Baixar Trabalho - Ciencia a mao

XVIII Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2009 – Vitória, ES
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ENSINO DE TÓPICOS DE FÍSICA POR INSTRUMENTO LÚDICO AEROMODELO
Júlio César Martins1, Jaime Sandro da Veiga2 2
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Universidade Cruzeiro do Sul/Cetec, [email protected]
Universidade Cruzeiro do Sul/Cetec/, [email protected]
Resumo
Este trabalho foi realizado no ano de 2006 em uma escola pública estadual em
Diadema, São Paulo, Brasil, envolvendo 20 jovens com idades entre 15 e 16 anos,
estudantes do primeiro ano do ensino médio. Foram ministrados tópicos de física
associados a construção e análise do funcionamento de um aeromodelo feito com material
de baixo custo, sucatas caseira, tecnológica e de brinquedo. Os temas desenvolvidos foram:
movimento e repouso, velocidade, aceleração da gravidade, força, pressão, densidade,
equilíbrio e o teorema de Bernoulli, de forma participativa e com a ação interativa dos
aprendizes. Consideramos a falta de pré -requisito desse público e privilegiamos a
apropriação fenomenológica em detrimento do tratamento matemático e estatístico mais
aprofundado. Entendemos que após o projeto esses alunos poderiam estar mais maduros e
aptos a continuar seus estudos de maneira mais aprofundada. Além da avaliação
tradicional que verificou a progressão dos alunos nos quesitos como apropriação da
linguagem gráfica, matemática e científica, houve também outra avaliação feita depois das
apresentações de seminários que os alunos envolvidos fizeram para o professor e para
colegas de outras turmas.
Palavras-chave : Aprendizagem, lúdico, sucata, aprendizagem significativa.
Introdução
Considerando as perspectivas que os alunos têm normalmente carregado de
conceitos estabelecidos erroneamente como o que física é apenas uma matemática
diferente, tentamos nesse projeto sempre estabelecer um vínculo dos assuntos
estudados com o cotidiano. Faz–se necessário o professor incentivar o aluno a
acreditar que o estudo pode ser participativo e estimulante como se fosse além de
uma apropriação importante algo divertido e lúdico, mas também o mestre deve
acreditar que é possível mudar a forma que se ensina. (Arruda, 1955). A alteração
da prática pedagógica com o intuito de obter bons resultados necessariamente
passa por uma revisão da prática pedagógica.
...deve-se voltar à trilha perdida que permitiu o progresso da física: primeiramente
observar o fen ômeno da natureza, depois procurar estabelecer as condições de
laboratório para reproduzi- lo, a seguir verificar as relações de causa e efeito por
meio de representação gráfica e somente então estabelecer sua expressão
matemática. (Arruda, 1955).
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O problema abordado nessa pesquisa
Analisando alguns casos próximos e conversando com colegas professores
de física, alunos e ex-alunos, percebemos que tornou-se comum aceitar a intensa
dificuldade, tanto do aluno em aprender física quanto a do professor em ensiná-la
e ver resultados positivos.
Analisando propostas como o P.S.S.C.1 , G.R.E.F.2,e alguns trabalhos sobre
o lúdico em sala de aula, percebemos que era possível tentar modificar um pouco a
forma de se ensinar física. Considerando a importância da ação do meio sobre o
indivíduo, a forma de fazer e estudar ciência são mutáveis assim com o instalação e
compreensão de paradigmas , ou seja, a situação do ensino de física pode ter
mudanças significativas se considerarmos as várias faces dos elementos envolvidos,
tais como o alunos, os professores, a escola, a estrutura escolar e o que prevê a lei
de diretrizes e bases LDB e a natureza da matéria dentre outros fatores, e
conseqüentemente a complexidade que envolve esse sistema Morin (2000). A
alteração da prática pedagógica com o intuito de obter bons resultados
necessariamente passa por uma revisão da prática pedagógica da Ponte (2002).
A Física deve apresentar -se como um conjunto de competências
específicas que permitam
perceber e lidar com os fenômenos naturais e
tecnológicos, presentes tanto no cotidiano mais
imediato quanto na
compreensão do universo distante, a partir de princípios, leis e modelos
por ela construídos. (...). Ao mesmo tempo, a Física deve vir a ser
reconhecida como um processo cuja a construção ocorreu ao longo da
História da humanidade, impregnado de
contribuições
culturais,
econômicas e sociais, que vem resultando no desenvolvimento de
diferentes Tecnologias e, por sua vez, por elas sendo impulsionado
BRASIL, (2002).
