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Uma proposta de ensino de hidrostática utilizando experimentos acompanhados de roteiros programados. Os experimentos são baseados na interação do aluno com o experimento, construindo conhecimento gradativamente. Figuras e quadros para ilustrar as situações e explicações para aplicação prática. O objetivo é reduzir o tempo necessário para ensinar hidrostática em um número reduzido de aulas.
Tipologia: Notas de aula
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Licenciatura em Física Instituto de Física UFRJ
I. F. U. F. R. J.
REGiSTR. DATA
Neste trabalho desenvolvemos uma proposta de apresentação do conteúdo de Hidrostática para o ensino médio. A proposta tem por base a utilização de experimentos acompanhados de roteiros programados, criados levando-se em consideração a interação do aluno com o experimento, calcado na construção do conhecimento de forma gradativa, onde a interação entre o aluno e o experimento apóia-se no conhecimento prévio adquirido nas observações anteriores.. Os textos fora meticulosamente preparado para tal, propiciando uma interação dinâmica do aluno com o experimento. O presente trabalho apresenta um planejamento do curso de Hidrostática, incluindo os ' objetivos a serem alcançados em cada conteúdo conceituai. Dentro do conteúdo de Hidrostática,
Palavras-chaves: Empuxo, Hidrostática, Peso aparente
QUADRO l - Relação de assuntos, objetivos, habilidades /competências /atitudes 33 QUADRO 2 - Detalhamento do plano de unidade - Assunto I: Massa específica e densidade. 34 QUADRO 3 - Detalhamento do plano de unidade - Assunto II: Força de empuxo: o princípio de Arquimedes 34
QUADRO 4 - Detalhamento do plano de unidade - Assunto III: Pressão 35 QUADRO 5 - Plano de aula: Força de empuxo: o princípio de Arquimedes 36
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- densidade do líquido deslocado FIGURA l - Materiais utilizados na observação da variação do empuxo em função da - FIGURA 2 - Variação as da posição do ovo quando se adiciona sal de cozinha na água - determinam o empuxo FIGURA 3 - Materiais utilizados no experimento de observação das variáveis que - FIGURA 4 -Massas utilizadas como padrão na situação l - FIGURA 5 - Situação 1: pesagem dos corpos não mergulhados - FIGURA 6- Situação 1: pesagem dos corpos mergulhados - FIGURA 7 - Massas utilizadas como padrão na situação l - FIGURA 8 - Situação 2: pesagem dos corpos não mergulhados A apresentação dos tópicos relativos à Hidrostática no ensino médio tem sido, de certa forma, prejudicada quando da priorização dos conteúdos necessários para o ensino de Física a serem apresentados. Tal conteúdo é "espremido" no final da primeira (ou segunda) série do ensino médio, devido ao extenso conteúdo dos outros tópicos de Mecânica. Considerando as entrevistas realizadas com alguns professores de Física da rede de ensino público e particular, podemos afirmar que a maioria dispõe de 4 a 6 tempos de aula para abordar os conceitos de Hidrostática. A Reorientação Curricular para o Ensino Médio, apresentada pela Secretaria Estadual de Educação do Estado do Rio de Janeiro no ano passado (SEE, 2006) propõe uma estrutura para a seriação no ensino médio na qual todo o conteúdo de Mecânica deve ser apresentado na segunda séria. Nesta mesma proposto de reorientação o ensino de Hidrostática é indicado como opcional, assim como Movimento Circular, Gravitação Universal, Movimento Oscilatório e Quantidade de Movimento. O professor deve escolher pelo menos um destes temas opcionais para lecionar nesta série.
