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Simpósio Internacional sobre Interdisciplinaridade no Ensino,

na Pesquisa e na Extensão – Região Sul

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O modelo dos cientistas como estratégia interdisciplinar baseado nas diretrizes

propostas pelo Plano Nacional de Educação

Paola Jardim Cauduro (Universidade Federal de Santa Maria – [email protected])

Everton Lüdke (Universidade Federal de Santa Maria – [email protected])

Eixo temático: Conhecimento Interdisciplinar

1. Introdução

É bem sabido que o Plano Nacional de Educação (BRASIL, 2013) prevê diretrizes que deverão ser

inseridas no cenário educacional no prazo de dez anos. Uma das suas principais metas é o incentivo a

abordagens interdisciplinares e implementação de discussões sobre temas transversais que relacionem a

teoria e a prática em ambiente escolar e que articule conteúdos obrigatórios com assuntos eletivos, através

de projetos temáticos que buscam melhor entendimento da ciência, tecnologia e sua importância ao trabalho.

Nesse contexto, devem surgir trabalhos de pesquisa didática e metodológica a fim de estudar o processo de

ensino e aprendizado que melhor formem um espírito crítico e científico nos alunos para a compreensão da

realidade da crescente modernização da sociedade e refletir seus papéis dentro dela.

Para introduzir os alunos no modo de operação da ciência tradicional, nos parece mais adequado

estudar os diversos aspectos de abrangência de uma estratégia interdisciplinar construtivista que envolva a

criação de atividades práticas que integrem o contexto histórico vivido por cientistas nas suas descobertas e

a influência de suas epistemologias e processos ontológicos na elaboração das leis e teorias nas quais os

alunos devem construir competências científicas dentro das diretrizes do PNE (2013). Em uma primeira

aproximação, entendemos que a escolha do eixo temático e o conhecimento interdisciplinar são justificadas

porque contribuição da história da ciência e biografias para o ensino de um dado conteúdo é um recurso

capaz dar sentido aos conteúdos desconexos que são normalmente apresentados em livros didáticos

brasileiros, na forma de capítulos isolados em unidades de conteúdo. Contudo, de acordo com Reis et. al,

A introdução da História da Ciência no Ensino de Ciências pode e deve contribuir para que os

alunos possam conhecer a ciência de forma mais atrativa e, ao mesmo tempo, para que haja o

interesse pelo conhecimento científico, assim como pelas discussões que giram em torno da ciência,

notadamente, pelas redes de interesses que se estabelecem no âmbito da sociedade. (p. 2, 2012)



2

Ao propor elementos que integrem a história da ciência no ensino de ciências, nossa reflexão paira

sobre o problema que é necessário se pensar em que contribuição pretende-se fornecer à formação dos

alunos. Existem diversas abordagens que podem ser dadas à utilização da história da ciência e todas elas,

desde que com objetivos e planejamento bem claros, trazem algum tipo de benefício para a aprendizagem.

Uma dessas abordagens, proposta por Pessoa Jr. (1996), é traçar o perfil epistemológico de alguns grandes

cientistas. Essa proposta, por nós considerada importante, é caracterizada por mostrar o trabalho de

cientistas, os erros que ocorreram até resolver um problema, os diálogos e as contribuições de outros

cientistas, o contexto histórico da época, a engenhosidade na montagem dos experimentos, na sistemática de

obtenção e documentação de dados, na construção de imagens mentais sobre experimentos, a discussão da

sua interpretação, manuseio de equipamentos e objetos, aplicações à sociedade e à vida humana, etc. Essa

premissas são consideradas importantes desde o Movimento Empirista que inspirou a revolução industrial

britânica e no desenvolvimento da sociedade americana no início do século passado, pois para John Locke,

cada homem deve aprender diretamente da natureza, da sua própria experiência, sem a intervenção de uma

autoridade mais alta, que seria o professor agindo como se fosse o supremo depositário do conhecimento.

Com essa abordagem, podem-se integrar elementos do contexto histórico, que podem ou não ter

influenciado em tal estudo e também mostrar que o conhecimento científico é desenvolvido, não por gênios

que foram agraciados com o dom para descoberta como a maioria das notas biográficas dos livros

tradicionais tendem a induzir o aluno a pensar, e sim através de comprometimento, estudo, gerenciamento de

conflitos, reconhecimento de erros e análise de contribuições e opiniões de outras pessoas. Com a estratégia

da utilização do modelo biográfico pode-se mostrar aos estudantes elementos da atividade profissional

científica e não a visão distorcida de que o conhecimento científico é “pronto e acabado”, distante dos

alunos, e que somente é possível para pessoas dotadas de uma capacidade intelectual acima da normal, que

muitas vezes é passado na sala de aula através dos resumos biográficos e de crenças particulares do

professor, cuja práxis recebe críticas quanto ao método tradicional de ensino biográfico, segundo Cachapuz

et al. (2005).