1-Trata-se de um projeto de renovação do currículo de Física no ensino
médio, iniciado em 1956, no M.I.T., com apoio da N.S.F., fruto de uma
grande insatisfação, particularmente entre os físicos, com o ensino da
Física, naquela época, nas escolas secundárias norte-americanas. A
primeira edição do PSSC Physics foi publicada em 1960, pela D.C. Heath &
Co.
2- Grupo de reelaboração do ensino de física é um grupo de professores da
rede estadual de ensino de São Paulo coordenados por docentes do
Instituto de Física da USP. O objetivo do grupo é elaborar uma proposta de
ensino de Física para o ensino médio (2º grau) que esteja vinculada à
experiência cotidiana dos alunos, procurando apresentar a eles a Física
como um instrumento de melhor compreensão e atuação na realidade.
Metodologia
Para conseguir o que se desejava algumas atitudes foram tomadas de tal
forma que o aluno não se sentisse pressionado: i) foi criado desde o primeiro
encontro uma atmosfera na qual valorizava -se aquilo que o aluno trazia como
bagagem que poderia ser transformado em conhecimento específico, Moreira
(2000); ii) os alunos foram instruídos a perguntar sempre que tivessem dúvidas e
sempre se manifestar quando não tivessem entendido o assunto discutido em sala;
iii) o projeto foi aplicado em turno diferente das aulas ministradas regularmente (no
horário da tarde 2 vezes por semana 2 horas por dia totalizando 4 horas por
semana), todos os alunos envolvidos eram do período da manhã; iv) os alunos
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foram estimulados a continuar a pesquisa sobre os tópicos tratados em sala e
sempre que possível trazer os assuntos pesquisados para que pudéssemos debatêlos em grupo; v) várias aulas foram ministradas em ambientes diversos como:
quadra, pátio, sala de vídeo, sala de informática com o intuito de que eles
percebessem que o conhecimento da física por ser uma ciência de observação é
algo que é concebido em muitos lugares e não só numa sala de aula; vi) para a
explicação dos mais diversos fenômenos foram utilizados diversos recursos como:
vídeo cassete, aparelho de DVD, retro projetor, medidores como fita métrica,
cronômetro, régua, paquímetro, etc. A idéia de utilizar diversos matérias era para
que o alunos entendessem que os fenômenos são reais e palpáveis e não simples
problemas que existem apenas em livros didáticos.
Para executar o projeto foi solicitada a ajuda da professora titular daquela
turma que auxiliou o trabalho com os alunos e sempre que possível deu-nos algum
retorno sobre a postura e atitude dos estudantes envolvidos.
Alguns dados foram levantados com a professora, para que pudéssemos ter
um canal coerente de comunicação. A formação principal da professora titular era
matemática, situação absolutamente comum como aponta Santos (2003), ela não
tinha até o ano de 2005 nenhuma experiência em lecionar física.
Conforme entrevista concedida antes do inicio do projeto a professora
relatou alguns dados importantes para um bom desempenho do trabalho. Algumas
informações obtidas na entrevista: i) a professora privilegia o raciocínio matemático,
não costuma discutir a natureza dos fenômenos; ii) Privilegia o tratamento
matemático em detrimento da discussão dos fenômenos envolvidos nos estudos de
física;
iii) adota uma única fonte como material o livro didático Noções
Fundamentais de Física de autoria de Ueno (1988) ; iv) não utiliza experiências em
sala.
Foi feita uma reunião prévia com os alunos para explicar-lhes qual era o
intuito do projeto, ou seja, aprender física utilizando experimento lúdico estudando
alguns fenômenos físicos existentes num aeromodelo.
Foram aplicados dois questionários, um antes do início do projeto e outro
depois, e foram comparadas as respostas.
Iniciamos o projeto fazendo algumas perguntas na forma de entrevista
gravada. As perguntas eram: i) que é física? ii) o que é Movimento? iii) O que é
deslocamento? iv) o que é trajetória? v) o que é velocidade? vi) o que é aceleração?
