COMO SE CHEGAR AO VALOR DA ACELERAÇÃO DA GRAVIDADE: PROCESSO DEMONSTRATIVO OU INVESTIGATIVO?

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COMO SE CHEGAR AO VALOR DA ACELERAÇÃO DA GRAVIDADE: PROCESSO DEMONSTRATIVO OU INVESTIGATIVO? HOW TO GET TO THE VALUE OF ACCELERATION OF GRAVITY: CASE STATEMENT OR INVESTIGATIVE? Michele H. Ueno-Guimarães1, Bruno dos Santos Simões2 1

Universidade de São Paulo/Departamento de Metodologia do Ensino e Educação Comparada /[email protected]

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Universidade Federal de Santa Catarina/Programa de Pós-Graduação em Educação Científica e Tecnológica/[email protected]

Resumo A ideia deste trabalho é mostrar como ocorre a construção de alguns conceitos da Física, sob o olhar da atividade investigativa, e apontar que ainda existem concepções errôneas, acerca da construção do conhecimento físico, para autores que não são da área de Ensino de Física. Partimos de uma aula experimental de Física I, ocorrida em uma universidade particular da cidade de São Paulo, no decorrer do ano de 2013, em que os alunos tinham como proposta, calcular o módulo da aceleração da gravidade (g). O objetivo do experimento era estudar o movimento de queda livre de uma bolinha metálica, no momento em que ela era disparada, quando o eletroímã era ligado. Nesse movimento, era possível perceber que a bolinha percorria intervalos de espaço proporcionais ao quadrado dos intervalos de tempo gasto para percorrê-los. A partir dos tempos medidos pelo multicronômetro, acoplado ao aparato experimental, e utilizando um sistema de equações – equação horária do espaço do Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV), os alunos podiam calcular o valor da aceleração da gravidade. O que pudemos constatar foi que, o que aparentemente era simples, tornou-se uma atividade interessante para ser investigada, pois os valores encontrados pelos alunos destoavam muito do valor teórico conhecido na Literatura. Palavras-chave: Atividade investigativa; atividade experimental; Ensino de Física. Introdução A ideia do presente artigo surgiu do trabalho em sala de aula de uma professora que é pesquisadora de sua prática. Em uma aula experimental de Física I, ocorrida em uma universidade particular da cidade de São Paulo, no decorrer do ano de 2013, os estudantes, dessa professora, deveriam calcular o módulo da aceleração da gravidade (g). O objetivo do experimento era estudar o movimento de queda livre de uma bolinha metálica, após o eletroímã ser ligado, no qual a bolinha está presa. Nesse movimento, era possível perceber que a bolinha percorria intervalos de espaço proporcionais ao quadrado dos intervalos de tempo gasto para percorrê-los. A partir dos tempos medidos pelo multicronômetro, acoplado ao aparato experimental e utilizando um sistema de equações – equação horária do

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espaço do Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV), os alunos podiam calcular o valor da aceleração da gravidade. O que pudemos constatar foi que, o que aparentemente era simples, tornouse uma atividade interessante para ser investigada, pois os valores encontrados pelos alunos destoavam muito do valor teórico conhecido na Literatura. Assim, os estudantes foram desafiados a justificar o porquê de seus resultados obtidos serem tão distintos do valor teórico. A professora então percebeu que o desafio lançado fez com que os estudantes repensassem suas hipóteses, revessem procedimentos e argumentassem entre si, a melhor forma de proceder na atividade e quais eram as melhores hipóteses a serem levantadas. Desse contexto, surgiu a ideia de trabalhar com atividades investigativas, pois estas mostraram ter potencial para promover o desenvolvimento de cooperação, autonomia e criticidade dos educandos. Atividade investigativa A utilização de atividades de investigação no Ensino de Ciências é discutida por diversos autores sob os mais diversos recortes. As abordagens utilizadas permeiam desde uma discussão sobre a formação de professores por meio da pesquisa em sala de aula (DEMO, 1998; GALIAZZI, 2011, GALIAZZI e MORAES, 2012), até discussões mais gerais sobre atividades investigativas em aulas de Ciências (BORGES, 2002; CARVALHO, 1999, 2010, 2013; ZÔMPERO e LABURÚ, 2012), ou ainda um levantamento histórico sobre atividades investigativas (ZÔMPERO e LABURÚ, 2011). Para Zômpero e Laburú (2012), uma atividade investigativa é aquela que pressupõe a apresentação de um problema inicial, que pode ou não ser sobre um assunto estudado, no qual o aluno não sabe a resposta, e tem como característica que o aluno seja um agente ativo na construção de seu conhecimento. Uma atividade investigativa tem como objetivo criar um ambiente investigativo nas aulas de Ciências, de maneira que o professor possa ensinar (conduzir/mediar) os alunos no processo (simplificado) do trabalho científico. A ideia é que eles possam gradativamente ampliar a linguagem e os conhecimentos científicos, o que Sasseron (2010) chama de alfabetização científica. Lidar com uma prática voltada à investigação requer que o educador seja um pesquisador, que seu cotidiano seja seu objeto de estudo. Nesse sentido, o professor que busca atuar com uma postura de investigação em suas aulas passa a entender o aluno, não somente como objeto a ser pesquisado, mas também como seu parceiro de trabalho (DEMO, 1998). Dessa maneira, o professor que se propõe a desenvolver uma atividade investigativa deve ser um questionador, um argumentador, alguém que saiba conduzir perguntas, estimular e propor desafios. Deve deixar de ser um simples expositor e se tornar um orientador no processo de ensino. (CARVALHO, 1999, p. 48). Do mesmo modo, o aluno, nesse contexto, é aquele deixa de ser apenas um observador das aulas, muitas vezes expositivas, passando a exercer grande influência sobre ela: argumentando, pensando, agindo, interferindo, questionando, fazendo parte da construção do seu conhecimento. (CARVALHO, 1999, p. 47). ____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

