RENATO CASSARO ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO DE FÍSICA JI-PARANÁ, RO AGOSTO 2012

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1 1 RENATO CASSARO ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO DE FÍSICA JI-PARANÁ, RO AGOSTO 2012

2 2 RENATO CASSARO ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO DE FÍSICA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Física de Ji-Paraná, Universidade Federal de Rondônia, Campus de Ji-Paraná, como parte dos quesitos para a obtenção do Título de Especialista em Ensino Física, sob orientação do Professor Doutor Robinson Viana Figueroa Cadillo. JI-PARANÁ, RO AGOSTO 2012

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4 4 DEDICATÓRIA Dedico: A DEUS, a minha família, especialmente a minha esposa e meu filho pela compreensão, minha Mãe e ao meu amigo e companheiro de trabalho João Batista Nicolini pela ajuda e apoio nos momentos de estudos.

5 5 AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por ter me dado saúde e animo para que eu pudesse me deslocar de Alvorada do Oeste a UNIR de Ji-Paraná (90 Km) de moto e durante todas estas viagens não me aconteceu nada de ruim e pude terminar o meu sonho de concluir o curso de especialização em Ensino de Física. Ao professor Dr. Robinson Viana Figueroa Cadillo que me orientou neste trabalho, tendo muita paciência comigo, pois não tinha muito tempo para me dedicar a este TCC e também era inexperiente, pois este foi meu primeiro trabalho de conclusão de curso. A minha Esposa e filho pelo apoio nas horas de estudo. A minha Mãe pelo apoio e as vezes que substituiu no trabalho pra que eu pudesse estudar. A todos os meus professores do departamento de física de Ji-Paraná. E aos colegas de turma, pela ajuda e pela companhia durante o curso.

6 6 EPÍGRAFE Educai as crianças para que não seja preciso punir os adultos Pitágoras

7 7 RESUMO Este Trabalho tem como objetivo mostrar um pouco a realidade da disciplina de física no Ensino Médio da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Santa Ana de Alvorada do Oeste RO e também mostrar que esta disciplina pode ser trabalhada de modo diferenciado relacionando diretamente a parte teórica com a parte experimental, fazendo com que o aluno compreenda o universo e seu funcionamento e também fatos simples do seu cotidiano, como por exemplo: porque existe o arco íris, porque os barcos flutuam e etc. Na referida escola têm um laboratório de ciências e física, mas apenas os professores é que se dedicam ao laboratório, mas esses professores sempre estão com carga horária máxima, e o mesmo requer muito tempo para deixá-lo organizado e mesmo depois de organizado, sempre que for preciso fazer uma experiência, o professor precisa ir antes e deixar tudo pronto e depois da aula dada precisa limpar e guardar todos os materiais utilizados, e este trabalho às vezes não é possível. O trabalho realizado vem de encontro a esta realidade, pois as atividades experimentais selecionadas são simples e atingem os objetivos propostos nos conteúdos da série almejada, que neste caso é o 2º ano do Ensino Médio na disciplina de Física. As experiências desenvolvidas fizeram tanto sucesso, que nos dias que foram realizadas não só os alunos da sala assistiam, teve atividade experimental que foi assistida também pelo Diretor, Supervisora, Bibliotecário e outras pessoas. E aquele tema que foi trabalhado com atividade experimental, a aprendizagem dos alunos foi mais que satisfatória, sem falar que na aula não precisa ficar chamando a atenção dos alunos, pois todos prestam muita atenção até mesmo a aqueles alunos bagunceiros, que nas aulas em sala ficam atrapalhando e dificilmente prestam atenção. Portanto confirmo neste trabalho que as aulas de física com atividades experimentais facilitam a aprendizagem do aluno. Palavras chaves: Atividade experimental. Ensino de Física.

8 8 ABSTRACT This work aims to show a little of the reality of physical discipline in High School State School for Elementary and High School Santa Ana de Alvorada West - RO and also show that this discipline can be crafted differently directly linking the theoretical with the experimental part, causing the student to understand the universe and its functioning and also simple facts of everyday life, such as: why is the rainbow, why boats float and so on. In this school have a science lab and physical, but only the teachers are dedicated to the lab, but these teachers are always with maximum load, and it requires much time to let it organized and even after organized whenever you need to do an experiment, the teacher needs to go and get everything ready before and after class given need to clean and store all the materials used, and this work is sometimes not possible. The work done is against this reality, for selected experiments are simple experiments that reach the proposed goals in the series desired content, which in this case is the 2nd year of high school in the discipline of physics. Experiments have developed so successfully, that the days were accomplished not only students attending the room, had experience that was also attended by the Director, Supervisor, Librarian and others. And that theme was that experience working with, students 'learning was more than satisfactory, not to mention that on the day of the experiment need not be calling students' attention because everyone pays attention even to those rowdy students that classes in room are disturbing and difficult to watch. Therefore this paper confirm that the physics classes with experiential activities to facilitate student learning. Key - words: Activity and Experimental. Physics Teaching.

