Palavras-chave: Aprendizagem significativa, estudo da Mecânica, UEPS, ciclismo.

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1 UMA PROPOSTA DE UEPS UTILIZANDO O CICLISMO PARA O ENSINO DE TÓPICOS DE MECÂNICA João Carlos Barumby jbarumby@ufpr.br PPGCEM UFPR. Curitiba Paraná Thaís Rafaela Hilger thais.hilger@gmail.com PPGCEM UFPR. Curitiba Paraná. Sérgio Camargo s.camargo@ufpr.br PPGCEM UFPR. Curitiba Paraná. Resumo: Este trabalho trata de uma proposta que tem como objetivo investigar se ocorre aprendizagem significativa a partir de uma sequência didática para o ensino de tópicos de mecânica utilizando o esporte ciclismo como Unidade de Ensino Potencialmente Significativo (UEPS). Aprender significativamente envolve principalmente levar-se em conta o que o aluno já sabe e ensinar de acordo. Neste sentido, a proposta da UEPS parte de um esporte conhecido por todos e que pode propiciar uma contribuição para a aprendizagem significativa. É proposta uma sequência didática utilizando-se do ciclismo para o ensino de tópicos de Mecânica com fundamentação na teoria de aprendizagem significativa. Com a sequência didática em que envolve dois vídeos explicativos sobre o tema, também teremos o objeto físico da bicicleta para que o aluno tire algumas medidas como o raio da polia maior, os raios das catracas ou polias menores e o raio do aro da bicicleta para obtenção de uma relação matemática entre velocidade linear e estes componentes citados. Além disso, será apresentada uma figura do conjunto ciclista bicicleta, em movimento e o aprendiz deverão indicar quais as principais forças que atuam neste conjunto. Por fim, será feito um mapa conceitual relacionando ciclismo e os tópicos de mecânica que podem derivar desta abordagem. Palavras-chave: Aprendizagem significativa, estudo da Mecânica, UEPS, ciclismo. 1 INTRODUÇÃO Há uma grande dificuldade dos alunos em compreenderem tópicos de Física seja na educação básica ou superior, um dos motivos está relacionado com a maneira que estes conteúdos são apresentados. O que mais se repete é o modelo tradicional, os professores apresentam os conteúdos da forma escrita com a utilização de quadro e giz e os alunos copiam e ao final do trimestre letivo fazem uma avaliação que requer memorização dos conteúdos copiados. É uma prática recorrente nas escolas, onde o foco é o professor e sua narrativa e a aprendizagem mecânica por parte dos alunos.

