SANTOS, Pedro Vieira Souza [1]
SANTOS, Pedro Vieira Souza. Elaboração de Projetos Práticos como Suporte ao Processos de Ensino-Aprendizagem de Física. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Edição 03. Ano 02, Vol. 01. pp 253-264, Junho de 2017. ISSN:2448-0959
RESUMO
A associação dos conhecimentos presentes no mundo ocorre por meio da percepção dos fenômenos e de seus eventos correlacionados. Nesse aspecto, as atividades desenvolvidas em laboratório constituem-se numa das mais relevantes ferramentas didáticas no ensino das Ciências e, especificamente, no ensino da Física. Tais atividades experimentais no ensino podem ser parte fundamental para que o discente adquira a aprendizagem suficiente para compreender os fenômenos envolvidos. Assim, este trabalho tem por objetivo, comprovar que as atividades experimentais são ferramentas úteis no ensino de Física. Tais atividades foram desenvolvidas com materiais de baixo custo de aquisição, para a construção dos experimentos, dando preferência a materiais que estão relacionados com o cotidiano dos alunos. Logo, observa-se que as atividades experimentais cooperam também para que os objetivos de aprendizagem sejam atingidos, uma vez que priorizam a participação mais ativa do aluno na solução de um problema, mediado pelo professor.
Palavras-chave: Aprendizagem, Física, Experimentação.
INTRODUÇÃO
A associação dos conhecimentos presentes no mundo ocorre por meio da percepção dos fenômenos e de seus eventos correlacionados. Nesse aspecto, as atividades desenvolvidas em laboratório constituem-se numa das mais relevantes ferramentas didáticas no ensino das Ciências e, especificamente, no ensino da Física.
Nesse contexto, tais atividades experimentais no ensino podem ser parte fundamental para que o discente adquira a aprendizagem suficiente para compreender os fenômenos envolvidos.
Para Araújo e Abid (2003), as complicações que interferem no sistema de ensino em geral, e particularmente o ensino de Física, não são atuais e têm sido diagnosticadas há muitos anos, levando diferentes grupos de estudiosos e pesquisadores a refletirem sobre suas causas e consequências.
Um dos limitantes no processo ensino-aprendizagem da disciplina de Física dá-se por conta do caráter ilusório, que se faz dos conceitos físicos envolvidos e do uso complementar da disciplina Matemática como uma ferramenta útil na solução dos problemas propostos.
Correspondente a esse contexto de preocupações, a aplicação de atividades experimentais como metodologia de ensino de Física tem sido indicada por professores e alunos como uma das maneiras mais eficazes de se minimizar as dificuldades, de se aprender e de se lecionar a disciplina de modo significativo e consistente.
Concomitantemente a este fato, a prática de atividades em laboratórios mostra-se como uma alternativa possibilitadora de transição dos modelos de ensino tradicionalmente aplicados desde então, para concepção de formas alternativas de ensinar a disciplina de modo mais objetivo.
Para Pinho-Alves (2000), a interação entre a linguagem científica, as teorias, o conhecimento, e/ou senso comum do aluno no processo de experimentação, tornam o aprendizado da Física mais eficaz e mais próximo do indivíduo.
Nesse sentido, o presente estudo tem como enfoque central a construção de um produto didático composto por um braço hidráulico (baseado no Princípio de Pascal), montado sobre base fixa, associado à sistema de esteiras transportadoras de produtos, cuja energia requerida para seu funcionamento é fornecida por um sistema termodinâmico simples para demonstrar o efeito Peltier-Seebeck (geração de diferença de potencial a partir da variação de temperatura).
Assim, este trabalho tem por objetivo, comprovar que as atividades experimentais são ferramentas úteis no ensino de Física. Os experimentos aqui citados foram desenvolvidos com materiais de baixo custo de aquisição para a execução dos projetos, dando preferência a materiais que estão relacionados com o cotidiano dos alunos.
REFERENCIAL TEÓRICO
O ENSINO DA FÍSICA
Em linhas gerais, o ensino de Física deve contribuir para a constituição de uma cultura científica, tornando possível ao discente a interpretação dos fenômenos físicos, bem como a compreensão da evolução tecnológica sofrida pela sociedade. Trata-se de uma aprendizagem cujo significado dos conceitos o aluno percebe no instante em que observa, e consequentemente, aprende.
Mesmo assim, segundo Giordan, “muitas propostas de ensino de ciências ainda esquecem a contribuição dos empiristas para a elaboração do conhecimento, ignorando a experimentação ainda como uma espécie de observação natural, como um dos eixos estruturadores das práticas escolares”.