Entretanto, o objetivo da educação fundamental e média certamente não é formar cientistas, mas

mostrar a profissão como opção de escolha profissional. Assim, o principal foco é ensinar os alunos sobre

como o conhecimento que muitas vezes fica oculto, foi estruturado. Isso possibilita, através do modelo

biográfico, mostrar àqueles alunos que pretendem seguir carreira científica, mais sobre a atividade

profissional e dar mais subsídios para o melhor entendimento da realidade por parte daqueles alunos que não

pretendem trabalhar com essa área, através da estruturação, valorização do conhecimento e do profissional.



3

Além da história da ciência ser um recurso capaz de transformar informações desconexas em

contextualizadas, a experimentação, mostra-se como um forte recurso para o ensino de ciências em geral, já

que está intrínseca na prática do fazer ciência. De acordo com Araújo e Abib (2003),

...o uso de atividades experimentais como estratégia de ensino de Física tem sido apontado por

professores e alunos como uma das maneiras mais frutíferas de se minimizar as dificuldades de se

aprender e de se ensinar Física de modo significativo e consistente. (ARAÚJO; ABIB, 2003, p.176)

Se analisarmos um pouco mais criteriosamente esses dois métodos, experimentação e história da

ciência veremos que envolvem o conhecimento científico que deve ser adquirido hoje pelos nossos

estudantes. Se por um lado a experimentação faz parte da construção do conhecimento científico, por outro

lado a história da ciência situa o contexto social vivido pelos seus principais autores. Sendo assim, aliar dois

eixos epistemológicos de forma estruturada pode resultar em um método capaz de ao mesmo tempo em que,

instiga a questionar e a pensar, como na experimentação, faz com que entendamos o questionamento inicial

que levou os cientistas às descobertas e a sua construção de raciocínio e lógica dedutiva.

Sendo assim, para atender às necessidades dos estudantes do ensino médio em relação aos conteúdos

da disciplina de Física, se faz necessário aliar métodos que muitas vezes são utilizados separadamente. Se

esses métodos, a experimentação e a história da ciência, forem trabalhados em conjunto, podemos ao mesmo

em que ensinamos métodos e técnicas, na busca por desenvolver habilidades nos alunos, mostrar a ciência

como uma construção humana, sujeita a diferentes interpretações e de caráter não definitivo. Contudo, a

inclusão desses métodos pode ser um aliado eficiente no processo de ensino e aprendizagem. De acordo com

Gagliardi e Giordan, a escola de hoje “prioriza o conhecimento produzido em instituições especializadas, e

nega ou minimiza o conhecimento produzido historicamente por toda a população.” (p. 254, 1986)

Para acompanhar o desenvolvimento e a rápida transmissão de informações, o professor tende a

reduzir nossas aulas a meros repasses e resoluções de exercícios, o que não contribui em nada para a

formação da criticidade e formação do espírito científico de nossos alunos (FREIRE, 2011). Esquecemos

que a ciência busca investigar, observar, tentar explicar, o que não é repassado na fase escolar. De acordo

com Duarte,

O reconhecimento das limitações da educação científica tradicional para atuar numa sociedade que

se reclama, cada vez mais, como “sociedade da informação e do conhecimento” conduziu à retomada da discussão sobre a necessidade de inovar e produzir novos currículos e novas formas de

ensinar ciências. (p. 314, 2004)

Contudo, uma proposta que queira desenvolver nos alunos características e habilidades de

observação, explicação e compreensão dos conceitos físicos através de uma metodologia contextualizada

através do perfil biográfico de alguns cientistas se faz necessária na busca por uma educação completa e



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eficaz. A proposta da experimentação aliada à história de trabalho dos cientistas mais influentes pode ser um

recurso capaz de suprir carências que foram sendo incorporadas no ensino de Física ao longo dos tempos. É

necessário dar sentido aos conhecimentos que os alunos trazem até a sala de aula e a partir daí mostrar-lhes

as possibilidades de adquirir novos conceitos importantes à sua estrutura cognitiva, tornando-a significativa

e desenvolvendo a aprendizagem significativa (AUSUBEL, NOVAK, HANESIAN, 1978) ao invés da "rote

learning" ou a definição de Ausubel para o aprendizado acrítico e mecanicista pela assimilação de conceitos

que o professor acha importante que os alunos mentalizem durante as aulas que ministra na sua

cotidianidade.

1.1 Metodologia utilizada

Na primeira etapa do modelo dos cientistas propomos o emprego de um pré-teste para a verificação

de capacidades de raciocínio lógico e conhecimentos prévios dos estudantes. Esses pré-testes são analisados

com a finalidade de categorizar os estudantes, naquela atividade, com semelhança às classificações em três

estágios de aprendizado de Piaget (PIAGET, INHELDER, 1962), os quais são a (I) Fase de

desenvolvimento da lógica proposicional; (II) Esquematização operacional da lógica formal e (III)

Integração estrutural do pensamento formalizado, em sequência de ocorrência cronológica e do

desenvolvimento lógico-racional natural do aluno no uso de suas epistemologias particulares.

