construÇÃo de um laboratÓrio de ciÊncias de baixo custo e brena de … · 2019-04-17 ·...
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CONSTRUÇÃO DE UM LABORATÓRIO DE CIÊNCIAS DE BAIXO CUSTO E
INSERÇÃO DO ENSINO DE CIÊNCIAS POR INVESTIGAÇÃO
Brena de Fátima Constantino Oliveira1
Caio Alves Cabral¹ Iris de Fátima Oliveira Mendes¹ João Marcos Rodrigues de Oliveira¹ Layssa Emanuelly Barbosa Alves de Lima¹ Maria Eduarda C. da Fonseca Constantino¹ Maria Eduarda da Silva Oliveira Ferreira¹ Pablo Rafael de Oliveira Carlos¹ Paulo Henrique Dias Menezes2
Thays da Silva Nogueira¹
Resumo
Os laboratórios de ensino são considerados como uma ferramenta muito poderosa para o ensino e aprendizagem de ciências. Os experimentos didáticos permitem aos alunos não só visualizar os fenômenos naturais, mas também manipular e interagir com os objetos de estudo por meio da ação investigativa. Neste trabalho relatamos o desenvolvimento de um projeto de iniciação científica com alunos do Ensino Médio que teve como objetivo a construção de um laboratório de ciências com materiais de baixo custo. As atividades foram orientadas por uma proposta do ensino de ciências por investigação, na qual os alunos são agentes ativos na construção do conhecimento. Para isso, aproveitou-se um espaço de laboratório já existente na escola, porém desprovido de equipamentos e materiais necessários para o desenvolvimento de experimentos, principalmente na área de ensino de física. Os alunos vinculados ao projeto foram incentivados, por meio da leitura de trabalhos acadêmicos, a pesquisar sobre os conteúdos de ensino e os potenciais experimentos para sua abordagem em sala de aula. O trabalho resultou em uma feira de ciências, onde foram apresentados vários protótipos produzidos pelos alunos. Também foi observada uma melhora significativa no rendimento escolar dos alunos, tanto em física quanto em outras disciplinas do currículo escolar. Palavras-chave: Iniciação científica, Laboratório de baixo custo, Ensino de ciências por investigação, Aprendizagem significativa. Abstract
Teaching labs are considered as a very powerful tool for teaching and learning science. The didactic experiments allow students to not only visualize natural phenomena, but also manipulate and interact with the objects of study through investigative action. In this work we report the development of a project of scientific initiation with high school students whose objective was the construction of a science laboratory with low cost materials. The activities
1 Escola Estadual Antônio Macedo - Rua Ibrahim Bitta Sobrinho, 95 - Centro, Ewbank da Câmara - MG, 36108-000. Contato: [email protected].
2 Universidade Federal de Juiz de Fora - Rua José Lourenço Kelmer, s/n - São Pedro, Juiz de Fora - MG, 36036-900. Contato: [email protected].
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were guided by a proposal of science teaching by research, in which students are active agents in the construction of knowledge. For that, a laboratory space already existing in the school was used, but lacking the equipment and materials necessary for the development of experiments, mainly in the area of physics teaching. The students linked to the project were encouraged, through reading academic papers, to research on teaching contents and the potential experiments for their approach in the classroom. The work resulted in a science fair, where several prototypes were produced by the students. There was also a significant improvement in students' academic performance, both in physics and in other disciplines of the school curriculum. Keywords: Scientific initiation, Low cost laboratory, Science teaching by research,
Significant learning.
Introdução
A maior parte das escolas públicas brasileiras não possui uma estrutura de
laboratório de ciências ou, quando estes existem, não apresentam equipamentos adequados e
necessários para o desenvolvimento de aulas práticas. O presente trabalho teve como intenção
a construção de um laboratório de ciências, com materiais preferencialmente de baixo custo,
em que as atividades eram orientadas por uma proposta do ensino de ciências por
investigação, na qual o aluno passa a ser o agente ativo na construção de seu conhecimento.
O projeto foi desenvolvido no âmbito do programa Territórios de Iniciação
Científica da Superintendência de Juventudes, Ensino Médio e Educação Profissional da
Secretaria de Estado de Educação de Minas Geras (SEE-MG) e contou com o apoio da
Fundação de Amparo à Pesquisa do estado (FAPEMIG).