2 As TAS (Teorias de Aprendizagem Significativas) apresentam outras estratégias considerando o conhecimento prévio do aluno, não qualquer conhecimento prévio, mas o conhecimento prévio relevante, chamado de subsunçor. É preciso o abandono da narrativa, romper com o modelo tradicional, onde o professor escreve, o aluno copie e depois reproduz. A utilização da UEPS pode ser uma forma de contribuir para maximizar a aprendizagem de Física nas escolas, especificamente o que trata o presente artigo, o ensino de tópicos de Mecânica utilizando o ciclismo. De uma maneira geral, o Tópico de Mecânica nas escolas é apresentado utilizando-se o livro didático adotado pela escola e pelo professor e utilização do quadro e giz e a narrativa do professor para apresentação dos conteúdos relacionados ao tópico. A proposta elaborada segue os oito passos sugeridos nas UEPS, onde, num primeiro momento é feito o levantamento dos conhecimentos prévios dos alunos e, em seguida, é apresentado o conteúdo de uma forma mais geral e a partir daí cada assunto é abordado de forma mais específica, com isso visando à diferenciação progressiva e à reconciliação integrativa (AUSUBEL, 2003 p. 166). 2 REFERENCIAL TEÓRICO As Unidades de Ensino Potencialmente Significativo (MOREIRA, 2012, p.3), ou apenas UEPS, são sequências de ensino fundamentadas teoricamente, voltadas para a aprendizagem significativa, não mecânica, que podem estimular os aprendizes a adquirirem o conhecimento de forma significativa. De acordo com David Ausubel (2003, p. 172) o conhecimento prévio sobre o assunto servirá para reter novos conhecimentos. Quando a retenção da informação nova ocorre, então o aprendiz conseguiu transformar o significado lógico do material pedagógico estudado em significado psicológico. Ausubel enfatizou que, para acontecer a aprendizagem significativa, é necessária uma atitude proativa do aprendiz, ou seja, a disposição em aprender. Além da atitude explícita do aprendiz em querer adquirir conhecimento e da existência de conhecimentos prévios que servirão de âncora para novos conceitos, é necessário que o novo conhecimento se apresente de maneira estruturada e seja potencialmente significativo. O núcleo firme desta perspectiva reside no fato da interação cognitiva ser não arbitrária e não literal entre o novo conhecimento, potencialmente significativo, e algum conhecimento prévio especificamente relevante, chamado de subsunçor, existente na estrutura cognitiva do aprendiz (MOREIRA, 2012, p.157). Outras contribuições para a TAS (Teoria da Aprendizagem Significativa) e que serão usadas para esta proposta podem ser encontradas nas visões de Joseph D. Novak, D. Novak, Gérard Vergnaud, Johnson Laird e Marco Antonio Moreira, vistas a seguir. Joseph D. Novak (1981; Novak e D. B. Gowin, 1996, p.33) contribuem à aprendizagem significativa com a ideia de uma conotação humanista, e que tal conotação humanista subjaz à integração construtivista, positiva, entre pensamentos, sentimentos e ações. Novak apresenta a ideia de que se há aprendizagem e esta é significativa, o aprendiz cresce, tem uma sensação boa e se predispõe a novas abordagens na área. Esta visão de Novak é importante porque a atitude proativa do aprendiz é uma das condições da aprendizagem significativa, e certamente tem conexão entre pensamentos, sentimentos e ações (MOREIRA, 2012, p.160). Novak traz como contribuição a proposta de mapas conceituais, que de uma maneira ampla, mapas conceituais são apenas diagramas que indicam relações entre conceitos. Mais especificamente, podem ser interpretados como diagramas hierárquicos que procuram refletir a organização conceitual de um corpo de conhecimento ou de parte dele. Ou seja, sua existência deriva da estrutura conceitual de um conhecimento. Em princípio, esses diagramas podem ter uma, duas ou mais dimensões. Mapas unidimensionais são apenas listas de conceitos que tendem a apresentar uma organização