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Carvalho aponta cinco itens que uma atividade deve conter, para que seja considerada investigativa. Para ela, uma sequencia de ensino por investigação (SEI) deve ter: i) Elaboração de um problema – experimental ou teórico; ii) Levantamento de hipóteses; iii) Leitura de textos de sistematização do conhecimento; iv) Atividade de contextualização social e/ou de aprofundamento do conteúdo e v) Atividade de avaliação. (CARVALHO, 2013). Galiazzi e Moraes (2002, p. 238) defendem que a pesquisa colabora com a formação inicial dos professores. Para esses autores, a essência do entendimento de pesquisa é o questionamento, a argumentação, a crítica e a validação dos argumentos assim construídos. Aspectos que se assemelham a aulas de laboratório de Física. Partindo-se do pressuposto de que todo conhecimento e toda prática são essencialmente incompletos e passíveis de superação, a educação pela pesquisa pode ser compreendida como um ciclo dialético e recursivo que se inicia com um questionamento, seguido de tentativas de reconstruir conhecimentos e práticas pela organização e defesa de novos argumentos. Estes, comunicados e submetidos a uma comunidade crítica, serão avaliados e aperfeiçoados gradativamente (GALIAZZI e MORAES, 2002, p. 242).

Para tanto, Demo (1998) comenta que nesse processo de educar por meio da pesquisa, o estudante desenvolve autonomia, criticidade sobre seu estudo/trabalho, faz interpretações próprias, formula hipóteses, entre outros fatores. Zômpero e Laburú (2012) argumentam nesse mesmo sentido. Em sua investigação, os autores trabalharam com atividades investigativas com estudantes do Ensino Fundamental, e concluíram que esse tipo de atividade favorece que os estudantes se tornem mais autônomos, críticos e criativos. Em uma proposta investigativa em aulas de Física para o ensino superior, elementos como esses são continuamente presentes, pois o que se quer é que os educandos desenvolvam autonomia de análise dos resultados obtidos e que sejam críticos sobre estes. Sob outra perspectiva, Borges (2002) argumenta que o laboratório sozinho não é capaz de sanar as dificuldades dos alunos, uma vez que, mesmo em aulas de laboratório, inicialmente, é necessário todo um acompanhamento dos estudantes, e que o professor tenha contínua vigilância sobre sua fala; para não gerar nos educandos, sentimentos de que a Ciência se faz por meio de atividade como observações, medidas e conclusões sobre elas, que devem ser memorizadas ao longo da aula. O autor recomenda ainda, que o professor utilize atividades prélaboratórios, como forma de organizar o pensamento dos estudantes, para que esses não sintam dificuldade em demasia ao longo das atividades de laboratório. Na situação explorada neste trabalho, a professora incentivava que seus estudantes buscassem alternativas para explicar o motivo dos “erros” e “acertos” ao longo da aula. Assim, eles poderiam explorar todo arcabouço teórico desenvolvido durante as aulas de Física, a fim de compreender e justificar o fenômeno observado, e com isso desenvolvendo argumentos e hipóteses que pudessem responder às perguntas feitas ao longo da aula. Em uma atividade investigativa no laboratório de Física é comum que os estudantes obtenham os mais diversos resultados. E esses, em muitos casos, divergem entre os próprios estudantes, pois cada um pode encontrar resultados diferentes, visto que o observador e executor da atividade são diferentes. No ____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