Cada uma desses estágios tem características que utilizaremos para identificar e classificar os

participantes dessa pesquisa. O estágio (I) é caracterizado por formulações contraditórias, onde o indivíduo é

capaz de fazer inferências, até mesmo corretas, mas que não conseguem estender essas formulações às

situações semelhantes. Nessa fase, o sistema de classificação por características também é deficiente para a

criança (7-8 anos). Já o estágio (II), por volta dos 9-10 anos, há um esforço em eliminar as contradições do

estágio (I). A criança revisa alguns conceitos que antes não utilizava para resolver problemas e algumas

grandezas começam a se conservar, como a massa. Também há uma melhora no sistema de classificação,

embora as explicações para resolver problemas ainda sejam um pouco intuitivas, esbarrando ainda na

necessidade da manipulação de objetos para auxiliar a pensar. Tanto o estágio (I) quanto o estágio (II)

apresentam subestágios: IA, IB, IIA e IIB que são mais verificados no final da idade escolar.

Interessa-nos avaliar quantos alunos atingiram o estágio (III), pois teriam as operações formais

necessárias para organizar o pensamento são totalmente desenvolvidas e que seria o objetivo da práxis

escolar até o final do ensino médio. O sistema de classificação abrange diversas características que permitem

identificar e agrupar um número maior de objetos, formar imagens mentais e construção de argumentos



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explicativos abstratos. A resolução de problemas nesse estágio consegue atingir um patamar mais elevado

do que no estágio anterior, devido à formação do pensamento lógico formal e que pouco seria modificado no

resto da vida e que permitiria ao aluno resolver e questionar seu papel social e melhorar sua atuação

profissional no exercício da cidadania.

Na segunda etapa da proposta de ensino é apresentado um relato sobre a vida, carreira e contexto

histórico de cientistas, que estão vinculados aos conteúdos a serem estudados, mostrando as relações que

estiveram presentes na elaboração e estruturação de tal conceito ou lei. Sem colocar o cientista como um

"ser ideal", apresentamos as dificuldades e deficiências que tiveram que passar para perseguir seus objetos

de pesquisa. Após esse relato, nas terceira e quarta etapas, os estudantes recebem o conteúdo e um roteiro

para a realização da próxima atividade, caracterizada por experimentos em grupos de trabalho de três

estudantes. Logo após a aplicação dessa atividade experimental em grupos de trabalho e a discussão do

grupo com o professor, um pós-teste será aplicado com cinco questões relacionadas à atividade empregada

visando explorar o conteúdo e modelo mental sobre o conteúdo adquiridos nas discussões dos experimentos

com aplicações em outros problemas de natureza qualitativa para acessar o estágio item III, que é de

particular interesse no desenvolvimento pedagógico-científico do adolescente.

A atividade experimental é acompanhada de um roteiro curto. Esse roteiro tem como principal

função dar algumas instruções sobre a montagem do equipamento, deixando lacunas para o preenchimento a

partir do que for constado pelo experimento. De acordo com Axt e Moreira (1991) a experimentação é um

importante meio para o “aprimoramento conceitual” (p. 98), pois quando for integrada ao conteúdo deve

mostrar a “inter-relação teoria – experimento.” (p. 98) Essa integração visa contemplar as diretrizes

propostas pelo Plano Nacional de Educação, relacionando a teoria estudada com experimentos que

permitem, entre outras habilidades, auxiliar na resolução de problemas e situações semelhantes às presentes

no pré-teste, ajudando a compreender e constatar abstrações que possivelmente pudessem ter permanecido

nessas situações.

1.2 O perfil dos participantes

A metodologia construída neste trabalho foi implementada com estudantes do ensino médio de uma

escola pública de Santa Maria (RS), em nível de segundo ano, e com estudantes do segundo semestre do

curso de graduação em Licenciatura em Física da Universidade Federal de Santa Maria. A faixa etária dos

participantes está entre 15 e 19 anos para os estudantes do ensino médio e entre 18 e 25 anos para os

universitários.



6

Essa metodologia foi, inicialmente, planejada para ser implementada com estudantes de ensino

médio, porém foi aplicada com estudantes da graduação para observar quais mudanças conceituais existem

na transição entre escola e universidade e verificar o nível de raciocínio lógico, para esta atividade daqueles

alunos que deveriam estar no estágio mais avançado, no caso estudantes universitários. Com relação ao

ensino médio, em outros momentos podemos constatar algumas dificuldades referentes à sua aprendizagem,

como por exemplo, o uso da matemática como ferramenta, a visualização de conceitos e aplicações, a

compreensão de enunciados de problemas e de textos de livros didáticos, a percepção da ciência como algo

que sempre é apresentado como finalizado e irredutível, o papel do cientista como um gênio, entre outras

concepções.

1.3 Implementação e os Primeiros Resultados

O “Modelo dos cientistas” é um projeto em desenvolvimento que consiste na implementação de

várias atividades com alunos de segundo e terceiro anos do ensino médio para toda a grade curricular do

PNE. Neste trabalho estamos descrevendo apenas uma das atividades que foi empregada tanto com alunos

do ensino médio quanto alunos do curso de graduação em Licenciatura em Física. A implementação no nível

superior se justifica pelo fato de fazermos uma comparação com alunos que deveriam estar em um nível

mais avançado de operações lógicas com estudantes do ensino médio, que embora pela faixa etária deveriam

estar em nível formal também avançado, ainda não estudaram o conteúdo em questão, obtendo um padrão de

respostas que possibilitaria definir metas do ensino médio em física.

