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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA NATUREZA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA
MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA
ALCILENE BALICA MONTEIRO
APLICAÇÃO DE KIT DIDÁTICO EM AULAS DE HIDROSTRÁTICA NO ENSINO
MÉDIO NA PERSPECTIVA DA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA
RIO BRANCO/AC
2019
ALCILENE BALICA MONTEIRO
APLICAÇÃO DE KIT DIDÁTICO EM AULAS DE HIDROSTRÁTICA NO ENSINO
MÉDIO NA PERSPECTIVA DA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de
Pós-Graduação em Ensino de Física do Centro de
Ciências Biológicas e da Natureza da Universidade
Federal do Acre na conclusão do Curso de Mestrado
Nacional Profissional em ensino de Física (MNPEF),
como parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Mestre em Ensino de Física.
Orientador: Prof. Dr. José Carlos da Silva Oliveira.
RIO BRANCO/AC
2019
ALCILENE BALICA MONTEIRO
APLICAÇÃO DE KIT DIDÁTICO EM AULAS DE HIDROSTÁTICA NO ENSINO
MÉDIO NA PERSPECTIVA DA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física do
Centro de Ciências Biológicas e da Natureza da Universidade Federal do Acre na conclusão do
Curso de Mestrado Nacional Profissional em ensino de Física (MNPEF), como parte dos
requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Aprovado em: ____ de _______________ de 2019
BANCA EXAMINADORA
______________________________________________________________________
Prof. Dr. José Carlos da Silva Oliveira (Orientador – UFAC)
______________________________________________________________________
Prof. Dr. Marcello Ferreira (Examinador – UnB)
______________________________________________________________________
Profa. Dra. Bianca Martins Santos (Examinadora – UFAC)
______________________________________________________________________
Profa. Dra. Murilena Pinheiro de Almeida (Suplente – UFAC)
______________________________________________________________________
Profa. Dra. Esperanza Lucila Hernández Angulo (Suplente – UFAC)
DEDICATÓRIA
À minha grande família, sinônimo de amor e união, em especial aos meus pais Alcides
Ferreira (in memoriam) e Maria Balica, com todo meu amor e gratidão pelo incentivo e apoio.
Desejo ter sido merecedora do esforço de vocês em todos os aspectos, especialmente quanto a
minha formação.
Ao meu esposo e ao meu filho, por acreditarem no meu sonho e sempre me motivaram a
seguir em frente.
Ao corpo docente do MNPEF - polo/59, pela dedicação, competência, apoio e todo
conhecimento compartilhado: Prof. Dr. Alejandro Antonio Fonseca Duarte, Prof. Dr. Antonio
Romero da Costa Pinheiro, Prof. Dr. Anselmo Fortunato Ruiz Rodriguez, Profa. Dra. Bianca
Martins Santos, Prof. Dr. Eduardo de Paula Abreu, Profa. Dra. Esperanza Lucila Hernández
Angulo, Prof. Dr. Francisco Eulálio Alves dos Santos (Prof. Magnésio), Prof. Dr. George Chaves
da Silva Valadares, Prof. Dr. José Carlos da Silva Oliveira (Prof. Ponciano), Prof. Dr. Jorge
Lopez Aguilar, Prof. Dr. Marcelo Castanheira da Silva.
Ao corpo docente dos extintos cursos de Ciências Naturais – Licenciatura Curta e
Habilitação em Física, dos quais sou egressa, vocês contribuíram significativamente com minha
trajetória docente.
AGRADECIMENTOS
A DEUS, pela vida e a possibilidade de empreender esse caminho evolutivo, por ter me
dado uma família muito especial, por me propiciar tantas oportunidades de estudos e por colocar
em meu caminho pessoas amigas e preciosas.
Para a materialização desse estudo diversos personagens colaboraram e me
entusiasmaram com seus ensinamentos. Os meus mais sinceros agradecimentos são para vocês,
que reconhecerei sempre pelo apoio. Em especial:
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de
Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001.
À Sociedade Brasileira de Física (SBF), pela iniciativa de criação do MNPEF, através do
qual professores do ensino médio e fundamental estão elevando seu nível de formação.
À Universidade Federal do Acre (UFAC) por ter se tornado um polo regional do MNPEF
e assim contribuir diretamente com a formação de professores em exercício.
Ao Instituto Federal do Acre (IFAC), pela concessão de meu afastamento para
qualificação.