9 9 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Calores específicos a 20ºC e pressão = 1 atm Tabela 2. Frequências e comprimentos de onda para várias cores, no vazio... 49

10 10 LISTA DE FIGURAS Figura 1. As moléculas de um gás estão em constante movimento caótico Figura 2. Demonstra que os jatos de água abandonam o recipiente perpendicular a superficie do mesmo Figura 3. Demonstra que a pressão num ponto de um fluido em equilíbrio é a mesma em todas as direções Figura 4. Um corpo no interior de um fluido recebe forças perpendiculares a sua superfície Figura 5. Alguns insetos caminham por cima da água por causa da tensão superficial Figura 6. As setas em azul indicam o fluxo do ar próximo a asa de um avião. A seta em vermelho na vertical representa a força de sustentação, resultante da pressão menor na parte de cima da asa. A seta em vermelho na horizontal representa o arrasto do ar Figura 7. Câmara escura de orifício ilustrando um homem (objeto) e sua respectiva imagem Figura 8. Espelhos paralelos Figura 9. Experiência do clipe flutuante que demonstra a tensão superficial da água (a) montagem do experimento; (b) imagem do clipe flutuante Figura 10. Experiência demonstrando a influência da altura na pressão da água. (a) experiência realizada no laboratório; (b) experiência realizada no pátio da Escola Figura 11. Experiência sobre Pressão Atmosférica Figura 12. Experiência sobre Barco de Arquimedes Figura 13. Experiência sobre Flutuação do gelo. (a) montagem do experimento; (b) imagem da flutuação do gelo Figura 14. Experiência sobre princípio de Bernoulli. (a) montagem do experimento; (b) imagem aluno realizando a experiência da moeda na xícara Figura 15. Experiência sobre quente e frio Figura 16. Experiência sobre o balão que não queima Figura 17. Experiência sobre disco de Newton Figura 18. Experiência sobre Câmara escura de orifício Figura 19. Experiência sobre Espelhos em ângulos. (a) experiência realizada com uma vela entre os espelhos e ângulo de 90 graus; (b) experiência realizada com uma caixa de

11 11 fósforos entre os espelhos e ângulo de 51,4 graus Figura 20. Experiência sobre imagens infinitas Figura 21. Experiência sobre um nanosegundo-luz na sua mão Figura 22. Barra representando um nanosegundo-luz na sua mão... 67

12 12 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA SOBRE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO DE FÍSICA EXEMPLOS DE TÓPICOS EXPERIMENTAIS DE FÍSICA BÁSICA TRATADOS EM SALA DE AULA ESTADO DA MATÉRIA FLUIDOS: HIDROSTÁTICA E HIDRODINÂMICA TERMOLOGIA ÓPTICA EXEMPLOS DE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS REALIZADAS EM SALA DE AULA O PROCESSO DE CONCEITUALIZAÇÃO EM SALAS DE AULA DE FÍSICA CONCLUSÕES E SUGESTÕES REFERÊNCIAS... 73

13 13 1 INTRODUÇÃO As atividades experimentais no ensino de física pode ser parte fundamental para que o aluno realmente adquira a aprendizagem significativa. Segundo Marco Antônio Moreira [1] a aprendizagem significativa é um processo por meio do qual uma nova informação relaciona-se, de maneira substantiva (não-literal) e não-arbitrária, a um aspecto relevante da estrutura de conhecimento do indivíduo, de acordo com David Ausubel [2] a aprendizagem significativa ocorre quando os novos conhecimentos que se adquirem relacionam-se com o conhecimento prévio que o aluno possui. Tem-se sobre estas atividades experimentais certo preconceito por parte de alguns professores de física, pois atividade experimental é sinal de trabalho a mais para o professor desenvolver. Fala-se em aumentar a carga horária da disciplina de Física, pois duas aulas por semana não são suficientes para trabalhar com os alunos nem a metade dos conteúdos da proposta curricular. Mas o problema não esta nesta situação e, sim na falta de professores formados na área de física, pois segundo o estudo do INEP o país precisaria hoje de pelo menos 55 mil professores de física para suprir a necessidade do País, a estimativa do INEP é que até 2010 o país só vai formar mais professores de física [3]. E nada garante que estes formados serão professores de física do Ensino Médio. Diante do pouco tempo de aula o que o professor de física tem que fazer é aprimorar a qualidade de ensino nas salas de aulas. Levando aos alunos atividades experimentais simples, os alunos captam muito mais informações em menos tempo. Também com a atividade experimental acontece um dos fatos mais interessantes observados, que é o aumento da concentração dos alunos nas aulas de física demonstrativas. Pois a aula fica atrativa ao ponto dos alunos procurarem o professor um ou dois dias antes da aula para saber se a próxima aula vai ser de atividade experimental, pois ele não pode faltar para não perder a experiência. Alem disto alunos de outras turmas comentam que quase nunca viram uma experiência feita em sala ou no laboratório. A aula experimental ao contrário da teórica acaba muitas vezes se tornando um quase espetáculo no qual os alunos não querem perder nenhum detalhe e, onde o professor é o artista principal, pois é quem organiza e realiza a experiência. Segundo seja a apresentação da aula demonstrativa, a experiência sempre motiva os alunos a fazerem perguntas sobre as dúvidas que já tinham ou dúvidas que principalmente surgem durante a sua realização. Diante disto, o projeto Atividades Experimentais de Física no Ensino Médio Coordenado pelo Professor

14 14 Doutor Robinson V. Figueroa Cadillo e colocado em prática pelo aluno pós-graduando Renato Cassaro, foi implantado no ano de 2010, e teve como objetivo geral melhorar a qualidade do Ensino de Física nas escolas da rede pública de Alvorada do Oeste. Um dos objetivos específicos é incentivar o uso dos experimentos de Física instalados nos laboratórios das escolas. Além disso, o projeto focalizará a aplicação de experimentos didáticos de Física disponíveis nas escolas, e usar estratégias facilitadoras da aprendizagem significativa em Física através de experimentos demonstrativos de baixo custo ou custo zero, utilizando materiais que os alunos podem ter em sua casa. Nesta proposta alternativa, foi utilizado materiais de baixo custo de aquisição para a construção dos experimentos dando preferência a materiais que estão relacionados com o cotidiano do aluno, aproximando assim a Física da realidade vivencial do aluno. Além disto, este projeto permite ao aluno ver esta disciplina com outros olhos e com mais interesse obtendo assim maior aprendizado. Este trabalho de TCC se propõe a comprovar que as atividades experimentais é uma ferramenta útil no Ensino de Física. Mas, atualmente, conhecendo as dificuldades envolvidas na construção de experimentos e na aquisição de materiais, observamos que a utilização deste importante recurso é escassa. Também percebemos que o uso de materiais de baixo custo pode incentivar professores a adotar essa prática como uma ferramenta de ensino, a ser aplicada ao longo do processo de ensino de Física.