A atividade empregada e analisada foi referente ao conteúdo de Princípio de Arquimedes (Anexo a

este trabalho) presente em praticamente todos os currículos de ensino médio do país e livros didáticos

utilizados sala de aula, sendo Arquimedes, o cientista associado a esse conteúdo. Essa atividade contou com

a participação de 41 (quarenta e um) alunos do ensino médio, sendo 27 (vinte e sete) do sexo feminino e 14

(quatorze) do sexo masculino; e 21 (vinte e um) estudantes do nível superior.

Para a avaliação dos pré-testes e a posterior classificação dos estudantes de acordo com os estágios e

subestágios de Piaget e Inhelder (1962), foi atribuído um escore para cada aluno, de acordo com a solução

dada para cada questão. Os escores e as atribuições são definidos por nós, baseada na classificação de

desenvolvimento cognitivo original de Piaget e Inhelder, do desenvolvimento do pré-adolescente:

0 – Quando há explicações incorretas para cada uma das perguntas. Dependendo das respostas o aluno

pode estar nos subestágio IA ou IB.

1 – Quando há uma explicação correta para apenas uma das duas perguntas. O aluno, dessa forma,

encontra-se no subestágio IIA.



7

2 – Quando há uma explicação correta para cada uma das duas questões ou duas ou mais explicações

corretas para apenas uma pergunta, independente da resposta da outra. O aluno, dessa forma, encontra-se

no subestágio IIB.

3 – Quando há duas ou mais explicações corretas fornecidas para cada uma das duas questões. O

subestágio é o III.

1.3.1 Resultados da avaliação de alunos do Ensino Médio

Para a melhor visualização e compreensão, os resultados obtidos para os estudantes do ensino médio,

foram organizados em tabelas. Para o pré-teste aplicado com participantes do sexo feminino, os resultados

foram reunidos na tabela 1.

Número de participantes do sexo

feminino no subestágio IA

Número de participantes do

sexo feminino no subestágio IIA

Número de participantes do sexo

feminino no subestágio IIB

1 13 13

Caracterizado por explicações

incorretas para as duas questões.

Além disso, têm-se respostas do

tipo classificação simples de

objetos: objetos mais leves e

mais pesados; incoerência entre

os conceitos e não conservação

de algumas grandezas.

Caracterizado pela explicação

correta de pelo menos uma das

questões. Aqui as respostas são

caracterizadas pela noção de

cheio: o corpo flutua porque é

preenchido com ar. Não está

errada, mas está incompleta e dá

margens a outras interpretações.

Caracterizado por uma explicação

correta para cada uma das duas

questões. As explicações já mostram

conceitos aprendidos, porém ainda

confusos, por não terem as operações

lógicas necessárias para distingui-los.

Tabela 1: Resultados do pré-teste aplicado à participantes do sexo feminino do ensino médio.

De acordo com a tabela 1, é possível perceber que a maioria dos participantes do sexo feminino

encontra-se nos subestágio IIA e IIB. Nesse estágio já se percebe um esforço em esquematizar o pensamento

em busca da lógica formal e manifestá-lo na interpretação de fenômenos. É importante salientar que a

aplicação de apenas uma atividade não é o suficiente para estabelecer o aluno em um ou outro estágio, mas

pode fornecer pistas que auxiliem na elaboração de outras atividades, que possam completar o que tenha

sido omisso nessa atividade, no ano escolar apropriado. A seguir, transcrevemos algumas das respostas

dadas pelos participantes do sexo feminino

Subestágio Questão 1 Questão 2



8

IA “Porque com colete ela perderá um pouco do seu

peso e ficará mais leve. Assim, ela não afundará,

simplesmente flutuará.”

“Porque estando dentro da água elas

ficam mais leves e perdem o peso,

pois a velocidade também

diminuirá.”

IIA “Porque dentro do colete tem ar e o ar dentro do

colete é menor que a força da água.”

“Porque a densidade do mar é maior

do que uma pessoa e uma pedra e

então faz com que a pessoa ou a

pedra fique mais leve.”

IIB “Por que o colete tem ar e a pessoa também tem e

a pessoa boia com facilidade.”

“Porque a água ajuda você a carregar

a pessoa, parece que a pessoa fica

leve dentro da água por que a pressão

da água é maior.”

Tabela 2: Algumas respostas transcritas de participantes do ensino médio do sexo feminino para os subestágios IA, IIA e

IIB.

Para o pré-teste aplicado aos participantes do sexo masculino, os resultados estão organizados na

tabela 3.

Número de

participantes do

sexo masculino

no subestágio

IA

Número de participantes

do sexo masculino no

subestágio IB

Número de participantes do

sexo masculino no subestágio

IIA

Número de participantes

do sexo masculino no

subestágio IIB

1 1 3 9

Caracterizado

por explicações

incorretas para

as duas

questões.

Questões sem

respostas.

