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PRÁTICA INVESTIGATIVA NO AUXÍLIO DA APRENDIZAGEM DOS CONCEITOS DE QUANTIDADE DE MOVIMENTO E LEIS DE NEWTON

Carlos Hegeto1

Prof. MSc. Ricardo Francisco Pereira2

RESUMO

O foco principal nesse artigo é relatar o desenvolvimento, discussão e os

resultados obtidos na aplicação de algumas práticas investigativas sobre as leis de

movimentos expostas aos alunos do primeiro ano do Ensino Médio do ano 2011 do

Colégio Estadual Dr. Gastão Vidigal, com a finalidade de detectar se houve ou não a

existência de mudanças significativas na aquisição dos conhecimentos inerentes aos

tópicos quantidade de movimento, leis de Newton e energia mecânica, na tentativa

de capacitá-los a dar explicações fundamentadas em conceitos sistematizados dos

fenômenos observados no seu mundo de vivência. Mesmo com os resultados

aquém do esperado inicialmente, foi possível perceber e corroborar que o

experimento investigativo age nos alunos como agente instigador no

desenvolvimento cognitivo, tirando-o do seu estado de indiferença. Desta forma

chega-se a conclusão do grande valor da necessidade do professor estabelecer em

suas aulas situações concretas, com a finalidade de tornar compreensivos os

fenômenos físicos e de promover condições para aprimorar o conhecimento

científico dos estudantes.

PALAVRAS-CHAVE: Física, Plano inclinado; Quantidade de Movimento; Leis de Newton; Energia Mecânica e Prática Investigativa.

1 Professor da Rede Pública do Estado do Paraná, Núcleo Regional de Maringá. 2 Professor MSc.; Orientador da Universidade Estadual de Maringá.

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ABSTRACT

The main focus of this paper is to report the development, discussion and the

results obtained in applying some investigative practices on the laws of motion

exposed to first-year students of the year 2011 from the State College Dr. Gastão

Vidigal, in order to detect whether or not significant changes occurred in the

acquisition of knowledge inherent to the topics of momentum, Newton's laws and

mechanical energy in an attempt to enable them to give explanations based on

systematized concepts of the observed phenomena in their world of experience.

Even with the results below expectations initially, it was possible to corroborate the

experimental and investigative acts as an agent instigating the students in cognitive

development, taking it out of their state of indifference. Thus, one arrives at the

conclusion of the great value of the teacher's need to establish concrete situations in

their classes, in order to make the physical phenomena more comprehensive and to

promote conditions to improve scientific knowledge of students.

KEYWORDS: Physics; Inclined Plane; Quantity of Motion, Newton's Laws,

Mechanical Energy and Investigative Practice.

INTRODUÇÃO

Acreditando na possibilidade de aprimorar os sentidos perceptivos dos alunos

para desvendar e compreender os fenômenos físicos que acontecem na natureza, é

que se criam modelos e de forma incansável se constrói objetos para realizar

experimentos até chegar a explicações condizentes com os fenômenos físicos, na

tentativa de fazer com que o aluno aprenda a utilizar e dominar a tecnologia atual

existente para lhe proporcionar uma qualidade melhor de vida.

Aprender o cotidiano de outra forma nos revela um mundo real diferente com

possibilidade de nos premiar intimamente através da apropriação do conhecimento

científico e que deve ser entendida a toda comunidade estudantil, conforme nos

garante Pietrocola.

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“É necessário mostrar na escola as possibilidades oferecidas pela Física e pela ciência em geral como formas de construção de realidades sobre o mundo que nos cerca. Isso implicará um conhecimento do tipo sentimento, que, uma vez aprendido, não será jamais esquecido por qualquer um que o tenha provado um dia.” (Pietrocola,2001,p.31)

Devido ao desinteresse generalizado dos alunos que ingressam no ensino

médio, houve a necessidade de traçar caminhos alternativos que foram adequados

no auxílio da aprendizagem de tal maneira que despertasse sua curiosidade em

saber os porquês dos fenômenos físicos que ocorrem no seu cotidiano e que

espelhado na proposta de trabalho sugerida por Fiolhais e Trindade, citado por

Reginaldo Ribeiros Soares e, Paulo de Faria Borges no XI Encontro de Pesquisa em

Ensino de Física – Curitiba – 2008, nos ajudou a definir os rumos que deveriam ser

tomadas.