A escola onde o projeto foi desenvolvido já possuía um espaço de laboratório,
porém era desprovido de equipamentos e materiais necessários para o desenvolvimento de
experimentos, principalmente na área de ensino de física. Entendemos que um laboratório
pode ser uma ferramenta muito poderosa no ensino de ciências, pois permite ao aluno não só
visualizar os fenômenos naturais, como também manipular e interagir com os objetos de
conhecimento por meio da experimentação.
O aluno, como um elemento ativo na construção de seu conhecimento, tem maior
possibilidade de apreender o conteúdo científico de maneira significativa quando é estimulado
a vivenciar experiências de forma prática. Nesse sentido, pretendeu-se com este projeto
desenvolver experimentos com materiais de baixo custo e roteiros para práticas de
investigação científica em aulas de Ciências do Ensino Fundamental, e de Física, Química e
Biologia do Ensino Médio. O intuito principal foi a melhoria na qualidade das aulas de
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conteúdos científicos em escolas públicas para assim promover a alfabetização científica dos
estudantes.
Consideramos que a alfabetização científica deva ser o objetivo principal do
ensino de ciências, pois esta contribui para formar cidadãos mais ativos e qualificados tanto
para o mercado de trabalho, quanto para sua atuação ativa na sociedade. Além disso, contribui
para a formação de cidadãos mais críticos e capazes de atuar no mundo.
Acredita-se que a participação dos alunos na elaboração dos materiais dos kits
experimentais e dos roteiros pode contribuir de maneira significativa na aprendizagem dos
alunos dos conteúdos abordados.
O Ensino de Ciências por Investigação
O Ensino de Ciências por investigação é uma proposta de abordagem pedagógica
que se mostra com grande potencial para melhorar a qualidade do ensino de ciências na
Educação Básica. Essa metodologia se inicia com a proposição de uma situação-problema que
norteará a investigação a ser realizada pelo aluno utilizando os conceitos e a metodologia
científica. Durante o processo de investigação o professor dará orientações que irão guiar os
alunos na busca de soluções, mas não interfere de maneira significativa dando a solução do
problema. Dessa forma o estudante pesquisador, passa a ser um elemento mais ativo no
processo de aprendizagem.
No ensino de Ciências por investigação, os estudantes interagem, exploram e experimentam o mundo natural, mas não são abandonados a própria sorte, nem ficam restritos a uma manipulação ativista e puramente lúdica. Eles são inseridos em processos investigativos, envolvem-se na própria aprendizagem, constroem questões, elaboram hipóteses, analisam evidências, tiram conclusões, comunicam resultados. Nessa perspectiva, a aprendizagem de procedimentos ultrapassa a mera execução de certo tipo de tarefas, tornando-se uma oportunidade para desenvolver novas compreensões, significados e conhecimentos do conteúdo ensinado (MAUÉS; LIMA, 2006, p. 40).
Segundo Carvalho et al. (2004), uma atividade investigativa não pode se reduzir a
uma mera observação ou manipulação de dados – ela deve levar o aluno a refletir, a discutir, a
explicar e a relatar seu trabalho aos colegas.
Práticas de laboratório
Partimos do entendimento de que as aulas experimentais podem contribuir como
facilitadores na aprendizagem de certos conceitos científicos e na compreensão de fenômenos
naturais, porque levam os alunos a desempenharem um papel ativo no processo de ensino e
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aprendizagem. Além disso, pode ser uma aula estimulante para os alunos, aguçando a
curiosidade e fazendo com que interajam de maneira mais eficiente durante as aulas. De
acordo com Borges (2002, p. 300):
O trabalho no laboratório pode ser organizado de diversas maneiras, desde demonstrações até atividades prático-experimentais fortemente dirigidas, diretamente pelo professor ou indiretamente através de um roteiro. Todas podem ser úteis, dependendo dos objetivos que o professor pretende com a realização das atividades propostas.
Borges (2002, p.300) argumenta ainda que uma alternativa ao laboratório
tradicional consiste em:
[…] estruturar as atividades de laboratório como investigações ou problemas práticos mais abertos que os alunos devem resolver sem a direção imposta por um roteiro fortemente estruturado ou mesmo por instruções verbais do professor. Um problema, diferentemente de um exercício experimental ou de fim de capítulo do livro-texto, é uma situação para a qual não há uma solução imediata obtida pela aplicação de uma fórmula ou algoritmo. Pode até não existir nenhuma solução conhecida ou mesmo solução nenhuma. Para resolvê-lo tem-se que fazer idealizações e aproximações.