Ao Prof. Dr. Marcelo Castanheira e a Drª Bianca Santos (respectivamente, 1°
Coordenador e atual Coordenadora do MNPEF – polo 59/UFAC), pelo zelo e dedicação no
cumprimento das ações do programa. Ao Gerlandio Fernandes, mais que secretário do polo, um
tutor, aquele que desde a data da primeira matricula organiza e esclarece nossas dúvidas, sempre
com muita competência. Ao Israel Herôncio, técnico em laboratório do CCBN, sempre à
disposição.
Ao meu orientador Prof. Dr. José Carlos Oliveira (Prof. Ponciano) pela orientação,
competência, profissionalismo, apoio, amizade e dedicação. Obrigada pelo valioso incentivo, por
acreditar em mim, por ter me corrigido quando necessário sem nunca me desmotivar, tenho
certeza que não chegaria neste ponto sem o seu apoio. Você foi e está sendo muito mais que
orientador, por esse motivo tens e terá sempre meu respeito e admiração.
Ao professor Me. Wendel Ricardo de Souza Rego, que tão gentilmente aceitou participar
e colaborar com esta dissertação, para mim você será sempre mestre e amigo.
Aos professores do MNPEF – polo 59/UFAC, com os quais tive a honra de poder
compartilhar de seus conhecimentos, seja durante as disciplinas cursadas, nos eventos e palestras
que assistimos ou mesmo nas conversas informais: Prof. Dr. Antonio Romero, Profa. Dra. Bianca
Martins, Profa. Dra. Esperanza Lucila, Prof. Dr. Francisco Eulálio (Prof. Magnésio), Prof. Dr.
George Valadares, Prof. Dr. Jorge Lopez, Prof. Dr. Marcelo Castanheira, muito obrigada, meus
mestres.
Aos membros da banca examinadora da qualificação, Profa. Dra. Aline Andreia Nicolli,
Prof. Dr. Francisco Eulálio Alves dos Santos e Prof. Dr. Mateus Bruno Barbosa, que tão
gentilmente aceitaram participar e muito enriqueceram o estudo com suas valiosas contribuições.
Aos colegas de turma do MNPEF – polo 59/UFAC, pelo convívio em sala de aula, nos
grupos de estudo, nos debates, conversas e discussões, em suma, dentro do cotidiano da vida
acadêmica durante os dois anos em que estivemos frequentando este programa de mestrado:
Alesson, Aclemildo, Bruna (que por motivos pessoais não deu continuidade ao curso), Emanuel,
Geovane, Hélio, Kátia, Marcelo e Silvana.
À Direção Geral do IFAC/Campus Sena Madureira, por ter permitido a realização do
estudo junto aos discentes.
Aos colegas do IFAC/Câmpus Sena Madureira e Câmpus Rio Branco, pelo grande
incentivo que deram a minha qualificação, especialmente ao Prof. Me. Bruno Araújo, que
compartilhou comigo de cada momento dessa jornada, desde a proposta de produto educacional a
ser defendida, passando pelo planejamento da intervenção nas turmas até a etapa de defesa junto
à banca examinadora. À Profa. Me. Karen Fernanda de Lima, pela revisão bibliográfica dessa
dissertação e acima de tudo pela amizade que cultivamos ao longo de muitos anos.
Aos acadêmicos do curso de Licenciatura em Física do IFAC Câmpus Sena Madureira,
especialmente Edivane Lima e Cesar Rodrigues, voluntários do estudo, muito obrigada pela
dedicação, vocês foram fundamentais!
Aos estudantes do curso Técnico em Informática integrado ao ensino médio do
IFAC/Câmpus Sena Madureira, pela participação na etapa de aplicação do produto educacional.
Ao Grupo de Pesquisa Relações Sociais e Educação (RESOE), que através da
participação nas oficinas ofertadas pude ser inserida no fascinante meio científico.
À banca examinadora, Dr. Marcello Ferreira, pelas brilhantes considerações que guiaram
a confecção final deste trabalho, Dra. Bianca Santos, cujas observações foram igualmente
imprescindíveis e aos suplentes Dra. Murilena de Almeida e Profa. Dra. Esperanza Lucila
Angulo.
Por fim, quero agradecer com um carinho especial à minha grande família por estarem
sempre a me aplaudir nas minhas conquistas, as quais estendo a vocês. Aos senhores, Alcides
Ferreira (in memoriam) e Maria Balica, meus queridos pais, por serem os guias maiores desta
jornada, que não se resume aos dois anos em que estive frequentando o programa, mas que
compreende a minha vida inteira. Obrigada por terem me trazido a vida e me darem os subsídios
para que este momento se tornasse realidade.
Ninguém vence sozinho... A TODOS VOCÊS MEU MUITO OBRIGADA!