Considerando-se a importância do ensino de Hidrostática no ensino médio, torna-se necessário organizar o conteúdo a ser abordado de forma simples e objetiva, desenvolvendo os planos de aula, utilizando experimentos e roteiros de acompanhamento pelo aluno, para viabilizar a apresentação do conteúdo em um reduzido número de aulas a ser definido.
l .3 ESTRUTURA DO TRABALHO APRESENTADO Este trabalho aborda uma estrutura de apresentação do conteúdo relativo ao Empuxo apoiada na experimentação, com a utilização de kits construídos pela escola ou pelos próprios alunos em atividades programadas. A utilização dos experimentos é acompanhada de roteiros didáticos que levam os alunos à construção do conhecimento de forma sólida, reduzindo o tempo necessário para a exposição didática. A estrutura aqui apresentada para a abordagem dos conceitos de empuxo é valida para todo o conteúdo de Hidrostática, assim como para qualquer outro conteúdo do ensino de Física.
Utilizando o plano de unidade apresentado posteriormente neste trabalho, o professor poderá escolher na literatura disponível uma relação de experimentos que possam ser utilizados para abordar o restante do conteúdo de Hidrostática segundo esta mesma estrutura de utilização de roteiros para o aluno.
grande valia e importância o conhecimento prévio do aluno. No ensino das ciências, os experimentos e verificações permitem que conhecimentos já acomodados sejam ampliados. Ausubel acrescenta que a eficácia da aprendizagem está na relevância que esta tem para o aprendiz e na interligação do conhecimento novo com o pré-existente. Ou seja:
O aprendizado significativo acontece quando uma informação nova é adquirida mediante um esforço deliberado por parte do aprendiz em ligar a informação nova com conceitos ou proposições relevantes preexistentes em sua estrutura cognitiva. (Ausubel, apud MOREIRA, 1978, p. 159)
Há duas condições básicas para que a aprendizagem se efetue: o desejo ou disposição do aluno em aprender, sair do meeanicismo, interagir, descobrir e atuar; o potencial de significação do conteúdo ensinado pela escola, ou seja, o que é ensinado pelo professor associa-se a conceitos subsunçores, conhecimentos prévios, que servem de subsídios para assimilação e acomodação, efetuando-se, assim, a aprendizagem significativa. Nesta ótica, é relevante que haja um conteúdo mínimo a possibilitar este processo. O aspecto da vivência dentro ou fora do ambiente escolar deve ser considerado e enfatizado, em experimentações diversas e devidamente orientadas. Não se trata, no entanto, de restringir o planejamento a pontos de interesses dos alunos, mas sim de despertar o interesse, envolvimento e participação nas atividades propostas. A construção do conhecimento se dá em ambiência desafiadora e significativa onde se observam três conceitos gerais descritos por El-Hani e Bizzo (2002):
(i) o aluno, quando aprende de maneira significativa, não reproduz simplesmente o que lhe foi ensinado, mas constrói significados para suas experiências; (ii) compreender algo supõe estabelecer relações entre o que se está aprendendo e o que já se sabe; (iii) toda aprendizagem depende de conhecimentos prévios.
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E comum que modelos de instrução sejam derivados diretamente das idéias construtivistas sobre a aprendizagem, resultando em propostas pedagógicas que buscam promover a evolução conceituai tipicamente com o seguinte procedimento El-Hani e Bizzo (2002):
(1) Levantamento das concepções prévias dos alunos; (2) Esclarecimento e intercâmbio de idéias entre os aprendizes; (3) Criação de conflitos cognitivos; (4) Construção de novas idéias; e (5) Revisão do progresso alcançado e aplicação do que foi aprendido a outros contextos.
Não se trata de metodologia e sim de orientação epistemológica. Segundo El-Hani e Bizzo (2002): Um modelo de instrução informado pelas idéias construtivistas não precisa concretizar em sala de aula as etapas do processo interno pelo qual o sujeito confere significado a suas experiências. A mobilização das concepções prévias, eventuais conflitos cognitivos e a construção de novas idéias são processos que têm lugar na mente do aprendiz, sempre que há aprendizagem significativa, independentemente do modelo de instrução.
