DESENVOLVIMENTO DE KITS EXPERIMENTAIS PARA O ENSINO DE FÍSICA A PARTIR DA ESTRATÉGIA PREVER-OBSERVAR-EXPLICAR (POE)

## DESENVOLVIMENTO DE KITS EXPERIMENTAIS PARA O ENSINO DE FÍSICA A PARTIR DA ESTRATÉGIA PREVER-OBSERVAREXPLICAR (POE)

Diego Santos Menezes 1 , Elvis Reis do Nascimento 2 , Matheus Emanuel Dias Xavier 3 , Pedro Henrique Rodrigues Sampaio 4 , Cleverton Albuquerque Santos Filho 5 , Tiago Nery Ribeiro 6

- 1 Universidade Federal de Sergipe/Departamento de Física/e-mail: c418.menezes@gmail.com
- 2 Universidade Federal de Sergipe/Departamento de Física/e-mail: elvisreisn@gmail.com
- 3 Universidade Federal de Sergipe/Departamento de Física/ e-mail: mts0812@academico.ufs.br
- 4 Universidade Federal de Sergipe/Departamento de Física/e-mail: sampaio2004pedro@gmail.com

## Resumo

À medida que se ensina, fica cada vez mais flagrante que precisamos de um conjunto de materiais didáticos que tenham por objetivo o desenvolvimento de competências e habilidades com o potencial de servir para, minimamente, oportunizar ao estudante a capacidade para intervir e julgar situações e fenômenos práticos. Nesse contexto, ferramentas de ensino de caráter experimental ou de demonstração interativa têm desempenhado um papel cada vez mais decisivo no processo de aprendizagem. Assim, neste trabalho temos por objetivo apresentar um recorte de projeto de iniciação científica que tem por finalidade desenvolver um kit experimental para o ensino de física na educação básica da rede pública do estado de Sergipe. Para a elaboração das atividades experimentais foram desenvolvidos unidades de ensino que teve como estratégia o Prever-Observar-Explicar (POE). O kit experimental e o material pedagógico será utilizado como ferramenta para auxiliar no processo de ensino e aprendizagem da física de forma ativa, contextualizada e significativa. Já na elaboração e desenvolvimento dos Kits e dos materiais didáticos, a estratégia de ensino POE se apresentou como uma ferramenta pedagógica valiosa que tem o potencial de oferecer uma abordagem interativa e envolvente para o processo de aprendizagem.

Palavras-chave : Prever-observar-explicar, atividades experimentais, demonstrações interativas, ensino de física.

## Introdução

Está se tornando cada vez mais claro, ao ensinar física, que precisamos de um conjunto de materiais didáticos que tenham por objetivo o desenvolvimento de competências e habilidades com o potencial de servir para, minimamente, oportunizar ao estudante a capacidade para intervir e julgar situações e fenômenos práticos, no qual podemos exemplificar: entendimento de equipamentos e de procedimentos técnicos, fenômenos ambientes; utilização de produtos; avaliação de riscos e benefícios em procedimentos tecnológicos; opinião crítica sobre a utilização e evolução tecnológica da sociedade, dentre muitos outros (BRASIL, 2004). De forma a contribuir para uma enculturação científica no cotidiano social e profissional do indivíduo, possibilitando uma interação com o seu meio.

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Segundo Maldener e Santos (2010), o modelo tradicional vem mostrando ao longo dos anos baixos resultados em termos de aprendizado, ou seja, métodos tradicionais de ensino muitas vezes não são suficientes para promover uma compreensão profunda e duradoura dos conceitos abordados, uma vez que está centrado no professor, que figura como instrutor no ato de ensinar, uma autoridade que tem por objetivo informar, instruir, treinar e avaliar. Porém, nas ciências, faz-se necessário que o saber enfatize o domínio de conceitos ou princípios a partir de um processo de descoberta (Murniarti et al ., 2019), que pode ser desenvolvido a partir da realização de atividades experimentais ou de demonstração.

Nesse contexto, ferramentas de ensino de caráter experimental ou de demonstração interativa têm desempenhado um papel cada vez mais decisivo no processo de aprendizagem da Física, principalmente oportunizando um melhor engajamento e promoção de uma aprendizagem ativa.