“Cabe ao professor proporcionar recursos de aprendizagem mais eficazes, procurando ajudar os alunos a vencer as dificuldades, buscando,sempre que possível, atualizar seus recursos pedagógicos, pois falhas na aprendizagem de conceitos complexos e difíceis de intuir poderão ocorrer, com mais freqüência, se forem apresentados somente de uma forma verbal e textual” (Fiolhais, Trindade, 2003).

Nessa busca de alternativa em tentar atingir o propósito de forma concreta na

aprendizagem do aluno e seguindo uma das características básica de Vygotsky

(toda construção teórica é respaldada por um experimento) foi proposta e

desenvolvida uma prática investigativa utilizando o plano inclinado e esferas de aço

na possibilidade de resgatar a suposta experiência executado por Galileu Galilei

(1564-1642).

Nota-se que por meio da História, a construção do conhecimento e o

desenvolvimento tecnológico não aconteceram ao acaso, mas sim de forma gradual

embutido no contexto social e econômico da época em questão, nos dando a

certeza que a ciência não está pronta e nem acabada. Torna-se necessário

esclarecer que o método experimental é mais um auxílio e não uma fórmula absoluta

na construção do conhecimento, portanto, segundo as Diretrizes Curriculares da

Educação Básica do Paraná (Paraná, 2008):

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[...] ao adotar a experimentação e propor atividades experimentais, o professor, mais do que explicar um fenômeno físico, deve assumir uma postura questionadora de quem lança dúvidas para o aluno e permite que ele explicite suas idéias, as quais, por sua vez, serão problematizadas pelo professor. (PARANÁ, 2008, p.73).

Uma das precauções tomada foi a linguagem utilizada nessa interação

professor/aluno, pois a consideramos fundamental na compreensão sistemática do

saber científico, pois entendemos que a aprendizagem acontece de forma concreta

no momento em que o fenômeno físico seja codificado no formato compreensível do

intelecto do aluno sendo posteriormente moldado seu linguajar comum em

linguagem científica.

No contexto do estudo do movimento, adotamos como prioritários os

conceitos de momentum e impulso, pois segundo as Diretrizes Curriculares da

Educação Básica do Paraná (Paraná, 2008), carregam as idéias fundamentais de

espaço, tempo e matéria (massa) e que conduzem ao conceito de força, reforçando

a definição da segunda lei de Newton, tornando o professor como principal

responsável em demonstrar a importância no entendimento da relação intrínseca da

variação da quantidade de movimento e do princípio fundamental da dinâmica no

propósito de demonstrar e atestar a veracidade dos conceitos explicados por Isaac

Newton (1642-1727)que o tornou ícone da mecânica clássica.

Torna-se necessário frisar mais uma vez que a idéia principal nesse trabalho

de investigação é fornecer mais um recurso pedagógico que auxilie na escolha de

um caminho mais eficiente no ensino e aprendizagem dos nossos alunos para que

suas vidas sejam coroadas de êxitos e de total integração no seu mundo de

vivência.

METODOLOGIA

Analisando o contexto social em que os alunos vivem nos dias atuais,

notamos que existem inúmeros incentivos adversos à apropriação dos

conhecimentos do saber escolar e para tanto é que de uma forma diferenciada,

partimos da própria experiência de seu cotidiano a fim de se conciliar com o saber

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científico, conforme nos norteia as Diretrizes Curriculares da Educação Básica do

Paraná.

“É importante que o processo pedagógico, na disciplina de Física, parta do

conhecimento prévio dos estudantes, no qual se incluem as concepções alternativas

ou concepções espontâneas” (Seed,2008,p.61). E com essa finalidade,foi

desenhada na lousa a representação do plano inclinado conforme a figura 1,

esclarecendo aos alunos que as esferas são constituídas de mesmo material, de

mesmo formato e dimensão igual (idênticas) e a partir desse desenho foram

formuladas duas questões no objetivo de obter informações prévias do entendimento

espontâneo dos alunos. Por conveniência, nesse momento foi passado aos

estudantes o conceito de massa cuja representação será por meio da letra m,

ficando a massa da esfera 1definida por m1 e a massa da esfera 2 definida por m2.