Assim, com base na afirmativa do autor, tomar a experimentação como parte de um processo pleno de investigação é uma necessidade, reconhecida por aqueles que pensam e fazem o ensino de ciências, pois a formação do pensamento e das atitudes do sujeito ocorre preferencialmente nos entremeios de atividades investigativas.
As dificuldades e problemas que afetam o sistema de ensino em geral e em particular, o ensino de Física, não são recentes e tem sido diagnosticado ha muitos anos, levando diferentes grupos de estudiosos e pesquisadores a refletirem sobre suas causas e conseqüências (ARAÚJO & ABIBE, 2003).
Críticas sobre a problemática do ensino de Física também são apontadas pelos Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio, ao sinalizarem que:
O ensino de Física tem-se realizado, frequentemente, mediante a apresentação de conceitos, leis e fórmulas, de forma desarticulada, distanciados do mundo vivido pelos alunos e professores e também por isso, vazios de significado. Privilegia a teoria e a abstração, desde o primeiro momento, em detrimento de um desenvolvimento gradual da abstração que, pelo menos, parta da prática e de exemplos concretos. (MEC, 1999)
Neste sentido, o ensino de Física deve contribuir para a formação de uma cultura científica, possibilitando o educando a interpretação dos fenômenos físicos, assim como a compreensão da evolução tecnológica da sociedade.
De acordo com Hodson (1994), o ensino da Ciência possui três aspectos essenciais:
a) A aprendizagem da Ciência, adquirindo e desenvolvendo conhecimentos teóricos e conceituais;
b) A aprendizagem sobre a natureza da Ciência, desenvolvendo um entendimento da natureza e os métodos das Ciências, sendo conscientes das interações complexas entre Ciência e sociedade;
c) A prática da Ciência, desenvolvendo os conhecimentos técnicos sobre a investigação científica e a resolução de problemas.
Na literatura, diversos autores citam o estímulo e a observação como fundamentais no desenvolvimento de habilidades, tornando-os motivadores da aprendizagem. Tal observação se dá diretamente pela experimentação.
O uso de atividades experimentais como estratégia de ensino de Física tem sido apontado por professores e alunos como uma das maneiras mais frutíferas de se minimizar as dificuldades de aprender e de ensinar a física de modo significativo e consistente. Nesse sentido, no campo das investigações nessa área, pesquisadores têm apontado em literatura nacional recente a importância das atividades experimentais (MORAES, 2000).
Em Vigotski:
É possível compreender a importância da significação dos conceitos, visto que é na interação, mediada pela linguagem, que se formam os conceitos do cotidiano, que reelaborados na mente dos indivíduos irão refletir as suas vivências do meio cultural. Nesse caso, o aluno não é simples receptor mas faz parte de um processo de construção dos conceitos que, inclusive, valoriza os conhecimentos do cotidiano, parte deles para a construção de saberes mais sistematizados. Logo, saber Física corresponde, a saber, empregar instrumentos conceituais para dialogar com o mundo em vários níveis do seu contexto. (VIGOTSKY, 2001)
Sendo assim, quando aborda-se a questão da prática pedagógica, relaciona-se integralmente com o uso das atividades experimentais como sendo uma das ferramentas para contribuir, e amenizar o desinteresse e as dificuldades apresentadas pelos estudantes, no aprendizado de conceitos físicos.
O PAPEL DA EXPERIMENTAÇÃO E O ENSINO DA FÍSICA
De acordo com Pinho-Alves (2000), o cotidiano do ser humano está ligado à experiência, assim como às suas interações sócio-ambientais. Por outro lado, a experimentação é o posicionamento do homem que busca organizar seus pensamentos na construção de elementos que lhe confiram soluções sobre as questões e/ou problemáticas que o rodeiam. Em síntese, experiência, portanto, está ligada ao que vivemos todo dia, e a experimentação ao processo científico.
Para Séré et. al (2003), há diferentes formas de abordagens por meio das quais um experimento pode ser executado no ensino. Evidencia-se como um ponto importante a ser discutido, pois não é simplesmente a adoção de atividades de cunho experimental que faz com que haja melhorias no aprendizado; a forma como se busca associar as práticas em laboratório com os conteúdos é o que se apresenta como decisivo no sucesso do trabalho.