Os alunos foram instruídos a estudar a teoria envolvida em todos os tópicos
estudados no projeto. Eles deveriam pesquisar e estudar os aspectos físicos
relacionados com os cálculos e aspectos teóricos e históricos dos fenômenos
envolvidos.
Foi apresentado aos alunos o tema gerador, a análise do vôo de um
aeromodelo de isopor movido a elástico comprado numa loja especializada em
aeromodelismo. Ao ver o aeromodelo voando, todos os alunos ficaram interessados
em entender tal fenômeno. Foi perguntado aos alunos como foi possível que o vôo
ocorresse. Como aquilo ocorreu?
Após o questionamento levantaram várias hipóteses, dentre elas: i) porque
o material é leve (isopor); ii) porque tinha um pouco de vento no dia do vôo;iii)
porque o impulso inicial foi muito intenso e por isso o aeromodelo voou.
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Ao invés de explicarmos o fenômeno propusemos aos alunos que eles
mesmos montassem seus próprios aeromodelos de acordo com o que eles
acreditavam ser as formas corretas de se construir “algo que voasse”. A turma foi
dividida em três grupos e eles construíram seus próprios aeromodelos, para isso foi
fornecido a cada grupo uma placa de isopor 1,2m x 0,5 m x 0,01m.
O primeiro grupo construiu um avião levando em consideração o que eles
achavam importante para que ele voasse: o perfil, a fuselagem e o estabilizador
todos retangulares.
O segundo grupo levou em consideração os mesmos dados dos colegas do
grupo anterior, porém fizeram com uma área maior acreditando que nesse caso o
avião voasse mais.
O terceiro grupo construiu um avião de asa dupla (biplano), porém a opção
de assim fazer foi por questão estética.
Foi pedido para que eles tentassem fazer com que esses modelos voassem,
e em nenhum dos casos isso ocorreu e todos os modelos foram danificados nessa
tentativa de vôo. Os alunos reconstruíram seus modelos e se empenharam em fazer
com que seus aeromodelos voassem novamente e dessa vez também não
obtiveram sucesso.
Surgiu um questionamento: Porque o aeromodelo apresentado a eles voou e
o aeromodelo que eles construíram não voou? Elaboramos uma série de perguntas
e com as quais os alunos foram pesquisar: i)se o avião deles não voou por que o
aeromodelo apresentado inicialmente voou e por que os aviões normalmente
voam? ii) quais fenômenos físicos envolvidos? iii) quais os físicos que descobriram
os fenômenos envolvidos?
Os alunos foram pesquisar na Internet e obtiveram algumas informações
para o entendimento do fenômeno que explicava o funcionamento de um avião (o
princípio de Bernoulli), porém perceberam que teriam que estudar e entender
algumas grandezas físicas associadas, tais como pressão, densidade e gravidade.
Foi proposto a esses alunos que eles mesmos construíssem seus
aeromodelos ou planadores com sucata e material reciclável do tipo isopor e restos
de brinquedos velhos, porém o avião construído dessa forma deveria ser capaz de
voar e o grupo de alunos envolvidos deveria ser capaz de explicar todos os
fenômenos envolvido com o vôo e movimento do aeromodelo.
Desenvolvemos um organograma com cada uma das fases a serem
desenvovidas pelos grupos, no qual constava o fenômeno estudado, a forma de
pesquisa (livro, internet, pesquisa com professores, engenheiros,etc), definição e
aplicação ou verificação cotidiana. Os alunos deveriam se apropriar de todos os
conhecimentos para a correta construção do experimento. Para chegarmos à
explicação do teorema de Bernoulli deveríamos passar por todas as etapas , ou
seja, estudo e apropriação dos seguintes tópicos: i) movimento e repouso; ii)
velocidade; iii) aceleração; iv) força; v) pressão; vi) densidade; vii) equilíbrio; viii)
teorema de Bernoulli. Todos os cálculos deveriam ser feitos com as unidades de
medida do sistema internacional de medidas.
Para continuidade das pesquisas e estudos dos assuntos os alunos foram
divididos em grupos, ou seja, 4 grupos de 5 alunos. Todos os grupos deveriam
estudar todos os tópicos. Foi sorteado um ou dois tópicos para cada grupo
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apresentar e explicar por intermédio de um experimento de preferência lúdico e se
possível feito de sucata.