Aprender a desaprender, é aprender a distinguir entre o
relevante e o irrelevante no conhecimento prévio e libertar-se
do irrelevante, i.e., desaprendê-lo.
Marco Antonio Moreira
RESUMO
APLICAÇÃO DE KIT DIDÁTICO EM AULAS DE HIDROSTÁTICA NO ENSINO MÉDIO
NA PERSPECTIVA DA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física
do Centro de Ciências Biológicas e da Natureza da Universidade Federal do Acre na
conclusão do Curso de Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF),
como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
O presente trabalho tem por objetivo desenvolver um produto educacional para o ensino da
hidrostática no ensino médio, amparado na teoria de aprendizagem significativa de David
Ausubel (1965), tendo em vista que no dia a dia dos estudantes surgem várias possibilidades de
utilizar as leis e aplicações da Física. O produto educacional se constitui da aplicação de kit
didático em aulas de hidrostática no ensino médio na perspectiva da aprendizagem significativa.
Na execução utilizou-se uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) apoiada
pelo kit didático composto de: braço hidráulico, prensa hidráulica, escavadeira hidráulica, sistema
de freio hidráulico e três modelos de ludião, os quais proporcionaram aos estudantes um melhor
entendimento dos conteúdos da hidrostática relacionados com os avanços tecnológicos e suas
atividades do cotidiano. Os experimentos têm caráter demonstrativo e entendimento dos assuntos
como o princípio de Stevin, princípio de Pascal e o princípio de Arquimedes. O estudo foi
aplicado aos estudantes do 2° ano do curso Técnico em Informática integrado do ensino médio do
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnológico do Acre - IFAC/Campus Sena Madureira
(CSM) durante dois meses e abrangeu todos os estudantes frequentes. O método de abordagem
foi o qualitativo. As intervenções escolares ocorreram através de aulas expositivas com duração
de 50 minutos e sua relevância está na exploração dos temas da hidrostática integrados com a
realidade dos estudantes, articulando a teoria com a prática e, nessa contextualização de saberes
foi problematizada a linguagem do cotidiano com a linguagem científica ancorada nos
conhecimentos prévios (subsunçores). No desenvolvimento do estudo, foram aplicados três
testes, sendo o primeiro para identificação dos subsunçores, o segundo para avaliar
qualitativamente se houve a ancoragem do novo conhecimento, através do produto educacional e
um terceiro para verificar a temporalidade de fixação dos novos conhecimentos. Os testes
serviram como base para coleta de dados e foram analisados através de estatística descritiva em
busca de indicadores de aprendizagem significativa, aplicando-se medidas de frequência e
tendência central. Para tabulação e análise, foram utilizados o aplicativo Microsoft Excel e o
Spread Sheet/Google Drive. Os resultados indicam que houve, pelos estudantes, um melhor
entendimento dos temas da hidrostática e que as metodologias de ensino apresentadas
contribuíram para a concepção e construção de uma linguagem científica, envolvendo os
conhecimentos prévios adquiridos (subsunçores). Possibilitou uma avaliação ao longo do
processo, favorecendo mais de uma forma de abordagem dos temas, de maneira progressiva e
integradora, além de ser realizada com etapas individuais e coletivas entre os estudantes,
professor pesquisador e o docente titular da componente curricular de Física.
Palavras-chave: Aprendizagem Significativa. Princípio de Stevin. Princípio de Pascal. Princípio
de Arquimedes.
ABSTRACT
APPLICATION OF DIDACTIC KIT IN HYDROSTATIC LESSONS IN MIDDLE SCHOOL
IN THE PERSPECTIVE OF SIGNIFICANT LEARNING
Master's Dissertation submitted to the Postgraduate Program in Physics Teaching at the
Biological and Nature Sciences Center of the Federal University of Acre at the conclusion
of the National Professional Masters Course in Physics Teaching (MNPEF), as part of the
requirements for obtaining of the Master's degree in Physics Teaching.
The present work aims to develop an educational product for the teaching of hydrostatics in high
school, supported by the theory of meaningful learning of David Ausubel (1965), since in the day
to day of the students arise several possibilities to use the laws and applications of physics. The
educational product consists of the application of a teaching kit in hydrostatic classes in high
school in the perspective of meaningful learning. In the execution, a Potentially Significant
Teaching Unit (LPS) was used, supported by a teaching kit composed of: hydraulic arm,
hydraulic press, hydraulic excavator, hydraulic brake system and three models of ludio, which
gave the students a better understanding of the contents of hydrostatic related technological
advances and their daily activities. The experiments have a demonstrative character and
understanding of subjects such as Stevin's principle, Pascal's principle and Archimedes' principle.