A prática do uso de experimentos em laboratórios, para desenvolver o entendimento eficaz de conceitos, é citada por Carvalho (1999): “é uma forma de levar o aluno a participar de seu processo de aprendizagem, sair de uma postura passiva e começar a perceber e a agir sobre o seu objeto de estudo”.
A dimensão das atividades experimentais para o ensino de Física foi também discutida por Borges (2002):
Por considerar que se trata de um método de aprendizagem que permita a mobilização do aprendiz, no lugar da passividade. Acredita que a riqueza das atividades experimentais consiste em proporcionar aos estudantes o manuseio de coisas e objetos num exercício de simbolização ou representação, para se atingir a conexão dos símbolos. (BORGES, 2002)
Conforme Zanon e Silva (2000):
As atividades práticas podem assumir papel fundamental na promoção de aprendizagens significativas em ciências e, por isso, consideramos importante valorizar propostas alternativas de ensino que demonstrem potencialidade da experimentação através de inter-relações entre os saberes teóricos e práticos inerentes aos processos do conhecimento escolar. (ZANON E SILVA, 2000)
Nesse sentido, é fundamental, em relação aos processos interativos e dinâmicos que caracterizam a aula experimental, a contribuição pedagógica do docente que faz intervenções e proposições fundamentais para a elaboração de um experimento construtivo para ambas as partes, incentivando os discentes a participarem das práticas junto aos orientadores.
Segundo Hodson (1994), “existem basicamente cinco motivos para envolver os alunos em atividade experimental”:
- Motivar, estimulando o interesse e o prazer de investigar;
- Treinar destrezas laboratoriais;
- Enfatizar a aprendizagem do conhecimento científico;
- Percepcionar o método científico e adquirir perícia na sua utilização;
- Desenvolver certas “atitudes científicas” como abertura de espírito e objetividade.
Assim, ao comprovar a ação experimental, o discente associa, reorganiza e compreende os enigmas, os desafios e as imposições encontradas nas atividades impostas (na maioria das vezes em forma de problemas) na disciplina, provocando assim uma evolução no conhecimento e desenvolvendo-se a aprendizagem.
Nesse cenário, Marques (1998) salienta que:
Os aprendizados enriquecem a teoria e a prática, e as realimentam, ambas, uma da outra, fazendo com que a prática não seja apenas descrita e narrada, mas compreendida e explicada. A aprendizagem aconteceu nos contextos de interação, pelo desenvolvimento das competências de relacionar mediante uma reestruturação mais compreensiva e aberta às complexidades das articulações entre as idéias, os dados, as percepções e os conceitos. (MARQUES, 1998)
Os experimentos, devido ao seu grau de estruturação, reduzem o tempo de reflexão do aluno, assim como a decisão a ser tomada sobre a próxima ação ou passo experimental. Variáveis a serem observadas e o que medir e como medir foge totalmente da esfera de decisão dos alunos, pois tudo está receitado no guia ou roteiro experimental. Outra característica comum é que o relatório experimental é o ápice do processo. Tudo é dirigido para a tomada dos dados, elaboração de gráficos, análise dos resultados e comentários sobre erros experimentais (FILHO, 2000).
Logo, a associação da teoria com a prática, mostra-se cada vez mais importante no sentido de articular informações e observações.
METODOLOGIA
Todos os autores do presente trabalho estavam matriculados na disciplina de graduação Física Experimental II da Universidade Federal do Vale do São Francisco (UNIVASF), ministrada pelo Prof. Dr. Aníbal Livramento da Silva Netto. Como parte das atividades prevista na disciplina, foi proposto pelo docente a construção de um produto didático para explicar alguns conceitos de Física relacionados à ementa da referida disciplina.
Inicialmente deu-se a busca por conhecimentos teóricos, que serviram com subsídio para a construção dos experimentos didáticos, seguida da idealização dos projetos e construção dos mesmos, a partir de materiais de baixo custo com o objetivo de constatar, na prática, alguns fenômenos físicos, tais como o Princípio de Pascal e o efeito Peltier-Seebeck. Logo após, iniciou-se a avaliação por parte da equipe de discentes sobre os efeitos e benefícios que tais atividades manifestaram em relação ao aprendizado da Física.
Etapa 1: O projeto desenvolvido pelo grupo trata-se de um braço mecânico associado a uma esteira transportadora que simula um processo produtivo. Mediante o uso de materiais de baixo custo como seringas, pedaços de madeira, itens de metal e motores de baixa potência, facilmente foi desenvolvido o braço hidráulico. Para sua confecção bastou a montagem de uma base, também de madeira, sobre a qual adapta-se o eixo de sustentação, componente responsável pela rotação do aparelho.