Entre as diversas estratégias pedagógicas, o método Prever-ObservarExplicar (POE) tem se destacado por seu potencial de engajamento e desenvolvimento crítico dos estudantes. Essa abordagem, que enfatiza a antecipação, a observação e a explicação de fenômenos, não só estimula a curiosidade dos estudantes, mas também promove uma compreensão mais profunda dos conteúdos. A ferramenta de ensino POE, segundo White e Gunstone (1992), tem por objetivo descobrir as previsões individuais dos estudantes, e as suas razões para fazer destas, cerca de um evento específico.

A POE é uma estratégia de ensino que pode ser utilizada em demonstrações interativas, atividades práticas e experimentos de laboratório, atividades experimentais online, entre outras ocasiões de ensino, de forma a potencializar a prática em sala de aula, reconhecendo as concepções dos estudantes acerca do tema e oportunizando a explicitação de fenômenos naturais de prática e interativa. É uma estratégia que pode, portanto, ser visto como um dos métodos que devem ser usados pelos professores para que o aprendizado ocorra nas mentes de seus alunos permanentemente, de forma que ativa o conhecimento prévio dos alunos, deixa a solução do conflito para o aluno e tenta garantir que o aluno siga o método sem pular os estágios do método. (Kearney, 2002).

Dessa forma, nos parece essencial adotar práticas experimentais ou demonstrativas para que o processo de ensino e aprendizagem de física seja efetivo para os estudantes, oportunizando uma melhor interação entre a teoria e a prática. Por isso, acreditamos que a ferramenta de ensino POE tem o potencial de estimular os alunos a terem habilidades específicas no processo científico, tendo uma relação direta entre os experimentos e/ou demonstrações com o cotidiano dos estudantes.

Assim, estamos desenvolvendo um projeto de pesquisa que pretende investigar situações de ensino a partir da elaboração, aplicação e análise de unidades de ensino para o contexto educacional do ensino médio utilizando a ferramenta POE na elaboração de kits experimentais para distribuição e utilização em escolas de educação básica do estado de Sergipe.

Neste trabalho temos por objetivo apresentar recorte do projeto expondo os passos para concepção e elaboração das atividades de experimentação e demonstração para o laboratório de física de escolas da educação básica do estado de Sergipe, com o intuito de oportunizar o contato com metodologias de ensino diversificadas, que estimulem a reconstrução do conhecimento e mobilizem o

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raciocínio, a experimentação e a solução de problemas utilizando a ferramenta de ensino experimental POE a partir de temas geradores em situações-problema para a aprendizagem da Física

## A estratégia de ensino Prever-Observar-Explicar

A estratégia de ensino POE tem por objetivo envolver os estudantes na previsão de resultados de uma atividade experimental e/ou demonstrações interativas, discutindo as razões pelas quais chegaram às previsões, observar a demonstração e finalmente discutir o fenômeno retomando as previsões e observações. A ferramenta foi desenvolvida na Universidade de Pittsburgh (Champagne, Klopfer e Anderson, 1980 apud Kearney et al., 2001), na qual foi inicialmente rotulada como estratégia DOE (demonstrar-observar-explicar). Mas veio a ser proposta como POE pelos pesquisadores construtivistas White e Gunstone (1992). Segundo Rosa e Pinho-Alves (2008):

Previsão é entendido como a formulação de hipóteses, [...] muitas vezes construídas a partir das discussões anteriores, ou mesmo decorrentes das concepções alternativas dos estudantes. (...) Observar está voltado a questões de retomada de experiências vividas, seja ela uma reflexão individual, ou compartilhada com os demais colegas. Nas atividades experimentais, a capacidade de observação dos eventos é uma habilidade fundamental, pois o autocontrole diante do objeto de observação apresentase como indispensável na aprendizagem. [...] Explicar refere-se à retomada das hipóteses iniciais e o confronto com novos conhecimentos. Saber explicitar ideias e formas de pensamento é fundamental para a construção do conhecimento (Rosa e Pinho-Alves, 2008, p.7).

Para Tuckerman (2007,) a POE é uma técnica para garantir que os alunos articulem suas concepções prévias com atividades que os levem à compreensão. As fases do modelo de aprendizagem POE incluem o seguinte: (1) os alunos são apresentados a uma situação para que sejam capazes de fazer previsões com base em sua experiência; (2) os alunos são solicitados a fazer previsões e dar razões para suas previsões; (3) os alunos fazem observações de atividades; (4) os alunos explicam as diferenças entre o que eles preveem e os resultados de suas previsões; e (5) os alunos são solicitados a propor novas ideias para explicar sua compreensão (Sajidan et al, 2014).