1

A

2

B

Figura 1

O passo seguinte foi refazer o desenho em nova posição de tal maneira em

que as duas extremidades ficassem mesma altura e que os dois lados do plano

tivessem mesma inclinação em relação ao plano horizontal, conforme a figura 2.

1

A

2

B

Figura 2

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Com esse novo posicionamento do plano inclinado foram apresentados aos

alunos alguns questionamentos inerentes ao que poderiam acontecer ao se soltar a

esfera 1. Esses questionamentos tinham como meta, mostrar aos alunos que

alguma coisa era transferida de uma esfera para outra com a colisão, ocasionando

como consequência a mudança de movimento de cada uma das esferas.

No encontro seguinte, foi feito a apresentação do aparato (plano inclinado)

que seria utilizado na demonstração experimental investigativa, no propósito de

conciliar o senso comum com o saber científico, moldando o pensamento dos alunos

numa forma nova de ver os fenômenos físicos em questão. Apresentado o aparato

(ver figura 3) e solicitando aos aprendizes que observassem com a máxima atenção

os acontecimentos no transcorrer do experimento, lembrando-os dos conceitos de

espaço, tempo, velocidade e massa.

mangueira

esferas de aço

h1 ripa h2

tripé de sustentação

FIGURA 3: Aparato experimental para estudo da conservação da quantidade de movimento e conservação de energia. Acervo próprio.

Após essas observações foi realizada a prática com o plano inclinado,

primeiramente de forma qualitativa, permitindo determinado tempo para os alunos

refletirem e sanar suas dúvidas sobre o que estavam observando no experimento,

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sendo notório o interesse e a participação dos alunos, instigados ao aprendizado por

meio da intervenção do professor. No segundo momento, de forma quantitativa, foi

realizada novamente a prática e construiu-se uma tabela com os resultados de h1 e

h2 obtidos com auxílio de uma esfera de aço de massa m, balança e trena.

O objetivo desta ação foi gerar expectativa para introdução dos conceitos de

quantidade de movimento e conservação de energia mecânica, cujo conteúdo foi

exposto seguindo o livro texto3 com leitura e desenvolvida com exemplos diversos

da suas respectivas aplicações, utilizando a TV pendrive com vídeos escolhidos

para esse fim. A título de reforço foi também apresentado o pêndulo múltiplo de

Newton.

Com os resultados explícitos pela tabela e considerando a hipótese de que os

alunos estavam familiarizados com o conteúdo descrito através da aula expositiva,

houve uma pequena pausa para análise e reflexão dos respectivos valores e depois

foi solicitado á responderem as perguntas feitas em relação às grandezas físicas

envolvida no experimento que são citadas a seguir:

a) Pelos resultados da tabela, houve conservação de energia mecânica?

b) Por que a esfera continuou seu movimento até a altura h2 < h1?

c) Você seria capaz de calcular a energia dissipada nesse movimento?

De que forma?

Outra variável que possibilitou o estudo investigativo dos movimentos foi colocando

o aparato sobre uma mesa, conforme mostra a figura 4. Com a trena efetuou-se as

medidas das distâncias (h, X1 e H).

3 Livro texto adotado pelo Colégio: TORRE,Carlos Magno A; NICOLAU Gilberto Ferraro;

SOARES,Paulo Antonio de Toledo. Física - Ciência e Tecnologia. Vol 1- 2.ed. São Paulo:

Moderna,2010.

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esfera 2

esfera 1 X1 h

H

FIGURA 4: Aparato experimental em outra configuração para uso. Acervo próprio.

Na tentativa de melhor esclarecimento sobre a totalidade da execução do

experimento é apresentado o esquema (figura 5) e o relato completo em duas

etapas do procedimento que foi realizado. 2

1 2 h

H

1 2 solo

X1

X2

Fig.5: esquema utilizado no procedimento

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Etapa A

1. Utilizando o posicionamento do aparato mostrado na figura 4, com a trena

medimos a distância X1 e as alturas H e h.

2. Coloca-se a esfera 1 de massa M1na extremidade da caneleta horizontal.

3. Abandona-se a esfera 2 de massa M2 da parte elevada da caneleta de uma

altura h.