15 15 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA SOBRE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO DE FÍSICA. 2.1 SOBRE AS PROPOSTAS DE UTILIZAÇÃO DAS ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO DE FÍSICA. Muito se tem discutido sobre a importância do ensino de Física em todos os níveis de escolaridade. Sabe-se que o acesso ao conhecimento científico se dá de diversas formas e, em diferentes ambientes, mas é na escola que a formação de conceitos científicos é introduzida explicitamente, oportunizando ao ser humano a compreensão da realidade e a superação de problemas que lhe são impostos diariamente. Assim, deve-se ter em conta que o ensino de Ciências, fundamentalmente, objetiva fazer com que o educando aprenda a viver na sociedade em que está inserido com os recursos que a ciência e a tecnologia oferecem. O conhecimento inicial do mundo ocorre pela percepção dos fenômenos e de seus eventos associados. É a partir dessa percepção que nos tornamos capazes de gerar algum conhecimento e uma explicação sobre eles. No entanto, o aprofundamento desse conhecimento exigiu do ser humano o desenvolvimento das inúmeras ciências, sejam elas da natureza, sociais, exatas ou quaisquer outras, de modo que a análise e a síntese, como processos complementares, tornam-se indispensáveis para o conhecimento do mundo. Mesmo assim, segundo Giordan [4], 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. 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. A experimentação enquanto atividade fundamental no ensino de Ciências tem atraído as atenções de estudiosos e pesquisadores da área [4, 5, 6, 7]. Desde sua origem, o trabalho experimental nas escolas foi influenciado por aqueles desenvolvidos nas universidades. Ou seja, pesquisadores buscavam novas ferramentas com o objetivo de melhorar a aprendizagem do conteúdo científico. O tempo passou e o uso das

16 16 atividades experimentais como ferramenta pedagógica continua presente no ensino de Ciências. Mesmo com várias pesquisas escritas sobre essa problemática, o ensino de ciências continua deixando a desejar. Gil Pérez [8] diz que: As atividades experimentais ainda são apontadas como uma forma de contribuir para uma melhor aprendizagem no ensino de Ciências. Percebe-se também que historicamente, várias tentativas com relação à melhoria da qualidade do ensino de Física, basearam-se na aplicação das atividades experimentais. Mesmo assim, observa-se que ainda há um distanciamento entre a Física ensinada nas escolas e as propostas apresentadas nos trabalhos científicos. Além desses, no Brasil, alguns projetos estrangeiros foram traduzidos e auxiliaram no avanço com relação às atividades experimentais. Esses projetos tinham como objetivo trazer formas mais estimulantes e eficazes para as demonstrações e a verificação até então apresentadas apenas nos livros ou por explanação do professor. Galiazzi [9] discutindo os objetivos das atividades experimentais, cita Kerr [10] que realizou uma pesquisa onde eram apontados dez motivos para a utilização dessas atividades como recursos didáticos no ensino da Física e esses motivos vem sendo constantemente encontrados em pesquisas mais recentes. São eles: 1. Estimular a observação acurada e o registro cuidadoso dos dados; 2. Promover métodos de pensamento científico simples e de senso comum; 3. Desenvolver habilidades manipulativas; 4. Treinar em resolução de problemas; 5. Adaptar as exigências das escolas; 6. Esclarecer a teoria e promover a sua compreensão; 7. Verificar fatos e princípios estudados anteriormente; 8. Vivenciar o processo de encontrar fatos por meio da investigação, chegando a seus princípios; 9. Motivar e manter o interesse na matéria; 10. Tornar os fenômenos mais reais por meio da experiência. Eles ressaltam o estímulo e a observação como fundamentais no desenvolvimento de habilidades, tornando-os motivadores da aprendizagem. Em síntese esses projetos tinham como objetivo trazer alternativas mais estimulantes e eficazes para as demonstrações, levando a inovação para as escolas quanto à importância das atividades experimentais no ensino das ciências.

17 17 Desde então a comunidade cientifica tem trabalhado na produção de experimentos didáticos, tanto com materiais sofisticados quanto com aqueles de baixo custo ou materiais recicláveis e reciclados. O ensino de Física no Brasil tem recebido inúmeras contribuições de seus especialistas que discutem questões que vão desde os aspectos sócio-histórico, filosófico, epistemológicos [11, 12], até aquelas que dizem respeito à parte pedagógica e técnica [13, 14]. Dentre tantos aspectos, a discussão sobre o gostar de Física e a necessidade de estudá-la, parece ser de extrema importância nos dias de hoje, tendo em vista que a Física faz parte do nosso dia a dia e mesmo sem gostar, estamos inseridos num mundo físico. Se as causas apontadas para justificar o fato de muitas pessoas não gostarem de Física têm bases culturais e filosóficas, as questões se concretizam no âmbito do processo ensino e aprendizagem e assim acreditamos que a maneira de ensinar a Física pode minimizar as arestas existentes entre as partes, ou seja, vai depender de qual metodologia está sendo aplicada. Nesse sentido, quando levantamos a questão de como trabalhar adequadamente a Física em sala de aula, a problemática do ensino experimental se apresenta como uma opção que apesar de bastante evidenciada na literatura, continua sendo tema de discussão. Segundo Valadares [15]: O ensino de ciências praticado no Brasil, na grande maioria das escolas de nível médio e fundamental e, em grande extensão, também nas universidades, tem se mostrado pouco eficaz. Com isso, percebe-se que pode estar contribuindo para o estudante se afastar da disciplina de Física é por considerá-la desinteressante e difícil de ser entendida, o que é diretamente relacionado com a maneira de ensinar. Sendo assim, quando se trata de abordar a questão da prática pedagógica, relacionamos o uso das atividades experimentais como sendo uma das ferramentas para contribuir para minimizar o desinteresse e as dificuldades apresentadas pelos estudantes no aprendizado de conceitos físicos. Nesse sentido, grupos de estudiosos e pesquisadores vêm por um longo tempo refletindo e propondo a utilização da experimentação como estratégia de ensino. Entretanto, há uma distância entre o que está proposto nesses documentos e a prática escolar, cuja superação tem se mostrado resistente e difícil. A prática do uso de experimentos em sala de aula, para desenvolver a compreensão de conceitos, segundo Carvalho [16]: é uma forma de levar o aluno a participar de seu processo