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entanto, Scarpa e Silva (2013) fazem uma afirmação em relação ao Ensino de Ciências, no qual a Física faz parte, que merece discussão. Relatando uma atividade experimental em uma aula de ecologia as autoras afirmam que: Apesar desse exemplo de atividade de ecologia por investigação envolver experimentação, a natureza dos resultados e da análise é diferente de atividades de investigação sobre o conhecimento físico. Neste último caso, após os grupos de alunos conseguirem obter o efeito desejado, em todas as vezes que o experimento é repetido, o efeito obtido e, por consequência, a resposta ao problema, é exatamente a mesma, não há a possibilidade de variação e/ou exceções (SCARPA e SILVA, 2013, p. 145).

Com base nessa afirmação, divergimos do exposto pelas autoras. Em atividades investigativas em Física, nem sempre se obtém o mesmo resultado, mesmo repetindo várias vezes o experimento. Para ilustrar a crítica, descrevemos uma atividade realizada em uma faculdade privada de São Paulo, em que os alunos deveriam calcular o valor da aceleração da gravidade. O detalhamento da atividade está na sequência. Descrição das aulas de laboratório de Física I As aulas de laboratório de Física I aconteciam, em geral, uma vez por mês para cada turma e tinham a duração de 100 minutos. Cada sala era composta, em média, por 70 alunos, sendo que, os primeiros 35 da lista de chamada vinham às aulas de laboratório no primeiro horário (19:15 horas às 20:55 horas) e o restante, no segundo horário (21:15 horas às 22:55 horas). A ideia era que, enquanto uma parte estava na aula prática, a outra estava na sala de aula tendo Física I teórica. Os alunos eram oriundos de rede pública da cidade de São Paulo e apresentavam uma grande defasagem, tanto da parte de Matemática como da parte de Física. A maioria chegava a dizer que mal tinha aulas de Física durante o Ensino Médio. Essa experiência era realizada pelo professor, caracterizando uma atividade demonstrativa, porém não conforme descrita anteriormente, em que o manuseio do equipamento poderia trazer riscos aos alunos, mas porque o laboratório possuía apenas um equipamento para todos os grupos. Procedimento experimental O aparato experimental utilizado está ilustrado nas Figuras 1 e 2. O professor, então fazia a explicação do experimento e ao apertar o eletroímã, a bolinha caía, disparando o cronômetro digital. Cada vez que ela passava pelas fotocélulas 1, 2, 3, 4 e 5, o cronômetro registrava o intervalo de tempo percorrido pela bolinha para percorrer os espaços y1, y2, y3 e y4. O experimento era repetido três vezes, como pode ser visualizado na Tabela 1, e em seguida, os alunos tiravam o valor médio de cada intervalo de tempo. Com a trena acoplada ao próprio aparato experimental, era possível medir as distâncias entre as fotocélulas, como ilustrado na Figura 1. Esses valores eram utilizados para completar a Tabela 2 e utilizados nas equações do MRUV para se calcular o módulo da aceleração da gravidade (g).

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Figura 2 – Multicronômetro Figura 1 – Aparato experimental de queda livre

Tabela 1 – Distâncias e intervalos de tempos do movimento da bolinha.

Medidas

(y1 =

m) (y2 =

m) (y3 =

m) (y4 =

Δt1 =

Δt 2 =

Δt3 =

Δt 4 =

Δ t1 (s)

Δ t2 (s)

Δ t3 (s)

m)

Δ t4 (s)

1a 2a 3a Δt

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Tabela 2 – Valores da posição y para cada intervalo de tempo médio

Posição y (m)

Valor médio dos intervalos de tempo (s)

y1 = t1 = y2 = t2 = y3 = t3 = y4 = t4 =

Análise dos dados A partir dos valores obtidos na Tabela 2, os alunos poderiam escolher, aleatoriamente, dois valores quaisquer da posição e dos seus respetivos intervalos de tempo e montar um sistema de equações, para se achar o valor da velocidade inicial (V0), no momento em que a bolinha passasse pela fotocélula 1 e o valor da aceleração da gravidade (g). Escolhendo, y1 e y3, por exemplo, teríamos o seguinte sistema de equações:

As dificuldades, então, começavam a surgir. Ou porque eles não achavam que precisariam de um sistema, já que para alguns alunos a velocidade inicial da bolinha, no momento em que passava pela fotocélula 1, era zero e a única variável desconhecida seria a aceleração da gravidade; ou porque não sabiam resolver um sistema de equações; ou ainda porque não sabiam resolver uma equação, seja do primeiro ou do segundo grau. Nesse momento, foi possível perceber que as dificuldades dos alunos estavam não só em Física, mas na Matemática básica. Foi necessária uma revisão dessa parte do conteúdo; mas ainda assim, parecia que alguns alunos não ____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

