimentos rapidamente. Além disso, as ondas eletromagnéticas são fundamentais para a transmissão de sinais de televisão e telefonia celular, permitindo a comunicação instantânea em longas distâncias. Em suma, essas ondas invisíveis desempenham um papel crucial em nossa vida moderna, tornando possível a comunicação e o acesso à informação de forma rápida e eficiente.

Logo, o objetivo da pesquisa é responder a seguinte pergunta: Quais as possibilidades e limitações de uma UEPS para o ensino de ondulatória na 2ª série do EM considerando a abordagem das ondas mecânicas e eletromagnéticas em diferentes contextos do cotidiano dos estudantes?

## Referencial Teórico-Metodológico

As UEPS são sequências didáticas completamente alinhadas com as ideias presentes na Teoria de David Ausubel. Todas as atividades são elaboradas e executadas visando a aprendizagem significativa.

Para uma sequência ser categorizada como uma UEPS ela deve seguir os oito passos apresentados por Moreira (2012): 1) definir o tópico específico a ser abordado; 2) criar/propor situações que levem o aluno a externalizar seu conhecimento prévio (mapeamento de conhecimentos prévios); 3) propor situaçõesproblema, em nível introdutório, levando em conta o conhecimento prévio do aluno; 4) apresentar o conteúdo com base no princípio da diferenciação progressiva; 5) retomar os aspectos mais gerais e estruturantes do conteúdo em nível mais alto de complexidade, promovendo a reconciliação integradora; 6) dar seguimento ao processo de diferenciação progressiva retomando as características mais relevantes do conteúdo em questão, porém de uma perspectiva integradora; 7) avaliação da aprendizagem (avaliação somativa); 8) avaliação do êxito da UEPS com base em indícios de aprendizagem significativa. (MOREIRA; p. 6; 2012)

Além dos oito aspectos sequenciais é destacada a presença de princípios subjacentes da Teoria de Ausubel, como o uso de organizadores prévios e dos seguintes princípios programáticos: diferenciação progressiva; reconciliação integradora; organização sequencial e consolidação (Ausubel, 2003).

Organizadores prévios são materiais instrucionais introdutórios que interligam um conhecimento prévio do aluno com um novo conhecimento. Seu objetivo é facilitar a aprendizagem significativa, com materiais instrucionais que possuem o nível mais alto de abstração, totalidade e inclusividade (Ausubel, 2003).

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A diferenciação progressiva propõe iniciar o ensino por conceitos gerais, e de forma progressiva aprofundá-lo em conceitos mais específicos. Na reconciliação integradora são retomados os conteúdos mais gerais e estruturantes, destacando semelhanças e diferenças entre os conceitos, a fim de tornar os conhecimentos mais amplos e melhor associados na estrutura cognitiva do estudante (Moreira, 2011).

A organização sequencial consiste em apresentar tópicos de um determinado conteúdo em uma ordenação planejada, utilizando as dependências sequenciais dos conteúdos a favor do ensino. O aluno pode então aplicar seus conhecimentos prévios em uma mesma sequência didática, tornando mais efetiva a compreensão de certo conteúdo (Ausubel, 2003). Para que a organização sequencial aconteça de maneira satisfatória é necessário seguir o princípio da consolidação. Este princípio afirma que os conteúdos devem ser amplamente dominados pelos alunos antes da introdução de novos conceitos. Caso os tópicos estudados não estejam consolidados, os alunos poderão aprender novos conceito de forma errônea e a aprendizagem de toda a sequência de ensino poderá ser prejudicada.

## Unidade de Ensino Potencialmente significativa sobre ondulatória

O Quadro 01 contém a estrutura da UEPS. Relatando cada atividade desenvolvida em sala de aula.

Quadro 01: Estrutura da UEPS

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Fonte: Produção do próprio autor (2024).

## Resultados

A UEPS foi aplicada em uma turma da 2ª série do EM (Itinerário Energias Renováveis e Eficiência Energética) da rede pública estadual do Espírito Santo. A turma contém 21 estudantes, e as atividades foram desenvolvidas em quatro aulas de 50 minutos, ao longo de duas semanas (27 de maio a 4 de junho de 2024). Os estudantes não serão identificados pelo nome neste relato, devido à ética e ao direito de imagem.