A ferramenta de ensino POE já é frequentemente utilizada para o ensino de ciências e é voltada para atividade experimentais e demonstrações interativas, principalmente quando permite observações imediatas, se adaptando principalmente a contextos físicos e materiais ligados ao cotidiano do estudante.

Dessa forma, ao contrário das atividades experimentais tradicionais, a POE pode oportunizar a professores e estudantes o envolvimento ativo, fornecendo um estímulo para discussões acerca dos fenômenos envolvidos, confrontando diferentes concepções em um processo desenvolvido a partir da observação, comparação, abstração e generalização dos fenômenos desenvolvidos.

A estratégia POE é particularmente eficaz no desenvolvimento cognitivo dos estudantes, pois estimula o pensamento crítico e a capacidade de formular hipóteses. Ao solicitar que os alunos prevejam o resultado de uma experiência ou fenômeno, a estratégia os desafia a aplicar seus conhecimentos prévios e a pensar de maneira

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analítica. Este processo inicial de previsão permite que os alunos se envolvam ativamente com o conteúdo, criando um contexto para a observação subsequente.

Quando os alunos observam o fenômeno, eles têm a oportunidade de verificar suas previsões e perceber discrepâncias entre o esperado e o real. Esse confronto com a realidade ajuda a consolidar o aprendizado, promovendo uma compreensão mais robusta dos conceitos envolvidos. A etapa de observação, portanto, não apenas confirma ou corrige as previsões, mas também reforça o processo de aprendizagem através da experiência direta.

## Materiais e Métodos

- O trabalho de pesquisa, ainda em desenvolvimento, foi inicialmente realizado a partir de uma análise dos documentos oficiais para escolha dos temas do componente curricular física e do reconhecimento do ambiente escolar objeto da aplicação das atividades, a fim de conseguir realizar um planejamento mais adequado.

Também foi realizado uma revisão de literatura da ferramenta POE com o objetivo de conhecer a analisar práticas experimentais e/ou demonstrativas em ambientes escolares.

Em seguida foram escolhidas as atividades experimentais e/ou demonstrativas que iriam compor o kit experimental e realizamos a confecção das unidades de ensino seguindo os passos sugeridos por Chelsea Bullock (2020), no qual a POE obedece a seguinte sequência:

- (1) Peça aos estudantes para preverem o que vai acontecer (sem revelar o resultado);
- (2) Peça ao estudante que escreva sua previsão e explique seu raciocínio. Isto é importante para expor equívocos ou desenvolver entendimentos. Uma vantagem, quando possível, é permitir que os alunos compartilhem suas previsões uns com os outros;
- (3) Faça com que eles afirmem um nível de confiança em suas previsões (ou seja: não tenho tanta certeza, tenho muita certeza);
- (4) Depois, dê-lhes tempo para observar a experiência e peça-lhes que escrevam detalhadamente o que observaram.
- (5) Por fim, peça ao estudante para contrastar a sua previsão com as suas próprias conclusões da observação da experiência.
- (6) Opcionalmente, quando possível, peça ao aluno que reflita sobre suas principais descobertas de aprendizagem com base em suas previsões e observações de experimentos.
- Ao ser realizado, será aplicar as unidades em um curso de formação de professores e em situações de ensino em turmas de Física da educação básica, para assim realizar uma análise da contribuição e eficácia da ferramenta POE no processo de ensino e aprendizagem da Física na educação básica.

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## Resultados e Discussões

A partir da análise da revisão de literatura e reconhecimento do ambiente escolar, principalmente após discussões com os possíveis professores que receberão os kits para aplicação em sala de aula, também levando em conta atividades experimentais já desenvolvidas no Programa de apoio e desenvolvimento de políticas públicas em educação para o estado de Sergipe, financiado pela Fundação de Apoio à Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE em parceria com a Secretaria de Estado da Educação, do Esporte e da Cultura - SEDUC do Estado de Sergipe, resolvemos escolher as seguintes atividades experimentais:

- ✓ Acessibilidade para cadeirantes a partir do estudo do Plano Inclinado;
- ✓ Deformação elástica a partir da Lei de Hooke;
- ✓ Discussão acerca da temperatura e umidade ambiental utilizando uma miniestação meteorológica com arduino;
- ✓ Equilíbrio dos corpos em meio fluido - Princípio de Arquimedes;
- ✓ Lentes e os defeitos da visão
- ✓ Cofre mágico na discussão da reflexão da luz.