3 linear vertical. Embora simples, os mapas dão apenas uma visão grosseira da estrutura conceitual, por exemplo, de uma disciplina ou subdisciplina. Mapas bidimensionais tiram partidos também da dimensão horizontal, permitindo, portanto, uma representação mais completa das relações entre os conceitos, por exemplo, de uma disciplina. Obviamente, mapas com mais dimensões permitiriam uma representação ainda melhor dessas relações e possibilitariam a inclusão de outros fatores que afetam a estrutura conceitual de uma disciplina. Todavia, mapas bidimensionais são mais simples e mais familiares. Mapas conceituais devem ser entendidos como diagramas bidimensionais que procuram mostrar relações hierárquicas entre conceitos de um corpo de conhecimento e que derivam sua existência da própria estrutura conceitual desse corpo de conhecimento. Segundo Moreira (2012, p. p. 162), D.B. Gowin traz a contribuição à aprendizagem significativa sob a perspectiva interacionista social que traz uma abordagem triádica (aluno professor materiais educativos do currículo), segundo Gowin o processo de ensino-aprendizagem é visto como uma negociação de significados, cujo objetivo é compartilhar significados a respeito dos materiais educativos do currículo. O professor é um mediador, que domina os conteúdos do currículo aceitos no âmbito da matéria e o aprendiz é o que busca captar os significados. O professor deve apresentar de maneiras diversas o conteúdo e diversas vezes para que haja a captação de significado por parte do aprendiz. Ao aprendiz cabe externar e verificar se os significados que está absorvendo são aceitos no conteúdo da matéria de ensino, e isso é entendido como negociação de significados e ela ocorre em outro contexto que é o meio social. Segundo Moreira (2012, p. 171), D. B. Gowin ainda traz à contribuição da visão computacional, nesta visão a relação triádica professor aluno materiais do currículo pode estender-se para um quarto elemento, o computador. Os alunos interagem com o computador através de softwares específicos e buscam através de simulações as soluções para uma situação-problema. Segundo Moreira (2012, p. 164), Johnson Laird (1983) oferece uma contribuição à teoria da aprendizagem significativa com a visão cognitiva contemporânea em que apresenta a teria dos modelos mentais a qual explica que o aprendiz frente a um novo conhecimento, uma nova situação, a primeira representação mental que o sujeito constrói, em sua memória de trabalho, é um modelo mental. Quer dizer, a construção de um modelo mental pode ser vista como primeiro passo para a aprendizagem significativa. Outro teórico que contribuiu para a teoria da aprendizagem significativa é Gérard Vergnaud, com a teoria dos campos conceituais. A teoria dos campos conceituais supõe que o âmago do desenvolvimento cognitivo é a conceitualização. A teoria dos campos conceituais é uma teoria cognitivista neopiagetiana que pretende oferecer um referencial mais frutífero do que o piagetiano ao estudo do desenvolvimento cognitivo e da aprendizagem de competências complexas, particularmente aquelas implicadas nas ciências e na técnica, levando em conta os próprios conteúdos do conhecimento e a análise conceitual de seu domínio. Campo conceitual é um conjunto informal e heterogêneo de problemas, situações, conceitos, relações, estruturas, conteúdos e operações de pensamento, conectados uns aos outros e, provavelmente, entrelaçados durante o processo de aquisição. Campo conceitual é definido também como sendo, em primeiro lugar, um conjunto de situações cujo domínio requer, por sua vez, o domínio de vários conceitos, procedimentos e representações de naturezas distintas. Conceitos são definidos por três conjuntos: o primeiro é um conjunto de situações que constituem o referente do conceito, o segundo é um conjunto de invariantes operatórios (teoremas e conceitos-em-ação) que dão o significado do conceito, e o terceiro é um conjunto de representações simbólicas que compõem seu significante (MOREIRA, 2002, p. 10).

4 Por fim a teoria da aprendizagem crítica proposta por Moreira traz um componente importante a TAS, não basta adquirir conhecimentos de maneira significativa, mas precisa ser adquirido de forma crítica. Para adquirir os conhecimentos de forma crítica devem ser observados os princípios (MOREIRA, 2012, p.173): conhecimento prévio, perguntas ao invés de respostas, diversidade de materiais, aprendizagem pelo erro, aluno como preceptor representador, consciência semântica, incerteza do conhecimento, desaprendizagem, conhecimento como linguagem, diversidade de estratégias e abandono da narrativa. Originalmente os mapas conceituais eram diagramas de conceitos indicavam relações e conceitos. Atualmente, os mais diversos diagramas são chamados mapas conceituais (MOREIRA, 2006, p.30). Na Figura 1, abaixo, é apresentado um mapa conceitual com os aspectos da TAS (Teoria da Aprendizagem Significativa) a serem observadas para a construção da UEPS. Figura 1 Mapa conceitual com os aspectos das TAS abordadas para a construção da UEPS. 2.1 Construção da proposta da UEPS Fonte: O autor Objetivo: ensinar tópicos de mecânica, como força, energia e potência fazendo o uso do ciclismo. Sequência: 1 Situação inicial