4. Com o Cronômetro mede-se o tempo (t1) que a esfera 2 demora para chegar

no início da pista na horizontal.

- Obs.: teoricamente a esfera 2 mantém a velocidade de entrada na horizontal até

que ocorra a colisão com a esfera 1.

5. Repete-se a ação do item 3 na mesma condição e com o cronômetro mede-

se o tempo (t2) até à colisão da esfera 2 com a esfera 1

6. Repete-se a ação do item 3 nesta mesma condição e com o cronômetro

mede-se o tempo (t3) que as esferas 1 e 2 demoram para atingir o solo

7. Com a trena mede-se a distância X2 e X3, que representa o alcance na

horizontal das esferas ao atingir o solo.

Alicerçado pelas teorias do livro texto que foram desenvolvidas nas aulas

expositivas numa ação interativa entre professor e aluno, partimos da premissa de

que os alunos tinham adquirido capacidade na utilização das leis do movimento

(equação horária das posições, equação da velocidade e equação de Torricelli,

quantidade de movimento, leis de Newton e conservação de energia), para que os

aprendizes respondessem os questionamentos relacionados com as grandezas

físicas que foram aplicadas no experimento.

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Etapa B

esfera 1

esfera 2

FIGURA 6: acervo próprio

B-1 Abandonou-se a esfera 1 da parte elevada de uma certa altura conforme ilustra

a figura 6 indo colidir com a esfera 2 situada no início da caneleta horizontal.

Utilizando esferas de mesma massa primeiramente medimos a distância entre elas

no início do movimento simbolizada por ∆S e o tempo gasto pela esfera 1 atingir a

esfera 2. Repetimos o procedimento com massas diferentes e observamos o que

ocorreu após a colisão.

B-2 Em continuidade foi usada duas esferas de massa diferentes (m1<m2).

Abandonamos a esfera 1 de uma altura h da parte elevada da caneleta,foi medido o

tempo(∆t) que levou para atingir a esfera 2 e medimos com a trena qual foi o seu

deslocamento ∆s efetuado. Repetiu-se o mesmo procedimento acima, mas variando

a altura de abandono da esfera 1 e registramos os valores obtidos.

Foram supridos alguns detalhes do procedimento experimental por

considerarmos irrelevantes diante do propósito desse artigo em demonstrar se

houve ou não a existência de mudanças significativas na aquisição dos

conhecimentos inerentes aos tópicos quantidade de movimento, leis de Newton e

energia mecânica.

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ANÁLISES E RESULTADOS Contemplados com as respostas dos trinta alunos que participaram da

implementação do projeto de intervenção na escola públicas do Programa de

Desenvolvimento Educacional (PDE), foi possível fazer a análise e obter os

resultado descritos a seguir.

Analisando a primeira e segunda questão relacionada com a figura 1,foi

notório que as concepções espontâneas apresentadas pelos alunos, num porcentual

máximo de 40%, aproximaram de forma equivocada e confusa no esclarecimento do

que iria ocorrer. Nos 60% restante, os alunos demonstraram quase nenhum

conhecimento sobre os questionamentos, tendo idéias confusas sobre espaços,

tempo, velocidades causando preocupação inerente ao fato, pois esse questionário

foi efetuado no terceiro período desse ano letivo.

Em relação às perguntas efetuadas sobre a figura 2, verificou-se que as

respostas dadas pelos alunos pouco mudaram as estatísticas das análises obtidas

nas questões anteriores. Com esses resultados ficou evidente a necessidade da

intervenção do professor no sentido de orientá-los sobre os conceitos e aplicações

correta das grandezas físicas envolvidas no experimento.

Após a intervenção do professor em dar respaldo científico, no transcorrer da

demonstração da prática com o aparato, os alunos em posse com esses

conhecimentos manifestaram um interesse maior em participar na coletas de dados

com o uso do cronômetro e a trena, porém as perguntas realizadas nas etapas A e B

obtiveram respostas que não ultrapassaram os 60% de acertos, comprovando a

persistência na utilização das concepções espontâneas.

O que mais chamou a atenção pelo lado negativo foi que 15 % dos alunos se

mostraram aptos a relacionar massa e velocidades, conseguindo chegar aos

conceitos de quantidade de movimento e conservação de energia mecânica.