Usando um sistema de tubulação para transmissão da pressão do fluido (água corada por azul de metileno) e um pequeno gancho para avaliação da capacidade de tração. Além disso, desenvolvemos de modo análogo, uma estéria transportadora a fim de demonstrar o processo produtivo.
Etapa 2: Na segunda fase, foi-se aplicado questionários entre os membros da equipe a fim de coletar informações acerca da percepção obtida a partir da visualização dos fenômenos físicos por meio dos experimentos. Em seguida, discutiu-se os principais pontos em comum, assim como relatadas as informações qualitativas detalhadas ao longo deste artigo.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
DA CONSTRUÇÃO DOS PROJETOS DIDÁTICOS
O primeiro projeto desenvolvido foi o braço mecânico a fim de demonstrar e aplicar os conceitos sobre o Princípio de Pascal. Segundo este, quando é exercida uma pressão num ponto de um líquido, essa se transmite a todos os pontos do líquido.
Para viabilizar a construção de um protótipo de braço mecânico, foi usado um sistema composto por seringas interligadas através de mangueiras de silicone, com fluxo de um fluído, no caso, a água, a fim de realizar deslocamentos e levantamentos de materiais para uma esteira.
Com esses equipamentos, e baseado no princípio acima citado, foi possível construir um protótipo capaz de reproduzir fielmente os movimentos exercidos por um braço mecânico.
A partir do roteiro foi possível também montar peça a peça, observando que os materiais escolhidos foram selecionados de acordo com o preço e o peso, pois o braço em construção não tem capacidade de erguer objeto de peso superior a 0,2 kg.
Paralelo a este, iniciou-se a construção do gerador termoelétrico para demonstrar o efeito Peltier, observado em 1834 por Jean Charles Athanase Peltier. O equipamento de cunho didático experimental foi desenvolvido com materiais simples e de baixo custo, como latas reutilizadas e fios comuns.
O efeito em estudo do ponto de vista físico, analisando na escala atômica, é explicado em resumo da seguinte forma: quando é aplicado um gradiente de temperatura em elétrons ou espaços vazios em um metal para diferenciar o lado quente do frio, ocorre a passagem de uma corrente elétrica que foi induzida termicamente. Consequente a isto, gera-se energia elétrica.
A pastilha Peltier empregada no experimento é composta por materiais semicondutores do tipo-n e tipo-p agrupados em pares e quando a corrente passa por esses materiais, ocorre o aquecimento na “junta quente” e o resfriamento na “junta fria”.
Vale ressaltar que essa variação de temperatura causada pela transferência de calor de um lado ao outro das juntas dos semicondutores possibilita a transferência de calor do ambiente no entorno da junta fria da pastilha para a junta quente.
Verificou-se então que o efeito acima explicitado foi bem visualizado pelos discentes envolvidos na experimentação, tendo em vista que o mesmo funcionou de forma eficaz atendendo às expectativas dos alunos.
É importante salientar que a potência do motor de DVD não foi suficiente para rotacionar o eixo da esteira. Contudo, o princípio de Peltier foi provado pela ação da diferença de temperatura associada a placa de Peltier
Desta forma observou-se que o projeto do braço hidráulico controlado por seringas, associado ao gerador termoelétrico, pode ser aplicado de maneira eficaz nas aulas práticas da disciplina.
É importante frisar que ao longo do projeto foram encontradas algumas dificuldades no que se refere à estrutura física do mesmo, porém as mesmas dificuldades logo foram sanadas com o auxílio de pessoas qualificadas.
A equipe não fez os cálculos referentes à geração de energia, pois este projeto trata basicamente da confirmação da teoria exposta na literatura. Assim, bastou verificar e/ou confirmar que os efeitos e princípios físicos em questão são realmente práticos e fáceis de demonstrar.
Portanto, como possíveis trabalhos futuros, pode-se apontar que se estudem formas de aprimoramento dos materiais, de modo que se possam utilizar equipamentos até mesmo pneumáticos e eletropneumáticos, para agilizar os processos citados anteriormente.
DA PERCEPÇÃO DISCENTE SOBRE A EXPERIMENTAÇÃO
Através da análise das informações qualitativas coletadas entre membros do estudo, é notória a importância que os mesmos atribuem à experimentação, pois acreditam que a mesma possui papel relevante, principalmente no que se refere ao processo de construção conceitual na aprendizagem da Física.