Por isso, decidimos trabalhar em um contexto que pudesse articular as atividades
experimentais com o enfoque do ensino de ciências por investigação.
Aprendizagem significativa
A Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel parte da premissa de que
nenhum estudante é desprovido de algum conhecimento, e que para que este adquira novos
conhecimentos é necessário que uma interação deste com os conceitos prévios que o aprendiz
já possui. De acordo com MOREIRA (2012, p. 02)
Aprendizagem significativa é aquela em que ideias expressas simbolicamente interagem de maneira substantiva e não-arbitrária com aquilo que o aprendiz já sabe. Substantiva quer dizer não-literal, não ao pé-da-letra, e não-arbitrária significa que a interação não é com qualquer ideia prévia, mas sim com algum conhecimento especificamente relevante já existente na estrutura cognitiva do sujeito que aprende.
Uma aula que se baseie nessa teoria deve ser elaborada levando em consideração
o conhecimento prévio do aluno, e nesse caso esse conhecimento servirá de âncora ou base
para a aquisição de novos conhecimentos por parte do aluno. Os conhecimentos base são
chamados de subsunçores (CARLOS, 2016). De acordo com MOREIRA (2012, p. 02),
subsunçor é
O nome que se dá a um conhecimento específico, existente na estrutura de conhecimento do indivíduo, que permite dar significado a um novo conhecimento. A atribuição de significados a novos conhecimentos depende
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da existência de conhecimentos prévios especificamente relevantes e da interação com eles.
Assim, ao articular as atividades práticas com o enfoque do ensino de ciências por
investigação é importante que sejam levados em consideração os conhecimentos que o aluno
já possui, independente do nível de formalização em que se encontra.
Metodologia
Para a confecção dos experimentos buscou-se aliar a metodologia de ensino de
ciências por investigação à construção dos aparatos experimentais. Para isso, o professor
orientador fazia a proposta de um determinado experimento aos alunos pesquisadores, que por
meio de investigações científicas construíam o aparato que seria utilizado na experimentação.
A equipe de pesquisa foi composta por um aluno do 3º ano e sete alunos do 2º ano
do Ensino Médio que, juntamente com o professor orientador, reunia-se semanalmente no
laboratório da escola, geralmente às quintas-feiras no horário noturno.
A primeira tarefa do grupo foi fazer a catalogação de todo o material que já existia
no laboratório da escola. Em seguida foram feitos desmontes de computadores descartados
para reaproveitamento de peças e fontes de energia.
Paralelamente a essas ações, eram realizados estudos para um aprofundamento de
referenciais teóricos adequados para o desenvolvimento do projeto por meio da leitura e
discussão de teses, artigos e livros, sobre temas vinculados ao trabalho, tais como:
Metodologia de Pesquisa, Ensino de Ciências por Investigação, Aprendizagem Significativa,
entre outros.
Durante as reuniões em que o tema de estudo era o Ensino por Investigação, para
exemplificar, foram realizadas duas atividades investigativas conduzidas pelo professor
orientador. Na primeira, os alunos foram desafiados a colocar uma folha de papel dentro de
uma bacia d’água sem que o papel molhasse. Na segunda, foi proposto aos alunos que os
mesmos colocassem o maior número de pedras sobre uma folha de papel alumínio para
flutuar em água. Em ambas as atividades os alunos pesquisadores conseguiram atingir o
objetivo proposto. Para isso, tiveram que aplicar a metodologia do trabalho científico,
levantando e testando hipóteses, até que conseguissem uma explicação científica adequada
para o problema investigado. As imagens a seguir mostram o grupo de pesquisa durante a
realização das atividades investigativas.
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Figura 1: Atividade de investigação – inserir o papel na água sem molhar. Fonte: acervo dos autores
Figura 2: Atividade de investigação - barca de pedra. Fonte: acervo dos autores.
Dando continuidade à preparação dos alunos pesquisadores, foi dado a eles outro
desafio: elaborar experimentos que permitissem medir a aceleração da gravidade. Para essa
tarefa os alunos foram divididos em dois grupos e dois experimentos de medição foram
elaborados: um utilizando um sistema massa-mola suspenso em um suporte; e o outro
utilizando a queda de corpos assistida por gravações de vídeo.