18 18 de aprendizagem, sair de uma postura passiva e começar a perceber e a agir sobre o seu objeto de estudo. A importância das atividades experimentais para o ensino de Física foi também valorizado por Borges [17]: 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. 2.2 ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA. O tema atividades experimentais no ensino de ciências e o uso do laboratório para fins didáticos, nesta área do conhecimento, geralmente despertam muito interesse e curiosidades, não só nos professores da área de ciências como também nos de outras áreas, mas principalmente nos alunos. Isso pode ser notado nas conversas do dia-a-dia nas escolas, durante as reuniões pedagógicas, em reuniões com pais e nos contatos diários com os alunos, especialmente nos momentos de desenvolvimento de estudos que visam formação de conceitos científicos, nos diversos conteúdos científicos. Pesquisadores e professores da área de ciências defendem a idéia da realização de atividades práticas com os alunos, visando despertar, nos mesmos um maior interesse de estudar os diversos conteúdos científicos e, como consequência, a obtenção de melhores resultados na aprendizagem e a construção de um ambiente mais favorável para o desenvolvimento do processo ensino-aprendizagem, nos mais diferentes aspectos. Neste sentido, Hodson [18] inicia seu artigo, denominado Experimentos em Ciência e no Ensino de Ciência, com a seguinte afirmação: O ensino de ciências deve acontecer num laboratório; pelo menos a respeito disso não existe controvérsia. Ambos, o professor e o aluno, se encontram unido na crença de que o experimento é a ferramenta certa. E dando continuidade ao seu artigo, Hodson [18] pondera e especula sobre o motivo de o trabalho prático ter atingido um status tão elevado na mitologia da classe dos professores de ciências, e afirma o seguinte:

19 19 Poucos professores ou planejadores de currículos parecem questionar o ponto de vista segundo o qual cursos de ciências devem conter uma quantidade significativa de trabalhos de laboratório. Existe uma suposição, aceita quase que universalmente por professores de ciências do segundo e terceiro graus, no sentido de que o enorme investimento em tempo e energia, o custo de providenciar espaços, equipamentos e material de consumo, específicos para laboratório, são justificados... Talvez os professores de ciências estejam condicionados a considerar os experimentos como parte necessária e integral no ensino de ciências, pelo fato de serem amplamente usados na ciência. Entretanto, deve-se admitir que a defesa de uma oferta ampla de trabalhos de laboratório fundamentava-se mais em fortes sentimentos que na comprovação de sua eficácia mediante o resultado de pesquisas empíricas. Os PCN s [19] para o ensino de ciências da natureza, matemática e suas tecnologias defendem que: É indispensável que a experimentação esteja sempre presente ao longo de todo o processo de desenvolvimento das competências em Física, privilegiando-se o fazer, manusear, operar, agir, em diferentes formas e níveis. De uma forma ou de outra, o fato é que o uso de atividades experimentais no ensino de ciências acaba sempre sendo recomendado. Porém, na maioria das vezes o que se questiona é o papel que elas podem e devem desempenhar no processo de ensino, assim também ocorre com as análises referentes ao papel desempenhado pelo laboratório didático de ciências Caminho percorrido para investigar o problema de pesquisa. Para investigar sobre o potencial das atividades experimentais no ensino de Física e sobre o uso do laboratório escolar, foi proposto e executado um projeto de pesquisa do qual, foram vivenciados três momentos diferentes. O primeiro consistiu em um mapeamento dos artigos da área, publicados ao longo dos anos de 2000 até 2006 nas revistas Caderno Brasileiro de Ensino de Física e Revista Brasileira de Ensino de Física. Para isso, foram feitas leituras de resumos de artigos publicados nessas revistas, até a obtenção de um número mínimo de artigos que tratam do tema escolhido. O segundo consistiu em um mapeamento mais fino, em que foram feitas leituras de trabalhos selecionados e elaboração de resumos estruturados, de artigos na área de ensino de ciências.