Os questionários foram aplicados individualmente, mas como os alunos
foram muitos estimulados a estudar em grupo era de se esperar que as respostas
fossem muito parecidas para os integrantes de cada grupo.
i) Movimento: o grupo explicou o que é movimento fazendo uma experiência
simples. Mediram a distância de cada um dos elementos do grupo, uns em relação
aos outros, a cada 10 minutos durante uma hora, sem mudar a dinâmica de
funcionamento da sala.
ii) Velocidade: para explicar velocidade optaram por fazer uma competição
de carrinhos controlados por controle remoto, convidaram os outros grupos a
participar de uma corrida numa pista de 30m desenhada com giz na quadra de
esportes da escola de tal forma que cada grupo deveria participar da competição
cronometrando o tempo total para fazer a trajetória da corrida e após a verificação
dos dados deveriam ser feitos os cálculos e comparadas as velocidades. Cada
grupo deveria calcular a velocidade média de todos os carrinhos participantes para a
comparação. O dados obtidos nessa fase estão abaixo. Os tempos foram aferidos
com o cronômetro de um relógio digital simples e a velocidade está calculada com
uma aproximação de uma casa decimal.
Tabela 01: velocidade x tempo
Grupo
1
2
3
4
Tempo(s)
Velocidade(m/s)
1,8
1,7
2,1
1,4
5,6
6
4,8
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iii) Aceleração da gravidade: o grupo incumbido de estudar a aceleração da
gravidade, após pesquisar optou por estudar o pêndulo simples de Galileu, para isso
amarraram um fio de 2m de barbante no pé direito da sala e na outra ponta
amarraram um objeto de 0,1kg. Deslocaram o fio aproximadamente 10o em relação
ao seu estado de repouso e repetiram a operação 10 vezes observando as
oscila ções do pêndulo, variando o comprimento do fio e verificando o tempo obtido
sendo o tempo a média simples das 10 oscilações e foram obtidos os valores
abaixo:
Tabela 02: aceleração da gravidade x comprimento do fio.
Comprimento(m)
1,5
1,7
2,0
Gravidade(m/s 2)
11,91
9,66
9,14
Período (s)
2,2
2,6
2,9
iv) Força (peso) p=m.g: o grupo de estudos sobre a grandeza força optou
por trabalhar com a idéia de força peso, porque segundo suas pesquisas
perceberam que teriam mais facilidade operacional em demonstrá-la. Para isso
construíram um dinamômetro caseiro com mola de espiral de uso industrial
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conseguida em ferro velho e uma escala de fundo feita sobre um papel milimetrado.
Para mostrar o funcionamento do dinamômetro os alunos ajustaram a escala
marcando no papel milimetrado a massa de alguns objetos com massas conhecidas
calculando depois os respectivos pesos dos objetos.
Tabela 03: massa x peso.
Objeto
Apagador
Jogo de chaves
Estojo de lápis
Pincel atômico
Caderno
Massa(kg)
0,35
0,15
0,25
0,08
0,10
Peso(N)
3,5
1,5
2,5
0,8
1,0
v) Pressão: a forma com a qual esse grupo mostrou o que é pressão foi
pegar uma peça de madeira com formato de paralelepípedo (0,15 x 0,07 x 0,05)m e
colocá-la sobre um mini tanque de areia apoiado sobre cada uma das três faces e
verificar o que ocorreu com as marcas deixadas na areia verificando a relação p=f/a,
onde p = pressão, f = força e a = área.
vi) Densidade: para o estudo da densidade os alunos pesaram a massa de
alguns objetos numa balança didática e os mergulharam em água pesando também
a massa da água deslocada para obter o volume e calcularam d = m/v.
vii) Equilíbrio: para o estudo de equilíbrio e determinação de centro de
gravidade, os alunos construíram uma fuselagem com as mesmas dimensões do
aeromodelo de isopor usado no início do projeto. Para isso eles penduraram a
fuselagem diversas vezes em diversos lugares na borda da fuselagem traçando
diversas retas e verificaram qual foi o ponto em que as retas se encontraram
definindo assim o centro de gravidade.