Caracterizado por

explicações incorretas

para as duas questões. O

aluno atribui a flutuação

de acordo com o material

de que é feito o colete,

sem levar em

consideração outros

fatores importantes para a

análise do fenômeno.

Caracterizado pela explicação

correta de pelo menos uma das

questões.

Neste subestágio a noção de

cheio aparece. A flutuação é

atribuída ao ar contido no

colete. Não está errada, mas

está incompleta e dá margens a

outras interpretações.

Caracterizado por uma

explicação correta para

cada uma das duas

questões. As explicações já

mostram conceitos

aprendidos, porém ainda

confusos, por não terem as

operações lógicas

necessárias para distingui-

los.

Tabela 3: Resultados do pré-teste aplicado à participantes do sexo masculino do ensino médio.



9

Mais uma vez de acordo com os dados obtidos na tabela 3 é possível verificar que a maioria dos

participantes do sexo masculino, também está no estágio (2), subestágio IIB, para essa atividade. Isso

evidencia que, para esses alunos, é importante dar mais atenção à conceitos como os de densidade, pressão,

volume, massa, etc; para que esses equívocos ou confusões conceituais sejam eliminados. Na tabela 4

transcrevemos algumas respostas dadas pelos participantes do sexo masculino.


IB “Porque com o peso da pessoa com colete tende a

afundar, mas a água não deicha com a superfície do

colete impede de passar da água.”

“Porque a areia é mais pesada, o pé

vai afundando com o peso

carregado.”

IIA “Por que dentro dos coletes contém ar, isso ajuda na

flutuação da pessoa. O ar que contém nos coletes faz

com que a pessoa fique no nível do mar.”

“Pois a areia quando se molha torna-

se mais pesado, e aparece a

dificuldade.”

IIB “Porque o colete salva-vidas tem ar dentro deles e

outros tem esponja.”

“Por causa do empuxo.”

Tabela 4: Algumas respostas transcritas de participantes do ensino médio do sexo masculino para os subestágios IB, IIA

e IIB.

O Pós-teste aplicado aos alunos do ensino médio teve os seguintes resultados:

Total de participantes do sexo

feminino que acertaram cada questão

Número de questões corretas e a quantidade de

participantes do sexo feminino que acertaram:

Questão 1 5 Nenhuma questão 3

Questão 2 12 1 questão 4

Questão 3 15 2 questões 7



5 questões 0

Tabela 5: Resultados do pós-teste aplicado com participantes do sexo feminino do ensino médio.

Esses resultados foram organizados em um gráfico (Figura 1), onde podemos observar que a questão

4 teve um número mais elevado de acertos que as demais questões para os participantes do sexo feminino.

Em análise a essa questão, podemos perceber que a maioria das estudantes, após a atividade experimental,

compreendeu a relação em empuxo e o volume de líquido deslocado por um mesmo corpo, independente da

posição em que é colocado no líquido.



10

Figura 1: Gráfico refrente às respostas obtidas no pós-teste aplicado com participantes do sexo feminino. Percebe-se um

índice alto de acertos para a Questão 4

O grande número de alunas nesse estágio II evidencia que, talvez, algumas habilidades não foram

bem trabalhadas, deixando lacunas que podem comprometer a aprendizagem de outros conceitos.

Para os participantes do sexo masculino os resultados obtidos foram organizados na tabela 6.

Total de participantes do sexo

masculino que acertaram cada questão

Número de questões corretas e a quantidade de

participantes do sexo masculino que acertaram






5 questões 0

Tabela 6: Resultados do pós-teste aplicado com participantes do sexo masculino do ensino médio.

Esses resultados foram organizados em um gráfico (Figura 2), onde podemos observar que a

questões 3 e 4 tiveram um número mais elevado de acertos que as demais questões para os participantes do

sexo masculino. Em análise a essa questão, podemos perceber que a maioria dos estudantes, após a atividade

experimental, conseguiu estender as relações entre as grandezas vistas no experimento (com líquido) a uma

situação envolvendo um gás (Questão 3). Além disso, também compreenderam a relação entre empuxo e o

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5

Quantidade de questões

corretas



11

volume de líquido deslocado por um mesmo corpo, independente da posição em que é colocado no líquido

(Questão 4).

Figura 2: Gráfico refrente às respostas obtidas no pós-teste aplicado com participantes do sexo masculino. Percebe-se um

índice alto de acertos para as Questões 3 e 4.

1.3.2 Curso de Graduação em Licenciatura em Física

Como dissemos, procuramos um referencial de avaliação de aprendizado experimental para alunos

que não receberam o material do método dos cientistas, consistindo em uma amostra de acadêmicos de

segundo ano de um curso de Física (Licenciatura Plena) na nossa Universidade e que receberam um curso de

física universitária sobre mecânica e cinemática e cálculo diferencial e integral pela "rote learning", sem

haverem visto a nossa proposta experimental. Os resultados obtidos também foram organizados em tabelas.

Para o pré-teste, os resultados foram reunidos na tabela 7.

Número de acadêmicos no

subestágio IB


subestágio IIA


subestágio IIB

1 6 14

Caracterizado por explicações

incorretas para as duas questões,

mostrando conceitos e relações

equivocadas.