20 20 No terceiro, houve a realização de uma releitura dos artigos, buscando responder algumas problemáticas, como: a) Quais são as problemáticas mais gerais encontradas nos artigos? b) Que temáticas foram pesquisadas nestes artigos? c) Em quais contextos educacionais as pesquisas foram conduzidas e em que contexto acadêmico-científico elas se realizam? d) Quais as orientações metodológicas prevalentes, métodos de análise utilizados e principais interesses demonstrados pelos pesquisadores? e) Quais as principais conclusões dos artigos? Análise conjunta e sucinta dos artigos: Analisando os artigos como um todo, é possível destacar duas tendências mais gerais nas problemáticas trabalhadas. Uma delas trata do questionamento da importância, das características e das maneiras encontradas para o uso das atividades experimentais no ensino de Física, na atualidade, bem como do laboratório didático escolar de ciências naturais e das polêmicas causadas pela vinculação entre o laboratório didático e o processo de ensinoaprendizagem de Física. A outra está centrada no estudo do potencial e das diferentes possibilidades e tendências para a utilização de atividades experimentais como estratégia de ensino de Física, sinalizando para o uso de atividades com características de investigação e para o aproveitamento do laboratório didático como recurso importante na formação de conceitos científicos e não apenas para o ensino do método experimental de ciências. Nas três problemáticas iniciais, o foco das pesquisas está na discussão do papel das atividades práticas e do uso do laboratório didático, bem como de suas relações com o processo de ensino-aprendizagem de Física. Em vários dos trabalhos que apresentam esse foco há uma ênfase na necessidade de se evitar uma valorização excessiva do método experimental, tornando a realização de atividades práticas como um livro de receitas a seguir, em detrimento de aspectos importantes que em conjunto formam a riqueza da atividade científica e que deveriam ser trabalhados com os alunos, como, por exemplo, a elaboração de hipóteses, a discussão prévia de procedimentos, a análise qualitativa conjunta de dados coletados e das maneiras de sua apresentação.

21 21 As duas problemáticas restantes enfatizam a necessidade de se analisar a prática atual, com o objetivo de apontar caminhos que possam ser viáveis para a obtenção de melhorias significativas no processo ensino-aprendizagem de Física, apontando para a promoção de uma aproximação maior da ciência escolar com a ciência dos cientistas, com a valorização das concepções prévias dos estudantes, além da exploração em salas de aula de ciências, da tecnologia encontrada no cotidiano dos alunos. As temáticas pesquisadas nos artigos concentram-se nos assuntos: atividades experimentais de física, laboratório didático escolar na prática atual e trabalhos como investigação, além de iniciação dos alunos com atividades de investigação, conceitos de transposição didática e aspectos metodológicos relacionados com as propostas de atividades experimentais. Todas essas temáticas estão centradas no processo de ensino de ciências em sala de aula, destacando o modo pelo qual esse ensino acontece e/ou a maneira como o processo de ensino poderia acontecer com o emprego (ou não) de atividades experimentais de Física e do laboratório didático como recursos de ensino de modo a tornar o processo mais efetivo. A análise individual dos artigos mostrou um número enorme de recomendações, conclusões e implicações referentes aos estudos desenvolvidos pelos pesquisadores, havendo muitos aspectos em comum entre eles e alguns que representam particularidades a respeito do tema principal da pesquisa. 2.3 O PROCESSO DE CONCEITUALIZAÇÃO E AS ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO DE FÍSICA Introdução A pesquisa busca analisar a compreensão do ensino de Física associado ao contexto prático, de modo a contribuir para a formação de uma postura mais crítica, para melhor entender e agir no mundo em que vivemos. O objeto da pesquisa justifica-se face à predominância de concepções tradicionais de ensino em muitas escolas. Neste tipo de ensino, a transmissão do conhecimento é, ainda, a regra e, conforme Perrenoud [20] leva o aluno a

22 22 acumular saberes, a passar nos exames, mas não consegue usar o que aprendeu em situações reais. Críticas sobre a problemática do ensino de Física também são apontadas pelos Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio [19], ao sinalizarem que: O ensino de Física tem-se realizado, freqüentemente, 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. Neste sentido, o ensino de Física deve contribuir para a formação de uma cultura científica, possibilitando ao aluno a interpretação dos fenômenos físicos, bem como a compreensão da evolução tecnológica da sociedade. Uma aprendizagem cujo significado dos conceitos o aluno possa perceber no momento em que aprende, e não em um momento posterior ao aprendizado. Diante a interferência de uma estrutura historicamente instalada e consolidada pelo sistema de ensino vigente, Bonadiman e Nonenmacher [21], apontam: O aspecto da dificuldade, da resistência que envolve qualquer tipo de mudança que se queira fazer. Particularmente, fica mais complicado ainda, se essa tentativa de inovação partir de grupos isolados sem a participação direta do professor em exercício e sem o necessário apoio e respaldo dos setores constituídos que comandam a política educacional. Para isso, seria necessário romper barreiras ainda difíceis de transpor, principalmente se o novo que está sendo proposto trouxer insegurança e mais dificuldades operacionais e pedagógicas para o professor; Para esses autores, a motivação e o interesse do aluno pela Física não irá se manifestar se o conteúdo for repassado de uma forma linear, seguindo o tradicional livro-guia do professor, para o caderno-receptor do aluno sem que haja, de ambas as partes, uma reflexão consistente e aprofundada de seus significados e de suas relações específicas. Desse modo, com a pesquisa pretendemos investigar certos aspectos no ensino de Física, como a significação e construção conceitual, tendo como referencial a abordagem teórica histórico-cultural de Vigotski, bem como as contribuições que outros teóricos trazem sobre a experimentação no ensino de Física.