Análise dos resultados:
Ao estudar movimento os alunos verificaram que as distâncias mudavam a
cada tomada de dados concluíram que a idéia de movimento e repouso depende de
referenciais adotados. Ao estudar velocidade e aceleração os alunos notaram que
a aceleração depende da velocidade, porém são grandezas distintas e que
aceleração nada mais é que a variação de velocidade. Ao estudar o pêndulo simples
de Galileu os alunos ficaram intrigados com a possibilidade de descobrir aceleração
da gravidade usando uma simples fórmula matemática, mas ficaram surpresos com
os resultados muitos próximos ao esperados. Ao estudar pressão verificaram que
houve diferença na profundidade das marcas deixadas pelas diferentes áreas
apoiadas preferiram não fazer as medidas das pro fundidades deixadas na areia por
que tiveram dificuldade em fazê-la, porém pela observação da marcas e após um
debate concluíram que a força e massa são inversamente proporcionais à pressão
devido a percepção de que quanto menor era a área mais profundo ficou a marca.
Ao final do projeto os grupos fizeram seus aviões, alguns utilizaram plantas
de desenho de aeromodelo, outros optaram por analisar o avião testado no inicio do
projeto e refazer as dimensões. Utilizaram sucata de isopor, madeira balsa
específica de aeromodelismo, sucata de brinquedos velhos. Os grupos foram à
quadra e observaram os vôos dos aeromodelos e os fenômenos associados. Os
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alunos envolvidos no projeto apresentaram dois seminários um para os professor
aplicador do projeto e outro para os outros alunos da escola.
Aplicamos um questionário geral e estudamos as respostas. Abaixo alguns
gráficos representando as respostas;
Teve física na 8a série
Sim 15 %
Não 85 %
Gráfico 01: Alunos que
tiveram física na oitava série
Quadro 01: velocidade aceleração podem ser consideradas a mesma “coisa”?
Ocasião
Antes do projeto
Depois do projeto
respoderam sim responderam não
13
7
1
19
Quadro 02: Tem interesse em estudar assuntos científicos?
Ocasião
Antes do projeto
Depois do projeto
Sim
Não
4
17
16
3
Quadro 03: Você acha que o estudo de física pode fazer uma sociedade progredir?
Ocasião
Antes do projeto
Depois do projeto
Sim
Não
5
17
15
3
Apropriação de conceitos de física básica como: i) que é física? ii) o que é
Movimento? iii) O que é deslocamento? iv) o que é trajetória? v) o que é velocidade?
vi) o que é aceleração?
Antes da aplicação do projeto analisamos os equívocos conceituais como
confundir aceleração com e velocidade e força com pressão conforme consta no
gráfico abaixo:
Apropriação de conceitos
correto 40%
errado 60%
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Gráfico 02: índice de conceitos certos ou errados apontados pelos alunos no inicio
do projeto.
Depois do projeto aplicamos o mesmo questionário
Apropriação de conceitos estudados
correto 88%
errado 12%
Gráfico 02: índice
de conceitos certos ou errados apontados pelos alunos no término do projeto.
Na sua opnião é mais fácil aprender física por experimento ou pelo método
tradicional?
Para essa pergunta todos os alunos foram unânimes em afirmar que com
esse projeto ficou mais fácil e interessante aprender física.
Os resultados mostraram que com o envolvimento houve melhoria
progressiva tanto na postura do aluno quanto na aquisição de informações novas.
Conclusão
A aplicação desse projeto revelou-nos que ao participar ativamente do
processo educacional a comunidade estudantil entende que o processo de
aprendizagem não é uma atividade passiva. Podendo interferir na abordagem de um
assunto, seja na forma de estudar, seja na forma de analisar fenômenos físicos o
estudante tende a perder o estigma de que o estudo da física é um pacote fechado
de problemas e soluções que não aceita intervenções.
Os resultados revelaram-nos que houve uma apropriação muito coerente dos
conhecimentos previstos (PCN) e que alguns equívocos comuns como confundir velocidade
com aceleração e força com pressão foram devidamente estudados e descritos de forma
correta. No decorrer do projeto os alunos mostraram muito interesse em conhecer mais
profundamente outros fenômenos físicos relacionados ou não com os assuntos estudados
nesse projeto. Isso nos mostrou que o objetivo de estimulá-los a ir mais longe no estudo da
física foi alcançado
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Referências
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embotamento da Curiosidade Científica dos Adolescentes. São Paulo:
Ibecc.MEC-ITA, 1955.
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