No âmbito das orientações construtivistas e da aprendizagem significativa é que se situa o presente trabalho de pesquisa, sugerindo o desenvolvimento dos conceitos através de situações de interação, onde o sujeito atua diretamente na testagem de suas hipóteses e na formulação de novas possibilidades.
As orientações gerais presentes na Reorientação Curricular já citada (SEE, 2006) nos lembram que a introdução dos conceitos abstratos deve partir da análise de situações concretas. As demonstrações em sala de aula e atividades de laboratório permitem que o estudante compreenda melhor os conceitos físicos e os fenômenos aos quais eles se aplicam. Enfatizam a compreensão dos conceitos e a aplicação destes em situações concretas. A apresentação do
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A utilização da notação vetorial para a representação dos diagramas de corpo livre é auxiliada com uma malha milimetrada, de forma a explorar o uso das grandezas vetoriais presentes. Desta forma, além do aprendizado dos conceitos de empuxo, também são abordados os conceitos de vetores, tão importantes no ensino de Física e que serão utilizados em conteúdos posteriores.
As massas utilizadas como padrão neste trabalho foram medidas em uma balança de precisão (Fabricante: Coleman, Modelo: BN-300. Precisão: 0,01 g)
FIGURA l - Massas utilizadas como padrão nos experimentos. 13
O primeiro experimento tem como objetivo avaliar qualitativamente a relação entre o empuxo que age em um corpo mergulhado em um líquido e a densidade deste líquido. Cabe ressaltar que os conceitos de massa e densidade já foram abordados em aulas anteriores e atuam como subsunçores para os novos conhecimentos.. Coloca-se um ovo dentro de cada um dos dois recipientes, inicialmente com água pura.
FIGURA l - Materiais utilizados no experimento de observação da variação do empuxo em função da densidade do líquido deslocado. Adiciona-se sal de cozinha em um dos dois recipientes e observa-se a variação da posição do ovo.
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Como parte do experimento, o aluno recebe o roteiro presente no apêndice I, no qual é solicitado ao aluno para fazer um diagrama do experimento. Com o preenchimento do roteiro (pg.
3.3 EXPERIMENTO II - VARIÁVEIS QUE DETERMINAM O EMPUXO Este experimento tem como objetivo levar o aluno a identificar as variáveis que determinam o empuxo exercido por um fluido sobre um corpo.
FIGURA 3 - Materiais utilizados no experimento de observação das variáveis que determinam o empuxo.
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São apresentadas 3 situações diferentes para permitir ao aluno uma clara identificação destas variáveis. Os trechos do roteiro que acompanha o experimento referentes aos itens a seguir encontram-se nas páginas indicadas entre parêntesis. 3.3.1 Situação l (p. 41 - 42) Dois frascos de volumes diferentes são preenchidos com areia até que fiquem com o mesmo peso. No experimento construído foram utilizadas massas de 500 g, valor compatível com o intervalo de medida do dinamômetro utilizado.
FIGURA 4 - Massas utilizadas como padrão na situação l.
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Posteriormente, os frascos são totalmente mergulhados em um recipiente com água e pesados nesta situação.
FIGURA 6 - Situação l: pesagem dos corpos mergulhados.
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O aluno deve anotar os valores das leituras no dinamômetro para os corpos mergulhados e não-mergulhados nos espaços disponíveis no roteiro do experimento e responder às respectivas perguntas (p. 41 - 42). As diferenças entre as forças calculadas em cada caso deverão mostrar ao aluno que, apesar de terem o mesmo peso, os corpos possuem diferentes pesos aparentes quando mergulhados n'água. Os alunos não devem ser induzidos à resposta correta sem a observação do comportamento e a leitura correta das grandezas físicas.
3.3.2 Situação 2 (p. 43 a 45)
Dois frascos de volumes iguais são preenchidos com areia até que se obtenha pesos diferentes. No experimento construído foram utilizadas massas de 400 e 500 gramas, valores compatíveis com o range de medida do dinamômetro utilizado.
FIGURA 7 — Massas utilizadas como padrão na situação 2.
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