Consideramos um percentual muito baixo devido ao fato dos alunos já terem contato

com o conteúdo antes da realização dessas atividades experimentais.

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Outra questão que achamos relevante foi supor se esse procedimento traria

resultados melhores em outra turma, porém acreditamos que as mudanças dos

resultados não seriam diferentes, pois pela própria experiência sabemos que o grau

de conhecimentos está nivelado igualmente em todas as turmas.

Por fim, esses resultados negativos nos serviram para o indicativo de

perceber de forma significativa que a mudança de postura do professor influencia

diretamente no interesse dos alunos pela atividade, principalmente se houver uma

harmonia maior entre a prática e o conteúdo, pois notamos que nossos alunos

necessitam de um tempo maior para organizarem sistematicamente seu raciocínio

na obtenção do aprendizado dos tópicos apresentados.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com o objetivo focado em quebrar alguns mitos e receios da aprendizagem

inicial dos primeiros anos do Ensino Médio, “atacamos” o ponto crucial, tratando de

retirar os alunos de sua passividade nas aulas, fazendo-os a ter uma participação

mais dinâmica sobre os problemas que envolvem os estudos da quantidade de

movimento, leis de Newton e conservação de energia.

Na tentativa de tornar as aulas mais próximas da realidade é que foi utilizada

a experiência do plano inclinado eliminando a abstração que acontece geralmente

no estudo de algum tópico dessa disciplina. Ao analisar todo o desenvolvimento que

ocorreu na aplicação do projeto de intervenção pedagógica na escola que era

visualizada como algo impossível de se aprender, tornou-se perceptível a mudança

de pensar e agir do estudante de maneira comparativa do início e fim dessa

utilização em sala de aula.

Diante da síntese dos resultados apresentados foi notório que apesar do

baixo desempenho dos alunos, pode-se afirmar que o emprego de uma atividade

experimental de caráter investigativo muito contribui para a aprendizagem e faz com

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que a apropriação do saber científico seja agradável e fomente a ansiedade do

saber de forma crescente no seu mundo de vivência.

Para finalizar há necessidade de frisar, que os resultados adquiridos no

experimento, nos obrigam a uma reflexão e estudo mais aprofundados sobre o

nosso trabalho como profissional e decidir o que é melhor e útil na preparação dos

nossos alunos no enfrentamento do seu dia a dia.

REFERÊNCIAS

PARANÁ. Diretrizes Curriculares da Educação Básica. Física. Curitiba: SEED,

2008.

PIETROCOLA, M (organizador). Ensino de Física: conteúdo, metodologia e

epistemologia em uma concepção integradora. Florianópolis: Editora da UFSC,

2001.

ROCHA, José Fernando M.(Org.).Origens e evolução das idéias da física. Capítulo I - Mecânica (escrito por Roberto I. Leon Ponczek)p.21-128. Salvador-Ba:EDUFBA,2002.

SOARES, Reginaldo Ribeiro; BORGES, Paulo de Farias.O plano inclinado de

Galileu e a história da ciência na sala de aula do ensino médio de física.

Curitiba: XI Encontro de Pesquisa em Ensino de Física –2008, p.2.

TORRE,Carlos Magno A; NICOLAU Gilberto Ferraro; SOARES,Paulo Antonio de

Toledo. Física-Ciência e Tecnologia. Vol 1- 2.ed. São Paulo: Moderna,2010.

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OBRAS CONSULTADAS

CANIATO, Rodolfo.As Linguagensda Física.Mecânica.São Paulo:Ática,1990

VIGOTSKI,L.S. A construção do pensamento e da linguagem. São Paulo: Martins

Fontes, 2000;

DA INTERNET

http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/diaadia/diadia/arquivos/File/conteudo/artigos_teses/fisica/artigos/argumentacao_discurso.pdf (consulta feita 16/01/2012, às 9:00 horas)

http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/061205.pdf (consultado em 16/01/2012 às 16:00 horas)

http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/diaadia/diadia/arquivos/File/conteudo/artigos_teses/fisica/artigos/proposta_avaliacao.pdf (consultado em 20/01/2011 às 17:30 horas)