5 Exteriorizar os subsunçores com a elaboração de mapas mentais em grupos ou duplas. Discussão de questões norteadoras como o que podemos compreender de Física a partir do ciclismo e que se relacionam com o tema foco. 2 Situações problema a) Quais os tipos de bicicleta que vocês conhecem? Tem alguma diferença entre eles? Conhecem algum esporte que se pratique usando a bicicleta? b) O que são os mecanismos de transmissão na bicicleta? É possível lista-los? c) Há alguma relação entre os mecanismos de transmissão e a rapidez? d) Podem citar influências externas que possam dificultar a rapidez com que um ciclista profissional desenvolve um percurso? e) Há alguma relação entre o ciclista e a bicicleta? Isso influencia a rapidez do ciclista? f) Por que os ciclistas nas competições de rua percorrem o percurso em fila indiana ou com várias equipes formando filas indianas num formato de uma seta? Todas estas situações deverão ser discutidas em grande grupo, sob a mediação do professor, com a intenção de ouvir a opinião do grupo. Após a discussão apresentar, com fotos ou vídeo os tipos de bicicleta usadas em competições de rua, bicicletas usadas no cotidiano e bicicletas usadas para a prática do mountain bike. Apresentar um trecho de um vídeo de uma competição famosa Giro d Itália, em que mostre as dificuldades que os ciclistas têm para desenvolver o percurso quando influenciados por fatores externos como o vento, a superfície asfáltica, o calor. 3 Aprofundando conhecimentos Serão trabalhados os conceitos como transmissão entre polias, força, forças e potência. Os conteúdos serão apresentados a 30 aulas, serão apresentados através de textos, slides, vídeos, artigos que tragam o aprofundamento dos tópicos em Mecânica mencionados sempre correlacionando com o ciclismo. Nesta etapa pede-se que o mesmo grupo elabore mapas conceituais sobre os conteúdos trabalhados. 4 Nova situação problema: Os conceitos serão novamente abordados. Para isso apresentar-se-á um vídeo Ciencia em el ciclismo < e o vídeo Historias de la bicicleta < >. Logo após, o grupo novamente irá se reunir elaborar um mapa conceitual com os conteúdos abordados e sua relação com o ciclismo. Elaborar-se-á também um desenho de forma individual em que se deverá apontar as principais forças que agem sobre o conjunto bicicleta ciclista. Será feito em grupo um trabalho experimental, com uma bicicleta de marchas os alunos deverão realizar medidas dos raios dos pneus, do raio do pedal, do raio motor e das catracas R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6, etc. Escrever uma relação matemática entre os raios das catracas e o período de revolução. Verificar qual a relação entre as velocidades linear e angular e com o auxílio de um software computacional em que deverá ser apresentado a relação entre a velocidade linear e o raio da catraca, em 2D. Responder o que você pode concluir a partir do gráfico? Serão necessárias 5 a 8 aulas. Escrever a relação entre forças que atuam sobre o conjunto ciclista bicicleta e a potência. 5 Avaliação somativa Comparação dos mapas mental apresentado na primeira aula e o mapa conceitual da aula anterior. Será feita uma comparação qualitativa dos mapas Relato oral deste momento. Apresentar em grupo o resultado do experimento com as relações matemáticas e o gráfico 2D

6 e sua interpretação. De forma individual o aluno deverá apresentar o desenho em que aponta as principais forças e a solução sobre a relação entre as forças que atuam sobre o conjunto ciclista bicicleta e a potência desenvolvida. 6 Aula expositiva dialogada integradora final Retomar todo o conteúdo da UEPS, rever os mapas. Verificar os desenhos. Buscar saber se os alunos chegaram à uma resposta quanto a relação entre o número de catracas e a velocidade linear. Investigar as dificuldades dos alunos. 7 Avaliação da aprendizagem na UEPS Análise das respostas das questões colocadas aos alunos. Comentários finais, análise do experimento proposto. Manifestações dos alunos por escrito das dificuldades e da experiência que tiveram ao realizar as atividades propostas. 8 Avaliação da UEPS Análise qualitativa, de parte do professor, sobre evidências que percebeu ou não, da aprendizagem significativa dos conceitos da unidade, na avaliação individual e da avaliação participante. Os alunos deverão fazer uma avaliação do método aplicado, sobre o que acharam e se foi relevante para eles. 2.2 Expectativas Para a UEPS em questão os alunos deverão apresentar uma série de trabalhos individual e em grupo, alguns resultados esperados, cito abaixo: Desenho individual com as principais forças que atuam na relação ciclista bicicleta, apresentado na figura 2 a seguir: Figura 2 Desenho com as forças que atual na relação ciclista bicicleta. Fonte: Rhett Allain