Caracterizado pela

explicação correta de pelo

menos uma das questões.

Neste subestágio a noção

de densidade como fator

principal para a flutuação.

Caracterizado por uma

explicação correta para

cada uma das duas

questões. As explicações

mostram relações entre os

conceitos. A classificação

dos objetos que flutuam é

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5

Quantidade de questõescorretas



12

mais abrangente.

Tabela 7: Resultados para a questão 1 do pré-teste aplicado com estudantes do curso de graduação em física.

Em análise à tabela 7, podemos observar que a maioria dos alunos do curso de graduação em

licenciatura em física, também se encontra no estágio (2), como os demais alunos de segundo ano do ensino

médio. A tabela 8 mostra alguns subsídios para avaliar a construção de seus modelos mentais:


IB “Não sei.” “Porque dentro da água passa a contar apenas

a coluna de água.”

IIA “Porque o colete é feito com bolsas de ar ou

algum outro material que flutuante.”

“Porque dentro do mar o peso é nulo e a água

é salgada, ajuda na flutuação.”

IIB “Porque o colete salva-vidas tem uma

densidade menor do que a da água.”

“Porque a água do mar REM uma tensão

superficial que ajuda a pessoa ou a pedra a

flutuar, já na areia, além de o atrito ser maior,

não existe essa propriedade.”

Tabela 8: Algumas respostas transcritas de acadêmicos do curso de licenciatura em Física para os subestágios IB, IIA e

IIB.

Paradoxalmente, os acadêmicos estão no segundo semestre de curso, ou seja, deveriam ter um senso

explicativo e produção de imagens bem mais evoluída e esperaríamos uma maior frequência de respostas

classificáveis como estágio III. Esse resultado nos possibilita concluir que a) pessoas que usaram a "rote

learning" - ou aprendizagem mecanicista de Ausubel - deixaram o ensino médio para ingressar na

universidade e trouxeram consigo as mesmas dificuldades que apresentaram na escola e b) a aplicação do

modelo dos cientistas podem desenvolver alunos a partir dos níveis I a IIB já no segundo ano do ensino

médio, com uma interpretação conceitual equivalente àquela de acadêmicos universitários que não

receberam o método.

O pós-teste aplicado com os acadêmicos do curso de licenciatura em Física teve os seguintes

resultados (Tabela 9):

Total de acadêmicos que acertaram

cada questão

Número de questões corretas e a quantidade

de acadêmicos que acertaram





13




5 questões 0

Tabela 9: Resultados do pós-teste aplicado com estudantes do curso de graduação em licenciatura em física.

Esses resultados foram organizados em um gráfico (Figura 3), onde podemos observar, mais uma vez

que a questões 3 e 4 tiveram um número mais elevado de acertos, juntando-se a elas a questão 1. A questão

1 mostra que operações lógicas formalizadas estão presentes, já que para respondê-la é necessário pensar as

relações entre as grandezas que não são evidentes apenas em análise às equações que descrevem os

fenômenos hidrostáticos.

Figura 3: Gráfico referente às respostas obtidas no pós-teste aplicado com participantes do segundo semestre do curso de

graduação em Física.

3.1 Discussão final e conclusão

Este trabalho está sendo implementado em turmas de ensino médio e do curso de graduação em

licenciatura em Física para todos os cientistas cujos resultados fazem parte da estrutura curricular do Plano

Nacional de Educação 2013, constituindo de 22 experimentos e 16 biografias, com expectativa de término

da elaboração do material e conjuntos de materiais didáticos em dezembro de 2015.

Os primeiros resultados, além dos discutidos no presente trabalho são promissores, uma vez que

mostram que as atividades apresentam potencial capaz de fornecer uma metodologia que permite avaliar o

aprendizado dos estudantes e situá-los em classificações referentes aos três eixos de desenvolvimento de

Piaget e Inhelder, com planejamento pedagógico por evidências e a construção da aprendizagem

significativa de Ausubel. Quando essa classificação for finalizada, será possível planejar melhor as demais

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

1900ral

Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5

Quantidade de questões

corretas



14

atividades de acordo com as necessidades da turma participante no sentido de formar competências entre

estudantes. Se essas lacunas no aprendizado não são preenchidas, em cada nova etapa do processo de ensino

e aprendizagem mais dificuldades vão sendo acrescentadas e cada vez mais se torna difícil minimizá-las

quando o indivíduo deixa a escola, levando as dificuldades de formação de imagens mentais de

experimentos mais básicos para a universidade. Vale a pena destacar que as atividades em grupos de

trabalho são bem mais aceitas pelos grupos de estudantes de ensino médio que os universitários que tendem

a evitar o método, provavelmente pela influência do meio competitivo que já se estabelece nos primeiros

semestres de curso.

Com os resultados, podemos observar que tantos os alunos do ensino médio quanto os do ensino

superior, para a atividade do Princípio de Arquimedes, apresentaram resultados que os classificaram como

estágio (IIA e IIB) de Piaget e Inhelder (1962). Esse estágio é caracterizado por explicações corretas, porém

com confusões entre os conceitos que podemos resolver com a redefinição de partes da metodologia.