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entendiam porque estávamos fazendo aquilo. Talvez possamos dizer que, alguns nem sequer entenderam a montagem da Tabela 2. Outros diziam que o experimento deu errado. A professora intervinha, dizendo que não deu errado, deu o que tinha que ter dado, com os valores que você utilizou para calcular a aceleração da gravidade. Nesse momento, eles foram convidados a refletir e buscar compreender o porquê do resultado estar divergente do esperado. Tal como indica Carvalho (1999), a professora buscou fazer com que os alunos investigassem o problema dado, passando então a orienta-los nesse processo. Outra dificuldade, que acreditamos ser relevante, foi o fato dos alunos não saberem trabalhar com números decimais e menores que um. Os valores dos intervalos de tempos foram todos com três casas após a vírgula. E eles não entendiam que elevar um número pequeno ao quadrado daria um número menor ainda. Eles estavam acostumados a trabalhar com números inteiros e maiores que um. Outros ainda não sabiam como expressar um número em notação científica. Considerações finais Apesar da pequena quantidade de equipamentos e do curto espaço de tempo de que dispúnhamos, a atividade mostrou-se enriquecedora por estimular a cooperação e criticidade em relação aos resultados, bem como a reformulação de hipóteses por parte dos estudantes, tal qual indicam Zômpero e Laburú (2012) e Demo (1998). O valor teórico da aceleração da gravidade era conhecido pela maioria dos alunos, porém o fato dos resultados experimentais terem dado valores divergentes do esperado, possibilitou uma grande discussão com os grupos e o que era para ser uma atividade meramente demonstrativa, acabou gerando uma aprendizagem investigativa; em que os alunos foram colocados em xeque, tendo que descobrir por si mesmos, o que tinha acontecido de “errado” com o experimento, para que o módulo da aceleração da gravidade desse o dobro do valor encontrado na Literatura. E conforme indica Borges (2002), esse processo colaborou com os graduandos na compreensão do trabalho científico, que prevê muito mais que uma simples atividade experimental. Após diversas discussões, orientadas pela professora, entre os estudantes, a conclusão dos grupos foi que a velocidade inicial V0 da bolinha não poderia ser zero, no momento em que ela passasse pela fotocélula 1. Eles poderiam considerar o espaço inicial zero (y0 = 0), quando a bolinha saía do eletroímã em que estava presa, mas quando passasse pela primeira fotocélula, já deveria ter alguma velocidade. Portanto, para se chegar ao “valor esperado” da aceleração da gravidade, era necessário um sistema de equações, pois eles tinham duas variáveis desconhecidas: V0 e g.

Referências

BORGES, A. T. Novos rumos para o laboratório escolar de Ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 19, n. 3: p. 291-313, dez. 2002. ____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

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CARVALHO, A. M. P. de. Ensino de Ciências por investigação: Condições para implementação em sala de aula. – São Paulo: Cengage Learning, 2013. _______. Ensino de Física. São Paulo: Cengage Learning, 2010. – Coleção ideias em ação. _______. Termodinâmica: Um ensino por investigação. São Paulo: FEUSP, 1999. DEMO, P. Educar pela pesquisa. Campinas: Autores associados, 1998. GALIAZZI, M. C. Educar pela pesquisa. Ijuí: UNIJUÍ, 2011. GALIAZZI, M. C.; MORAES, R. Educação pela pesquisa como modo, tempo e espaço de qualificação da formação de professores de ciências. Ciência & Educação, v. 8, n. 2, p. 237-252, 2002. SASSERON, L. H. Alfabetização científica e documentos oficiais brasileiros: Um diálogo na estrutura do ensino de Física. In Ensino de Física. São Paulo: Cengage Learning, 2010. – Coleção ideias em ação. SCARPA, D. L. e SILVA, M. B e. A Biologia e o ensino de Ciências por investigação: Dificuldades e possibilidades. In Ensino de Ciências por investigação: Condições para implementação em sala de aula. – São Paulo: Cengage Learning, 2013. ZÔMPERO, A. F.; LABURÚ, C. E. Atividades investigativas no Ensino de Ciências: Aspectos históricos e diferentes abordagens. Publicado em: 27 ago. 2011. Disponível em: . Acesso em: 14 fev. 2014. _______. Implementação de atividades investigativas na disciplina de Ciências em escola pública: Uma experiência didática. 2012. Disponível em: . Acesso em: 14 fev. 2014.

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