7 Além de fazer a relação das forças que atuam sobre o conjunto ciclista bicicleta, o aluno deverá obter as relações matemáticas entre o número de catracas e a velocidade linear. V N M R R N M R b (1) onde, representa a velocidade angular motora, representa o raio motor o raio do aro raio das catracas e velocidade linear. Conforme figura 3, a seguir: Figura 3 Esquema do sistema de transmissão de uma bicicleta Fonte: Adaptado Além da identificação das forças na figura 2, da obtenção e utilização da relação matemática entre velocidade linear e raios das polias, o aluno deverá apresentar um mapa conceitual esperado. Figura 4 Um Mapa conceitual esperado Fonte: O autor

8 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS O trabalho representa uma proposta didática que será aplicada com alunos do 1º ano do ensino médio de uma escola pública, o que se espera é que sejam atingidas as expectativas apresentadas no item 2.2, onde depois será feito um estudo, a expectativa é que se possa avaliar se com esta intervenção didática da UEPS haverá ou não aprendizagem signiticativa, se houve ou não a chamada diferenciação progressiva e a reconciliação integrativa, caso não ocorra quais foram os motivos, por isso da utilização da utilização do mapa conceitual. Obviamente que a elaboração de uma UEPS não pode ser algo fechado, pode ocorrer alterações ao longo da aplicação didática. Há possibilidades de trabalhos experimentais ou ainda de trabalhos com auxílio de software para obter um gráfico que relaciona a velocidade linear e o raio da polia maior e das catracas, bem como o aro da bicicleta. Podem ser ainda estudados os tipos de bicicleta usados em competições esportivas e as bicicletas comerciais utilizadas para laser e trabalho, bem como outros vídeos pertinentes ao estudo. É esperado que com esta sequência didática seja possível mensurar as relações dos alunos com os tópicos de mecânica apresentados no currículo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AUSUBEL, D.P. Aquisição e retenção de conhecimentos: Uma perspectiva cognitiva, Lisboa: Editora Plátano, MOREIRA M.A. A Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud, o Ensino de Ciências e a Pesquisa nesta Área, v.7, n.1, p. 7-29, MOREIRA, M.A. Mapas Conceituais e Diagramas V, Instituto de Física UFRGS, MOREIRA, M.A. Unidades de Ensino Potencialmente Significativas UEPS, Textos de Apoio ao Professor de Física, Instituto de Física UFRGS, v.23 n.2, MOREIRA, M.A. Aprendizagem Significativa: a teoria e textos complementares. São Paulo: LF, 179 p, NEWS Ciencia en el ciclismo. Disponível em: ttps:// Acesso: em 12 dez, 2016 NOVAK, J.D. e GOWIN, D.B. Aprender a aprender, Lisboa: Editora Pântano., RELIQUIAS DEL CICLISMO Historias de la bicicleta. Disponível em: Acesso em: 12 dez, 2016

9 PROPSAL OF UEPS USING CYCLING FOR THE TEACHING OF MECHANICAL TOPICS Abstract: This paper deals with a proposal that aims to investigate whether there is significant learning from a didactic sequence for teaching mechanics topics using cycling sports as a Potentially Significant Teaching Unit (UEPS). Significant learning involves mainly taking into account what the student already knows and teaching accordingly. In this sense, the UEPS proposal is part of a body that is known to all and can provide a contribution to meaningful learning. It is proposed a didactic sequence using cycling to teach mechanics topics with a foundation in the theory of meaningful learning. With the didactic sequence involving two explanatory videos on the subject, we will also have the physical object of the bicycle so that the student can take some measures such as the radius of the larger pulley, the spokes of the turnstiles or smaller pulleys and the radius of the bicycle rim to obtaining a mathematical relationship between linear velocity and these quoted components. In addition, a figure of the cyclist - bicycle set will be displayed in motion and the learner will indicate which major forces work in this set. Finally, a conceptual map will be made relating cycling and the mechanics topics that may derive from this approach. Keywords: Significant learning, study of mechanics, UEPS, cycling.