23 Detalhamento das atividades Para o trabalho de investigação buscamos fazer revisões bibliográficas, selecionando, estudando e analisando referenciais teóricos sobre a problemática da formação inicial e suas implicações no âmbito escolar, especialmente no que se refere ao tratamento conceitual e o da experimentação. Procuramos investigar as tendências atuais do processo ensino-aprendizagem, como a concepção dos professores e sua atuação no contexto escolar. Tendo por base a abordagem histórico-cultural de Vigotski. A pesquisa também compreende questionários com professores que exercem sua prática pedagógica no ensino de Física a fim de pesquisar as relações/implicações de suas formações nas práticas desenvolvidas em sala de aula. A entrevista, segundo Lüdke e André [22], representa um dos instrumentos básicos para a coleta de dados e nela a possibilidade de reconhecimento do que se propõe a estudar. Além do mais, na entrevista a relação que se cria é de interação, havendo uma atmosfera de influência recíproca entre quem pergunta e quem responde. Especialmente nas entrevistas não totalmente estruturadas, onde não há imposição de uma ordem rígida de questões, o entrevistado discorre sobre o tema proposto com base nas informações que ele detém e que no fundo é a verdadeira razão da entrevista. Na medida em que houver um clima de estímulo e de aceitação mútua, as informações fluirão de maneira notável e autêntica. A verbalização que os professores entrevistados fizeram sobre como desenvolvem sua ação educativa, em especial as práticas pedagógicas vivenciadas no contexto escolar, constitui um dos principais materiais de análise desta investigação, pois, conforme Marques [23]: As experiências vividas pelos professores podem dar testemunho do que procuramos entender. A pesquisa, nesta perspectiva, passa a ter também a função de envolver o professor na tarefa de analisar e refletir sobre a sua formação e o seu próprio trabalho. Os depoimentos para esta pesquisa foram obtidos por meio de entrevista semi-estruturada, entendida por nós como entrevista-diálogo, o que possibilitou para que cada um pudesse compor sua resposta de maneira bem pessoal.

24 Significação dos conceitos A aprendizagem dos alunos no ensino de Física desenvolve-se principalmente quando os aprendizes conseguem construir conceitualmente os fenômenos físicos e relacioná-los com o cotidiano. Em nossa escola tentamos realizar este trabalho conjuntamente com as atividades experimentais. Salienta-se que a aprendizagem de conceitos envolve uma multiplicidade de capacidades que estão muito além da simples memorização de conteúdo. O aluno só adquire novos significados no processo de aprendizagem quando o professor é capaz de perceber em que níveis estão os conhecimentos dos alunos, orientando-os para a compreensão de novos significados. Na relação pedagógica, conforme Maldaner [24] cabe ao professor controlar os significados em elaboração para os conceitos, diagnosticar em que níveis se encontram e propor o nível desejável pedagogicamente para determinadas situações em estudo. Na concepção de Rego [25] o desenvolvimento pleno do ser humano depende do aprendizado que realiza num determinado grupo cultural, a partir da interação com os outros indivíduos da sua espécie. Dessa forma, percebe-se a importância das trocas interpessoais e a aprendizagem interativa na construção do conhecimento. Em Vigotski [26]: 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 O papel das atividades experimentais. Através da análise das entrevistas realizadas com os professores é notória a importância que os mesmos atribuem à experimentação, pois acreditam que a mesma possui

25 25 papel relevante, principalmente no que se refere ao processo de construção conceitual no ensino da Física. Podemos observar isso na fala de um dos professores entrevistados, ao salientar que, muitas vezes é necessário desconstruir conceitos desenvolvidos pelo senso comum, como exemplo podemos citar, o arco-íris que de acordo com o censo comum representa aliança de Deus com a humanidade; se passar alguém por baixo do arco-íris inverte a sexualidade; no ponto inicial do arco-íris tem um pote com o ouro escondido pelos deuses e etc. De modo que é imprescindível que o educando visualize a situação, observe e analise os resultados para perceber e mudar o seu pensamento, não apenas acatar o que o professor diz. É importante que o estudo de um conceito físico, inicie com atividade experimental, caso contrário, o aluno já saberá qual deverá ser o resultado do experimento e não se preocupará em realizá-lo com atenção. A esse respeito, Marques [23]: 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. Conforme Zanon e Silva [27]: 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. Contudo, o ensino experimental não tem cumprido com esse importante papel no ensino de ciências. A ampla carência de embasamento teórico dos professores, aliada à desatenção ao papel específico da experimentação nos processos da aprendizagem, tem impedido a concretização do objetivo central que é o de contribuir para a construção do conhecimento. O aspecto formativo das atividades práticas-experimentais tem sido negligenciado, muitas vezes, ao caráter superficial, mecânico e repetitivo em detrimento aos aprendizados teórico-práticos que se mostrem significativos.

26 26 Nesse sentido, é essencial, em relação aos processos interativos e dinâmicos que caracterizam a aula experimental de ciências, a ajuda pedagógica do professor que, de forma não simétrica, faz intervenções e proposições sem as quais os alunos não elaboram. De nada adianta realizar atividades práticas em aula se as mesmas não propiciam o momento da discussão teórica-prática, que transcende o conhecimento de nível fenomenológico e os saberes cotidianos do aluno, e leve a novos entendimentos e produções. Logo, o professor, em sua prática docente, deve contribuir para que o experimento não se transforme na realização de uma receita em que o aluno fica sem saber o significado do que fez. Por fim, ainda, no que se refere à falta de compreensão da função da experimentação no ensino, Maldaner [24] Coloca-nos: A idéia de que a experimentação, quando não se compreende a sua função no desenvolvimento científico, acaba tornando-se um item do programa de ensino e não princípio orientador da aprendizagem. Para tanto, é possível perceber a relevância atribuída às atividades experimentais e, ao serem realizadas, com determinado rigor científico, as mesmas possam contribuir para com o processo ensino-aprendizagem. 2.4 REPENSANDO O PAPEL DA ATIVIDADE EXPERIMENTAL NA APRENDIZAGEM DE FÍSICA EM SALA DE AULA. A atividade experimental tem uma reconhecida importância na aprendizagem das ciências, largamente aceita entre a comunidade científica e pelos professores como metodologia de ensino, com resultados comprovados em muitas investigações. Contudo, nem sempre o recurso da atividade experimental se traduz por melhor aprendizagem, pelo que Hodson [18] defende a necessidade da sua melhor aplicação à luz de uma perspectiva construtivista social da natureza da ciência e da aprendizagem. Assim, é pertinente repensar o seu papel na educação em ciências e procurar formas de concretizar em aprendizagem significativa as suas potencialidades. O objetivo deste trabalho foi o de fazer um levantamento do tipo de atividade experimental que é, geralmente, implementado em sala de aula, bem como de situações que se reconhece terem sido frutuosas em termos de favorecer aprendizagem e de casos em que o contributo para a aprendizagem foi pobre. Neste último