Contudo, se essas contradições não forem trabalhadas dentro de metodologias adequadas, é possível que em

outras atividades também encontremos os mesmos alunos com dificuldades, devido à falta de esclarecimento

ou capacidades de julgamento sobre os conceitos envolvidos, tentando maximizar o número de casos de

classificações tipo III ao final do terceiro ano do ensino médio, nas escolas onde realizamos o projeto.

Contudo, outro fato importante é que percebemos que o “Modelo dos cientistas” adaptado por nós

surge como uma contribuição para o cumprimento das metas estabelecidas pelo PNE, que faz menção a um

ensino com articulação entre teoria e prática. Através dessas atividades é possível estabelecer uma relação

entre história da ciência e atividades práticas, com ambiente de trabalho apropriado para os conteúdos que os

alunos devem dominar dentro do ensino de física e ciências, o que verificamos ser bem aceitos e discutidos

pelos grupos de trabalho dos alunos durante as atividades do projeto.

3.2 Referências

ARAÚJO, M. S. de A.; ABIB, M. L. V. dos S. Atividades Experimentais no Ensino de Física: Diferentes

Enfoques, Diferentes Finalidades. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 25, no. 2, Junho, 2003.

AUSUBEL, D.P.; NOVAK, J. D.; HANESIAN, H. Educational Psychology: A cognitive view, second

edition. New York: Holt Rinehart and Winston, 1978.

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ensino de Física, v. 13, p. 97-103, 1991.

BRASIL. Câmara dos Deputados. Projeto de Lei do Plano Nacional de Educação (PNE 2011/2020).

Brasília, DF, 2013.



15

CACHAPUZ, A., GIL-PEREZ, D., CARVALHO, A.M.P., VILCHES, A. A necessária renovação do ensino

das ciências. São Paulo, SP: Cortez, 2005.

DUARTE, M. da C. A história da ciência na prática de professores portugueses: implicações para a

formação de professores de ciências. Ciência & Educação, v. 10, n. 3, p. 317-331, 2004.

FREIRE, P. Pedagogia da Autonomia: saberes necessários à prática educativa. São Paulo, SP: Paz e Terra,

2011.

GAGLIARDI, R.; GIORDAN, A. La historia de lãs ciencias: uma herramienta para la ensenanza. Historia

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PESSOA JR, O. Quando a abordagem histórica deve ser usada no ensino de ciências? Ciência & Ensino, n.

1, p. 4-6, 1996.

PIAGET, J.; INHELDER, B. Le developpement des quantities physiques chez l´enfant. Neuchatel: D.

Delachaux and Neistel, 1962.

REIS, A. S. dos; SILVA, M. D. de B.; BUZA, R. G. C. O uso da história da ciência como estratégia

metodológica para a aprendizagem do ensino de química e biologia na visão dos professores do ensino

médio. História da Ciência e Ensino: construindo interfaces, vol. 5, p. 1-12, 2012.

Anexo 1

Pré-teste

Questão 1: Por que uma pessoa com colete salva-vidas consegue flutuar com mais facilidade que uma

sem?

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_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

Questão 2: Por que conseguimos carregar uma pedra ou uma pessoa com mais facilidade dentro do mar

do que na areia?

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_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

Anexo 2

Arquimedes

(287 – 212 a.C.)



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Arquimedes nasceu em Siracusa, na Sicília. Destacou-se pelos seus estudos

relacionados aos campos da física e matemática e também por criar instrumentos que o

ajudassem a desenvolver suas próprias pesquisas. Na época as doutrinas filosóficas gregas

exaltavam as noções de medida, ordem e proporção com exigência da perfeição

geométrica das coisas naturais.

Arquimedes foi convocado por um tirano de Siracusa chamado Hierão para resolver um problema.

Hierão suspeitava que o ourives que fizera sua coroa o havia enganado, colocando uma quantidade de ouro

menor do que aquela que fornecera. A Arquimedes foi dada a missão de descobrir se a coroa era feita de

ouro maciço ou se na verdade era uma mistura de ouro e prata. Arquimedes resolveu o problema enunciando

um dos principais princípios da Hidrostática, conhecido como o Princípio de Arquimedes que explica

porque um navio consegue flutuar e porque nos sentimos mais leves na água. Arquimedes também foi o

primeiro a calcular o valor de π e as propriedades da quadratura da parábola.

Em 212 a. C., durante a Segunda Guerra Púnica, os romanos invadiram Siracusa com o intuito de

conquistar territórios e mercado. Arquimedes teve sua casa invadida quando desenhava figuras geométricas

na areia. Quando um soldado se aproximou dele, Arquimedes insistiu para que o permitisse terminar seu

raciocínio, mas foi assassinado pelo soldado. As máquinas projetadas por Arquimedes para proteger

Siracusa dos ataques falharam e a cidade foi tomada pelo império romano.

Anexo 3

Princípio de Arquimedes

As conclusões de Arquimedes mostraram que existe uma grande diferença em carregar uma

pedra fora do que dentro d’água. Dentro da água a pedra parece estar muito mais leve. Isso ocorre porque a

água exerce sobre a pedra uma força direcionada para cima, o que explica a sensação de leveza.