Nesta seção serão descritos os resultados da sequência de atividades realizadas. A base de dados é oriunda da avaliação somativa, que avalia a aprendizagem ao final de uma sequência e foi composta por mapas conceituais e questionários respondidos pelos estudantes. As outras tarefas, como a classificação das imagens das ondas e o roteiro experimental com o simulador, fazem parte da avaliação formativa, que avalia o progresso do aluno ao longo da UEPS, com objetivo de regular a aprendizagem e verificar a consolidação dos conceitos de cada unidade (Moreira, 2012).

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A avaliação do êxito da UEPS está diretamente relacionada com a avaliação de aprendizagem dos alunos, executada com base em indícios de aprendizagem significativa nos questionários e mapas conceituais. Não serão analisadas todas as questões, mapas e atividades formativas devido à limitação de páginas.

## Questionários

A análise dos questionários será feita com duas questões respondidas pelos estudantes. A questão 01 é referente às ondas mecânicas, enquanto a questão 02 refere-se às ondas eletromagnéticas. Para cada questão, as respostas foram divididas em três unidades de registro (UR). As UR, com base na análise de conteúdo de Bardin (2011), são unidades de significação codificada. As respostas de todos os alunos foram analisadas e as UR auxiliaram na categorização e na contagem frequencial. As respostas foram divididas em categorias seguindo a uma análise temática, aliada a uma análise das palavras-chave. Ou seja, para definir se a questão estava de acordo com o consenso científico era feita uma análise dos temas presentes nas respostas assim como palavras presentes no vocabulário científico.

Quadro 02: Unidades de Registro da primeira questão.Fonte: Produção do próprio autor (2024).

A partir desta análise, é possível visualizar que, nesta amostra de estudantes, 10 alunos conseguiram formular respostas de acordo com o consenso científico sobre ondas sonoras. Já 10 alunos deixaram a resposta em branco, o que indica a ausência de conhecimentos prévios em relação à propagação do som como uma onda mecânica. O aluno A8 expressa uma resposta parcialmente correta ao citar o movimento das partículas, mas não a relaciona com as ondas mecânicas e sua interação com as moléculas de ar.

No questionário posterior, é possível observar que, após a aplicação da UEPS, nenhum aluno deixou a pergunta sem resposta. Além disso, 9 alunos conseguiram evoluir de uma ausência de noção científica sobre os tópicos para respostas de acordo com o consenso científico. Apenas o aluno A20 finalizou com uma resposta parcialmente correta.

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Quadro 03: Unidades de Registro da primeira questão.Fonte: Produção do próprio autor (2024).

Em relação à luz e às ondas eletromagnéticas, é perceptível a falta de conhecimentos prévios. Apenas dois alunos exibiram respostas de acordo com o consenso científico. Enquanto cinco tiveram respostas parcialmente corretas, três apresentaram compreensão errada e onze não possuíam conhecimentos sobre o assunto. Os resultados do questionário prévio apontam que os alunos possuem mais conceitos formulados a respeito das ondas sonoras, considerando o número de estudantes com respostas de acordo com o consenso científico na questão 01.

Com base no questionário posterior, nota-se a evolução conceitual dos estudantes, com a maioria dos alunos apresentando respostas de acordo com o conceito de ondas eletromagnéticas. Apenas quatro alunos, com respostas incompletas, foram categorizados como parcialmente corretos, pois citam raios solares e a propagação no espaço sem desenvolver conceitos mais avançados, como a diferença entre ondas mecânicas e eletromagnéticas no vácuo. Por exemplo, o fato do som não se propagar na ausência de um meio material. O único aluno que não demonstrou evolução foi o A5, que teve apenas respostas avaliadas como erradas nas duas questões.

## Mapas conceituais

A segunda análise baseia-se nos mapas conceituais elaborados pelo aluno A10. Esta foi a primeira experiência destes alunos com a elaboração de mapas conceituais. Portanto foi realizado um treinamento de elaboração de mapas conceituais devido à falta de experiência dos estudantes, em que foi apresentado aos alunos sobre o que seria um mapa conceitual, sua diferença em relação aos usuais mapas mentais e como seria a estrutura esperada para estes mapas. A estrutura dos mapas elaborados pelo aluno está condizente com a estrutura básica de um mapa conceitual. O conceito mais geral foi o de ondas no topo da hierarquia, seguido dos conceitos mais específicos diferenciados pelo marca-texto, enquanto os termos de ligação entre os conceitos não foram destacados.