Considerando a importância dos experimentos na aprendizagem, é relevante destacar o papel do educador, que deve intervir de forma adequada, permitindo que o aluno adquira conhecimentos e habilidades, sendo que qualquer atividade observadora realizada no laboratório vise sempre um resultado satisfatório, e uma ação dirigida aumentada para busca de finalidades de caráter pedagógicas.
Em síntese, o professor deve dar sentido nos experimentos como atividades em sala de aula, sabendo que cada experimento traz a possibilidade de novas aprendizagens e provoca novos desenvolvimentos intelectuais.
Ficou evidenciado também que os experimentos promovem processo de socialização e enriquecimento intelectual, demonstrando fenômenos e ação não percebida no cotidiano do aluno, podendo assim criar uma discussão crítica do assunto ora abordado.
Ao inserir o experimento em laboratório, cada aluno interagiu com os outros, onde cada um é responsável por promove a ação. No ensino da Física o uso das atividades experimentais por meio de projetos didáticos permitiu ainda que o estudante ampliasse sucintamente o leque de imaginações beneficiando a criatividade, a socialização e a aprendizagem científica, dentre outros aspectos relevantes no desenvolvimento do conhecimento científico.
Outro fato importante que pode ser levado em conta é a demonstração fenomenológica e que o mesmo proporciona o conhecimento ao aluno investigativo, mostrando oportunidades para novas conclusões na área, pois a Física é uma Ciência indefinida formada por teses e teorias algumas ainda não inteiramente comprovadas.
O experimento proporciona ao estudante a inserção numa situação de reflexão, ou seja, tudo que existe no cotidiano, na natureza, e nas relações humanas são associadas ao fato ocorrido, assim ocorrem alguns processos de interação entre a aprendizagem e a origem de cada indivíduo.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A aplicação de atividades experimentais como parte essencial nas metodologias de ensino de Física tem sido destacada por professores, e principalmente por alunos, como uma das maneiras mais viáveis de se minimizar as limitações de ensino-aprendizagem da Física de modo significativo. Fatos estes, confirmados pelos relatos dos discentes envolvidos no estudo.
De uma forma geral, a questão é que o uso de atividades experimentais no ensino de Ciências acaba sempre sendo recomendado. Contudo, na maioria das vezes o que é questionado é o papel que elas podem desempenhar no processo de ensino-aprendizagem, evidenciando-se também as análises referentes ao papel desempenhado pelo laboratório didático de Ciências como suporte às práticas.
Através da análise das informações qualitativas coletadas entre membros do estudo, é notória a importância que os mesmos atribuem à experimentação, pois acreditam que a mesma possui papel relevante, principalmente no que se refere ao processo de construção conceitual na aprendizagem da Física.
A atividade experimental é vista como o meio que proporcionará ao indivíduo o desenvolvimento científico sobre os fenômenos abordados, explorando a sua capacidade física, intelectual e moral, além de construir a visão individual de cada fato, descrevendo a formação do caráter e da personalidade de cada um, buscando desenvolvê-lo na Ciência e na vida social.
Observa-se que as atividades experimentais cooperam também para que os objetivos de aprendizagem sejam atingidos, uma vez que priorizam a participação mais ativa do aluno na solução de um problema, mediado pelo professor.
Nota-se que o uso de materiais de baixo custo e reciclado é uma proposta interessante para a assimilação do conhecimento, pois, a ênfase não é a verificação ou a simples comprovação de leis ou conceitos explorados no laboratório tradicional, mas, a partir da dinâmica de trabalho possibilita ao estudante trabalhar com sistemas físicos, verificar a importância de alguns materiais reciclados, oportunizando a resolução de problemas cujas respostas não são pré-concebidas, adicionado ao fato de poder decidirem quanto ao esquema e ao procedimento experimental a ser adotado, como forma de compreender que a física está presente em seu cotidiano.
Em suma, os alunos têm a oportunidade de elaborar hipóteses, analisar os dados, propor conclusões e expor esses pensamentos para os colegas e para o orientador, as atividades experimentais permitem a criação de um ambiente estimulante ao desenvolvimento da argumentação, como por exemplo, a elaboração e execução de atividades que proporcionem a proposição de hipóteses pelos alunos; entretanto é preciso que o professor esteja preparado para criar este ambiente de investigação e diálogo, para que os alunos argumentem e discutam tais idéias.
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[1] Graduando em Engenharia de Produção – UNIVASF.