27 27 caso, procurou-se que os inquiridos apontassem caminhos que, em sua opinião, tornassem a atividade experimental mais eficaz na promoção da aprendizagem de Física Uma reflexão crítica a partir da experiência. Nos últimos anos, a investigação em educação tem produzido frutos acerca da natureza e do processo de criação do conhecimento e sobre a forma como as pessoas aprendem. Refletir sobre a construção e natureza do conhecimento bem como procurar modelos para a forma como as pessoas aprendem pode levar ao questionamento de métodos e finalidades, à planificação e orientação de pesquisas que originem novos conhecimentos que eventualmente robusteçam a teoria. Assim, após uma reflexão acerca da evolução do papel da atividade experimental que parece ser privilegiado para a aprendizagem em ciências, apresentam-se alguns contributos no domínio da psicologia (nomeadamente da Teoria da Aprendizagem Significativa, a qual, de acordo com vários estudos, é um modelo promissor de aprendizagem), da epistemologia e da didática, focando a atividade experimental como uma ferramenta pedagógica. Na primeira metade do século XX, Dewey [28] considerava que os métodos científicos eram pelo menos tão importantes quanto os próprios conhecimentos científicos, defendendo uma abordagem experimental para o ensino das ciências. Na verdade, o estudo da psicologia evolutiva de Piaget [29] evidencia bem a necessidade de concretizar o ensino, dando-lhe um cunho essencialmente experimental, embora sempre associado à argumentação teórica. Na mesma linha, também Bruner [30] reconhece que a aprendizagem se deve basear na experimentação, recomendando todo o tipo de material didático e a utilização frequente do laboratório, numa perspectiva de exploração de alternativas de aprendizagem por descoberta dirigida. Segundo Piaget [29] se pretendemos formar indivíduos criativos e capazes de fazer progredir a sociedade de amanhã, é evidente que uma educação baseada na descoberta ativa da verdade é superior a uma educação que se limita a transmitir verdades e conhecimentos acabados. No III Congresso Internacional sobre Aprendizagem Significativa, Moreira [31]: Faz um avanço ainda mais ousado apresentando o conceito de Aprendizagem Significativa Crítica e para a sua promoção propõe oito princípios a implementar em

28 28 sala de aula. Esta nova proposta visa preparar os alunos para lidarem com os problemas de um mundo em rápida transformação, aceitando dúvidas e limitações. E aos docentes falta refletir sobre as suas práticas fazendo-os sentir a necessidade premente de quebrar com a rotina e ensaiar novas estratégias promotoras de Aprendizagem Significativa, inclusive nas aulas de laboratório. E isto é tanto mais importante no laboratório que parece ser o local privilegiado para refletir sobre situações problemáticas, exercitando o pensamento crítico e dando largas à criatividade. A atividade experimental é uma componente fundamental no ensino das ciências, reconhecido por modelos ou tendências de ensino mais representativos, apesar de estes lhe atribuírem ênfases e objetivos diferentes. Para o modelo construtivista, a atividade experimental constitui um banco de provas que permite aos alunos avaliar as suas idéias e os modelos científicos, favorecendo a aprendizagem. De acordo com uma lista elaborada por Hodson [18] existem basicamente cinco motivos para envolver os alunos em atividade experimental : 1. Motivar, estimulando o interesse e o prazer de investigar; 2. Treinar destrezas laboratoriais; 3. Enfatizar a aprendizagem do conhecimento científico; 4. Percepcionar o método científico e adquirir perícia na sua utilização; 5. Desenvolver certas atitudes científicas como abertura de espírito e objetividade. Hodson [18] coloca: Sérias reservas quanto à eficácia da atividade experimental como é usualmente implementado na sala de aula e sugere a necessidade de repensar a sua abordagem, referindo que se pretendemos explorar as suas enormes potencialidades há que se ser claro quanto ao objetivo a atingir, selecionando uma atividade adequada. Afirma, ainda, que muito se teria a ganhar se redefiníssemos a noção de atividade experimental de forma a incluir um leque mais alargado de estratégias de ensino e de aprendizagem, como o uso de simulações em computador, que considera uma técnica poderosa que permite ao aluno envolver-se em aspectos mais criativos da ciência, proporcionando uma compreensão da natureza da prática científica. Se a educação em ciências pretende que o aluno compreenda o mundo físico e perceba e utilize o conhecimento conceitual e processual que os cientistas desenvolveram para auxiliá-los nessa tarefa, então uma parte importante do currículo é a familiarização com esse mundo e o recurso ao laboratório é fundamental. Os alunos necessitam manipular objetos e organismos de forma a construírem um corpo de experiências pessoais. Se o aluno é encorajado a explorar e testar as suas idéias, então a atividade experimental poderá ter um papel a desempenhar.