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No mapa prévio (Figura 01) verifica-se a presença de poucos conceitos devido à falta de formulações avançadas acerca do assunto. Além disso, há conexões erradas, como ao dizer que ondas podem ser magnéticas, associadas aos conceitos de som e sonora, e não apresenta o conceito de ondas mecânicas. Em outras conexões, o aluno cita vários tipos de ondas, como raio X, ultravioleta e raios gama, como eletromagnéticas, o que está de acordo com a definição do espectro eletromagnético. Ademais, cita ondas de rádio e infravermelho, sem mencionar que elas também são eletromagnéticas.

No mapa posterior (Figura 02), tem-se uma evolução dos conceitos apresentados, com novos conceitos como frequência, período, velocidade e comprimento de onda. Faz uma diferenciação progressiva entre a direção de propagação e vibração das ondas e depois reconcilia ao citar que as tridimensionais são transversais e eletromagnéticas. Faz uma diferenciação correta das ondas mecânicas e eletromagnéticas e cita exemplos corretos. As conexões cruzadas são escassas, devido à inexperiência dos estudantes na elaboração de mapas. O aluno apresenta a equação fundamental da ondulatória, que não é um conceito, em vez de estabelecer a relação entre os conceitos de velocidade, comprimento e frequência. A mesma situação ocorre com a equação do período e da frequência

Figura 01: Mapa conceitual prévio - Aluno A10

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Figura 02: Mapa conceitual posterior - Aluno A10

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## Conclusão

O final desta investigação evidenciou pontos positivos e negativos da abordagem didática desenvolvida. Deste modo, a realização da UEPS está alinhada com a com a investigação proposta pela pergunta de pesquisa, fornecendo resultados que mostram as potencialidades das atividades realizadas. Assim como resultados que revelam pontos que devem ser aprimorados para futuras aplicações.

Foi possível verificar a evolução de conhecimentos científicos dos alunos envolvidos. Verificou-se aprendizagem significativa em alunos que, no início da UEPS, deixaram o questionário em branco ou responderam fora do consenso científico e, ao final, formularam respostas parcialmente ou totalmente corretas. O mapa mostra uma evolução conceitual dos estudantes, em relação a um vocabulário científico mais amplo e relações entre conceitos físicos melhor estruturados. A introdução dos mapas conceituais permitiu a compreensão e utilização de uma ferramenta que pode contribuir para a aprendizagem destes alunos em aulas futuras.

As atividades foram diversificadas com objetivo de envolver todos os alunos na realização, promovendo engajamento com uso de simulação, mapas conceituais e principalmente ao relacionar os conteúdos com o dia a dia. Apesar disso, alguns alunos não demonstraram bons resultados na avaliação somativa da UEPS. O aluno A20 na questão 01 deixou o questionário prévio em branco, e no posterior com uma resposta incorreta. E o estudante A5 que não demonstrou evolução nas duas questões apresentadas, apenas respostas incorretas. Uma possibilidade desta ocorrência seria a falta de pré-disposição do aluno de aprender os tópicos. O que pode ser resolvido em aplicações futuras tentando relacionar os conceitos com a vivência deste aluno em específico, assuntos de seu interesse. Ou buscar novas ferramentas e metodologias que motivem e envolvam os alunos que não tiveram resultados positivos nesta abordagem.

## Referências

ALENCAR, R. C. Estratégia articulada para o ensino inclusivo de tópicos de ondulatória. 2022. 143 f. Dissertação (Mestrado Profissional em Ensino de Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Universidade Federal do Norte do Tocantins, Araguaína, 2022.

BARDIN, L. Análise de Conteúdo . São Paulo: Edições 70, 2011.

MEDEIROS, M. S. de. Uma unidade de ensino potencialmente significativa para o ensino dos conceitos básicos de ondulatória . 2022. 256 f. Dissertação (Mestrado Profissional em Ensino de Física) - Programa de Pós-Graduação do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, Universidade de Brasília, Brasília, 2022.

MOREIRA, M. A. Unidades de Ensino Potencialmente Significativas - UEPS. Aprendizagem Significativa em Revista , [S. l.], v. 1, n. 2, p. 43-63, 2011. Disponível em: https://www.if.ufrgs.br/asr/artigos/Artigo\_ID10/v1\_n2\_a2011.pdf. Acesso em: 01 ago. 2024.

PAPAIANI, F. R. de A. Uma proposta contextualizada de ondas sonoras por meio de uma sequência didática . 2022. 222 f. Dissertação (Mestrado Profissional em Ensino de Física) - Programa de Pós-Graduação do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, Universidade Estadual de Maringá, Maringá, 2022.

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