Como forma de incentivar o interesse pela pesquisa científica tanto do grupo,
quanto da comunidade escolar, convidamos o pesquisador José Abdalla Helayël-Neto do
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) para ministrar a palestra “Do interior do átomo
às galáxias - uma excursão pela física contemporânea”. A imagem a seguir mostra um registro
desse evento.
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Figura 3: Palestra Professor Helayël. Fonte: acervo dos autores.
Posteriormente, o coletivo de pesquisa realizou uma visita ao CBPF no Rio de
Janeiro – RJ. Durante essa visita os alunos puderam conhecer os laboratórios e a biblioteca do
Centro, além de participarem de uma roda de conversa, com dois alunos de doutorado da
instituição sobre o tema: a carreira de físico. Também foram realizadas visitas ao Centro de
Ciências da Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJF e ao laboratório itinerante Ciência
Móvel, da Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz), que estava em visita ao município vizinho de
Santos Dumont.
Figura 4: Visita ao Centro de Ciências da UFJF. Fonte: acervo dos autores.
Figura 5: Visita ao CBPF. Fonte: acervo dos autores.
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Resultados e análises
Para a confecção dos experimentos foram utilizadas duas fontes principais de
pesquisa: o livro “Ensino de Física com Brinquedos Científicos” de autoria do tutor do
projeto, professor Paulo Menezes e o canal do Youtube “Manual do Mundo”.
Durante o ano de 2018 foram confeccionados diversos dispositivos experimentais,
entre os quais destacamos: Ar condicionado de garrafa PET de 2 L; Bobina de Tesla; Lata
maluca; Gaiola de Faraday; Ludião; Eletroímã; Holograma, entre outros. A Figura 6 ilustra
alguns desses experimentos.
Figura 6: Experimentos confeccionados no projeto. Fonte: acervo dos autores.
Para envolver a comunidade escolar e o entorno, a equipe de pesquisa manteve o
laboratório aberto para visitações durante dois dias de culminância do projeto “Circuito pela
Cidadania” - evento realizado pela escola, com varias atividades abertas ao público. Uma
dessas atividades foi a apresentação do laboratório para a comunidade. Também foram
recebidos no laboratório cerca de 60 alunos do 5° ano do Ensino Fundamental da Escola
Municipal Hercília Silva de Melo. Nessa atividade os alunos pesquisadores tiveram a
oportunidade de conduzir as apresentações dos experimentos no formato de atividades
investigativas.
A partir das atividades desenvolvidas, verificou-se uma melhora significativa no
desempenho dos alunos pesquisadores, evidenciada nos gráficos abaixo em que são exibidas
suas notas bimestrais ao longo do período do projeto. Além disso, pode-se notar também uma
melhora no desempenho no simulado bimestral aplicado na escola, em que é possível
observar uma melhora nas notas e nas proficiências desses estudantes.
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Ciência e do como fazer Ciência, causando mudanças significativas na aprendizagem e na
relação dos alunos com o conhecimento.
Observou-se ainda que a metodologia de Ensino por Investigação, aliada ao uso
de experimentos didáticos, mostrou-se bastante eficiente no sentido de despertar o interesse
dos estudantes pela pesquisa científica e também como potencial ferramenta para uma
aprendizagem significativa.
Pretendemos dar continuidade ao projeto em 2019 com o mesmo coletivo de
pesquisa e com a possibilidade de ampliação da equipe. Cogita-se a ideia de transformar os
antigos alunos pesquisadores em tutores para os novos alunos ingressantes no projeto. Com
isso, a equipe almeja elaborar novos experimentos e também a escrita de um livro –
apresentando a proposta do projeto, bem como o passo a passo para a montagem dos
experimentos e a descrição dos princípios científicos envolvidos – para a divulgação do
conhecimento adquirido.
Agradecimentos
Agradecemos à Secretaria de Estado de Educação de Minas Gerais (SEE/MG), à
Superintendência Regional de Ensino de Juiz de Fora (SRE Juiz de Fora) e à Fundação de
Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) pelo financiamento e apoio que
possibilitaram a realização deste trabalho.
À direção e a todos colegas da Escola Estadual Antônio Macedo pelo apoio
incondicional ao projeto.
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