29 29 Mas esse papel só será importante quando as atividades são suportadas por uma teoria bem compreendida pelo aluno. Numa perspectiva epistemológica, considerando que a ciência avança impulsionada pela vontade de explicar situações problemáticas, Gil Pérez [8] sugere que: A abordagem de situações problemáticas abertas, com um nível de dificuldade adequado, que motivem os alunos e os levem a elaborar um plano que permita obter respostas, sem perder de vista que não se está a trabalhar para aumentar o corpo de conhecimentos de ciências e que os alunos não são cientistas, mas que se pretende que adquiram conhecimento conceitual e processual da ciência. Há uma imensidão de possibilidades de recorrer a atividade experimental, desde atividades de verificação de modelos teóricos e de demonstração, em geral conotados com uma abordagem tradicional do ensino, até atividades de natureza investigativa, que já surgem com alguma regularidade, e que, de alguma forma se relacionam com uma visão construtivista do ensino. Contudo, para que o ensino se reflita em aprendizagem, cabe ao professor a seleção da metodologia experimental mais adequada à aprendizagem pretendida, pois diferentes modalidades de experimentação privilegiam diferentes objetivos educacionais. Os alunos devem entender que a atividade científica é uma atividade complexa e construída socialmente. E essa compreensão é atingida a partir do desenvolvimento de investigações de interesse pessoal, mas também se centrando na aprendizagem de ciências e sobre ciências. A tendência atual é a de apetrechar os jovens com os conhecimentos e as capacidades que lhes permitam enfrentar uma sociedade tecnológica em transição A importância da atividade experimental A atividade experimental é reconhecida pelos mais representativos modelos de ensino das ciências pelo que somos levados a admitir que este possui efetivamente potencialidades educativas relevantes. Mas, não são suficientes as atividades de mãos na massa ; é necessário também recorrer a experiências que envolvam cabeça na massa, ou seja, para lá de manipular equipamento, é preciso manipular idéias. Nesta perspectiva, propiciar a Aprendizagem Significativa implica colocar aos alunos situações problemáticas cuja procura

30 30 de solução conduza à reestruturação do conhecimento que já possui. Importa, pois salientar alguns aspectos em que é necessário intervir se pretendemos melhorar a aprendizagem centrada em atividade experimental: as tarefas propostas devem ser motivadoras, podendo assumir a forma de problemas abertos, promovendo a discussão e desafiando o pensamento crítico dos alunos e permitindo-lhes dar asas à sua criatividade; os materiais curriculares devem ser pensados e elaborados tendo em conta os conhecimentos que os alunos já possuem e as aprendizagens que se pretendem promover, fazendo-os refletir sobre os conceitos e suas relações; os professores devem ser sensibilizados para postura diferente em relação ao que é ciência e fazer ciência, ultrapassando um posicionamento empirista da resposta única e correta; as escolas devem assegurar as condições físicas e temporais que permitam uma boa interrelação teoria/prática, no ensino das ciências. Se pretendermos que os alunos aprendam significativamente, parece ser necessário propiciar situações problemáticas que ajudem na construção de significados dos conceitos envolvidos. O empenhamento dos alunos em tarefas que impliquem diversas fases de uma investigação científica, desde o planejamento, passando pela proposta de hipóteses explicativas e pela execução, incluindo a discussão com os seus pares e o professor (o que muitas vezes leva a reformular as questões), contribui para a construção do seu conhecimento. É nesta perspectiva que a atividade experimental deve ser entendida como uma atividade investigativa e cooperativa, facilitadora de aprendizagem significativa. O Sistema Educativo tem a responsabilidade de identificar e transmitir o melhor da nossa herança cultural e a ciência é uma das partes mais importantes dessa herança. Deste modo, parecem estar criadas condições para refletir sobre as características do trabalho científico e do papel do indivíduo na construção do conhecimento, adiantado formatos de atividade experimental que efetivamente promovam aprendizagem em ciências e sobre ciências.

31 A RELAÇÃO COM O SABER PROFISSIONAL DE FÍSICA E O FRACASSO DA IMPLEMENTAÇÃO DE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO MÉDIO. No dia-a-dia, não é difícil constatar, no entanto, que no ensino médio as atividades experimentais de física são raramente utilizadas pela maioria dos professores, como assegura o trabalho de Galiazzi [9]. Ao estudar esse comportamento, investigações apontam como justificativas os seguintes fatores: indisponibilidade ou qualidade de material, excessivo número de alunos em sala de aula, formação precária dos professores, pouca bibliografia para orientá-los, restrições institucionais, como falta de tempo para as aulas, disponibilidade da sala de laboratório estar à disposição quando se precisa, ausência de horário específico na programação, necessidade de laboratorista, inexistência de programação e articulação entre atividades experimentais com o curso, falta de atividades preparadas, ausência de tempo para o professor planejar e montar suas atividades, carência de recurso para a compra e substituição de equipamentos e de materiais de reposição. Como se percebe, os problemas citados concentram na carência ou na deficiência de algo, a maior parte das explicações para as resistências dos professores em usar experimentos na sua prática de ensino de física. Com base na relação com o saber de Charlot [32], procuraremos, portanto, demonstrar que se consegue ultrapassar o discurso um tanto desgastado da ausência e avançar no problema da não utilização de atividades experimentais no ensino médio de física, levando o debate para a relação com o saber profissional do professor. Para isso, por meio de entrevistas com professores de física, temos como escopo mostrar que o emprego ou a inexecução de atividades empíricas por eles passa por uma determinada configuração de vínculos que esses profissionais mantêm com o seu saber profissional. O discurso negativo proporciona benefícios para muitos profissionais do ensino de física, o que o torna conveniente e resistente à mudança. Preserva-os de qualquer crítica direta, pois o fracasso em promover atividades experimentais não lhes é imputável, mas, sim, aos meios ou aos fatores externos. Os seus fundamentos arraigam-se numa experiência profissional habitual, interpretada à luz de princípios que visam preservar, validar e legitimar a prática diária de grande parte do corpo docente. Trata-se de uma postura e de um significado que se dá à profissão. Frente a isso, é inútil argumentar termo a termo; a crítica dirige-se ao modo próprio de ler o entorno e, com isso, interpretar a experiência cotidiana. É verdade que o fracasso tem alguma relação com as ausências levantadas pelos problemas citados no início desta seção. Porém, isso não permite, em absoluto, dizer que os problemas de ausência são a