Essa força conhecida como empuxo surge devido a diferentes

intensidades de pressão à qual um corpo fica submetido quando imerso total ou

parcialmente em um fluido (líquido ou gás). Como o fluido exerce força de todos os lados do corpo, a

resultante dessa força é direcionada verticalmente para cima.



17

Arquimedes enunciou o princípio que afirma: “Todo corpo imerso, total ou parcialmente, num fluido

em equilíbrio, sofre a ação de uma força vertical, para cima, aplicada pelo fluido. Essa força é denominada

empuxo, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo”.

Levando-se em consideração que o empuxo E tem intensidade igual

ao peso do fluido deslocado pelo corpo, podemos escrever:

onde, ; Observações:

Aceleração da gravidade g= 9,8m/s² (quando necessário

usaremos 10m/s²);

Densidade da água d=1000kg/m³=10³kg/m³

Quando o corpo está totalmente imerso no fluido o

volume deslocado é igual ao volume do corpo.

Peso aparente

O peso aparente é a diferença entre o peso do corpo fora do fluido e o empuxo que ele sofreria

quando imerso no fluido.

Condições de flutuação de um corpo

Observe que a intensidade do empuxo não depende da densidade do corpo, embora essa grandeza

seja importante para saber se um corpo afundará ou flutuará ao ser colocado em um fluido:

a) O corpo afunda:

Um corpo afunda quando sua densidade é maior que a densidade do fluido. Nesse caso, o corpo pode

ter a influência de outras forças como a reação normal do fundo do recipiente. Em outras palavras, a

intensidade do empuxo é menor que a força peso.

b) O corpo flutua:

Um corpo flutua quando sua densidade é menor que a densidade do fluido. Em outras palavras, o

empuxo exercido pelo fluido é maior que o peso do corpo.



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O mesmo acontece com um balão. O empuxo exercido pelo ar é maior do que o peso do balão, o que

o faz subir. Observe agora que o fluido é o Ar.

c) O corpo permanece em equilíbrio:

Um corpo permanece em equilíbrio totalmente submerso em um fluido quando sua densidade for igual a

densidade do fluido.

Na figura acima não temos um corpo totalmente submerso, mas ele também está em equilíbrio, pois a

intensidade do empuxo é igual a intensidade da força peso.

Anexo 4

Roteiro para Atividade Experimental sobre o Princípio de Arquimedes

Materiais utilizados:

Pote com água;

Dinamômetro;

Cascalho;

Copo graduado.

1. Primeiramente, coloque o cascalho dentro do copo graduado. Coloque o conjunto no

dinamômetro e anote o valor da massa do conjunto. mCfora=_____________

2. Coloque o conjunto no pote com água e verifique o que acontece.

3. Anote o nível da água no copo graduado.

4. Retire o conjunto de dentro da água, retire o cascalho do copo e coloque água dentro até o

ponto onde havia o nível da água.

5. Pese o copo graduado com água fora do pote com água. m=_____________



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6. Compare os resultados obtidos nos itens 1 e 5.

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

7. Recoloque o copo graduado com água no pote. O nível é o mesmo que do cascalho anotado no

item 3?

_______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

8. Quanto vale o peso aparente do copo graduado contendo o cascalho dentro do pote com água?

Anexo 5

Pós-teste

Questão 1: O empuxo exercido por um fluido sobre um corpo totalmente mergulhado nele depende

do(a):

a) Profundidade do corpo no fluido.

b) Substância que constitui o corpo.

c) Peso do corpo.

d) Volume do corpo.

Questão 2: O empuxo sobre um corpo totalmente submerso em um fluido em equilíbrio:

I. Surge porque a pressão na base do corpo é maior que a pressão no topo.

II. Independe do volume do corpo.

III. É igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo, em módulo.

Está(ão) correta(s)

a) apenas II.

b) apenas I e II.

c) apenas III.

d) apenas I e III.

Questão 3: Um balão de festa de aniversário não sobe quando o enchemos com ar dos pulmões

porque:

a) o ar dos pulmões, que colocamos no balão é mais denso que o ar externo.

b) o ar externo oferece empuxo de maior valor que o ar de dentro do balão.

c) o peso do balão é menor do que o empuxo.

d) o ar dos pulmões, que colocamos no balão é menos denso que o ar externo.

Questão 4: Observe a figura abaixo, onde um ovo foi colocado para flutuar na água em três posições

distintas. Com base nessas informações, pode-se afirmar que o volume deslocado será:



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a) Maior na situação 1.

b) Maior na situação 2.

c) Maior na situação 3.

d) Igual nas três situações.

Questão 5: Observe a figura abaixo onde uma esfera metálica e um barquinho, todos com a mesma

massa foram colocados em recipientes similares com água.

O que se pode inferir sobre o empuxo sofrido pela esfera (EE) e pelo barquinho (EB)?

a) EE=EB

b) EE>EB

c) EE<EB

d) Eles não sofrem empuxo.

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