As atividades acima foram desenvolvidas e testadas em laboratório na universidade com o intuito de verificar como devem ser desenvolvidas em sala de aula e o tempo gasto na execução, de forma a verificar a viabilidade de uso em sala de aula, os procedimentos de construção, materiais necessários e os objetivos. Em seguida foi elaborado as unidades de ensino utilizando a ferramenta de ensino POE.

- O próximo passo do projeto de pesquisa será realizar validação dos kits experimentais em um curso de formação continuada com professores de física de escolas públicas do estado de Sergipe, com o objetivo de apresentar e testar os procedimentos e materiais das atividades experimentais, além de analisar as concepções dos professores participantes identificando potencialidades e possíveis dificuldades em sua utilização.

No contexto da elaboração do material didático já evidenciamos indícios que a estratégia POE revela-se significativa. Ao utilizá-la identificamos que tem o potencial de permitir aos estudantes um maior e melhor envolvimento no processo de aprendizagem. Espera-se que ao prever o resultado dos experimentos/demonstrações e observar os fenômenos científicos em ação, os estudantes possam desenvolver a capacidade de conectar teoria e prática de forma mais eficaz.

Os estudantes que elaboraram os materiais didáticos tiveram o cuidado de desenvolver um plano de aula que não mudasse significativamente os planos usuais dos professores que irão aplicá-los, isso teve por objetivo dirimir alegações ligadas a sobrecarga do currículo. Também elaboraram situações didáticas nas quais os aprendizes tenham a oportunidade de expressar suas opiniões, que possam propor hipóteses e poder identificar com precisão ou erro as hipóteses levantadas após observar a atividade experimental, adequando-o às necessidades dos aprendizes.

Durante a elaboração do material didático foi possível observar um melhor engajamento dos estudantes no trabalho de construção das atividades experimentais, evidenciado pelo aumento do interesse e participação e desenvolvimento de ações que convergiam a um pensamento crítico. Também criou discussões melhores e mais aprofundadas dos conceitos científicos tratados, demonstrando uma possível

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aproximação entre a teoria e a prática, o que certamente estimulou o desenvolvimento de habilidades cognitivas para o ensino de física e a observação dos possíveis desafios e limitações para a sua implementação em sala de aula.

## Algumas considerações

Já na elaboração e desenvolvimento dos Kits e dos materiais didáticos, a estratégia de ensino Prever-Observar-Explicar se apresentou como uma ferramenta pedagógica valiosa que tem o potencial de oferecer uma abordagem interativa e envolvente para o processo de aprendizagem. Ao promover o desenvolvimento cognitivo, a autonomia dos alunos e a melhoria do ensino em ciências, a estratégia POE contribui significativamente para a formação de aprendizes mais críticos e autônomos. Ao integrar essa abordagem nas práticas educativas, educadores podem não apenas enriquecer a experiência de aprendizagem, mas também preparar os alunos para enfrentar desafios futuros com habilidades de pensamento crítico e resolução de problemas bem desenvolvidos. Assim, a implementação da estratégia POE deve ser considerada uma prioridade para aqueles que buscam um ensino mais eficaz e significativo.

Por ser tratar de um recorte de um projeto ainda em desenvolvimento, esperamos que as atividades elaboradas, a partir de sua avaliação e evidenciado seu papel de material inovador, possa ser utilizada pelos professores de Física como uma forma de aproximação entre a teoria e a prática, melhorando o desenvolvimento do conhecimento em escolas da educação básica. Também acreditamos que o projeto nos fornecerá indícios que a relação entre a Física e as atividades experimentais com a estratégia POE podem se tornar um importante caminho em busca do conhecimento.

## Referências

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MALDANER, O. A.; SANTOS, W. L. P. Ensino de Química em Foco. 5. ed. Ijuí: Editora da Unijuí, 2010.

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MURNIARTI, E., SOLIHATUN, S., & RANGKA, I. B. Assessing competency levels of students on learning of energy and weather concepts using partial credit model. Journal of Physics: Conference Series, 1318(1), 1-8, (2019).

SAJIDAN, N., AKHYAR, M., ROCHSANTININGSIH, D. The Development Of Predict, Observe, Explain, Elaborate, Write, and Evaluate (Poe2we) Learning Model in Physics Learning At Senior Secondary School. Journal of Education and Practice, Vol.5, No.19, 2014.

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WHITE, R., GUNSTONE, R. Probing understanding. London and New York: The Falmer Press, 1992.

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