The study was applied to the students of the 2nd year of the Integrated Technician course in
Higher Education of the Federal Institute of Education, Science and Technology of Acre - IFAC /
Câmpus Sena Madureira (CSM) for two months and covered all the frequent students. The
method of approach was qualitative. The school interventions took place through 50-minute
expository classes and its relevance is in the exploration of the hydrostatic themes integrated with
the reality of the students, articulating the theory with the practice and, in this contextualization
of knowledge was problematized the language of the daily with the scientific language anchored
in previous knowledge (subunits). In the development of the study, three tests were applied, the
first one to identify the subscriber, the second to qualitatively evaluate if the new knowledge was
anchored, through the educational product and a third to verify the temporality of setting the new
knowledge. The tests served as a basis for data collection and were analyzed through descriptive
statistics in search of significant learning indicators, applying measures of frequency and central
tendency. For tabulation and analysis, the Microsoft Excel application and the Spread Sheet /
Google Drive were used. Os resultados indicam que houve, pelos estudantes, um melhor
entendimento dos temas da hidrostática e que as metodologias de ensino apresentadas
contribuíram para a concepção e construção de uma linguagem científica, envolvendo os
conhecimentos prévios adquiridos (subsunçores). It facilitated an evaluation throughout the
process, favoring more than one way of approaching the subjects, in a progressive and integrative
way, besides being carried out with individual and collective stages between the students,
researcher professor and the titular teacher of the physics curricular component.
Key words: Meaningful Learning. Principle of Stevin. Principle of Pascal. Principle of
Archimedes
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Diagrama V para a construção de uma UEPS. Fonte: Moreira, 2012. ......................... 32
Figura 2 - Mapa Conceitual para a construção de uma UEPS. Fonte: Moreira, 2012. ................. 33
Figura 3 - Esquema de um fluido em escoamento e tomando a forma do recipiente. Fonte:
Autoria própria. ............................................................................................................................. 43
Figura 4 - Esboço da experiência realizado por Torricelli (1608-1647) em 1643. Fonte: Sampaio
& Calçada (2005, p. 85)................................................................................................................. 45
Figura 5 - Relação da pressão com a altura. Fonte: adaptada de Pauli et al. (1978) ..................... 46
Figura 6 - Apresenta um sistema de vasos comunicante com diferentes formas e contendo o
mesmo fluido. Fonte: adaptada de Catani e Aguiar (2012). .......................................................... 47
Figura 7 - Esquema de um tubo em forma de U, contendo dois líquidos não miscíveis. Fonte:
adaptada de PAULI et al. (1978). .................................................................................................. 47
Figura 8 - Apresenta um exemplo da aplicação cotidiana do princípio Stevin. Sistema de
distribuição d’água em uma cidade através de vasos comunicantes. Fonte: autoria própria. ....... 48
Figura 9 - Recipiente contento um líquido em equilíbrio. Fonte: adaptado de PAULI et al. (1978).
....................................................................................................................................................... 49
Figura 10 - Esquema da aplicação da força de empuxo em um cilindro. Fonte: adaptado de
PAULI et al. (1978). ...................................................................................................................... 51
Figura 11 - Peças e braço hidráulico; (a) peças de pvc de 20 cm x 3 cm; (b) duas peças pvc de 25
cm x 3 cm; (c) um triângulo equilátero medindo 9 cm; (d) duas peças de 5 cm x 7 cm; (e) duas
peças de 7 cm; (f) uma peça de 6,5 cm x 8 cm e duas peças de 10cm x 7cm; (g) uma peça de
45cm x 38cm; (h) 8 peças de 2,5cm x 3cm e oito peças de 2cm x 2,5 cm; (i) uma peça de 45 cm x
38 cm; (j) quatro seringas de 20 ml; (k) duas seringas de 10 ml; (l) duas peças 16 cm x 4 cm; (m)
um rolamento; (n) um triângulo equilátero medindo 9 cm. ........................................................... 70
Figura 12 - Peças e elevador hidráulico; (a) duas peças de madeira medindo 35 cm x 13,5cm; (b)
duas peças de madeira de 15cm x 13,5 cm; (c) duas seringas sendo uma de 20 ml e outra de 10
ml; (d) uma mangueira de aquário ou similar medindo aproximadamente 20 cm de comprimento
e 11 mm de diâmetro. .................................................................................................................... 72
Figura 13 - Peças e escavadeira hidráulica; (a) braços de sustentação – moldes anexos; (b) base e
cabine de controle; (c) esteiras, base retangular, parafuso do eixo central e cano de sustentação da
seringa (d) rolamento da base central, seringa de 10ml, parafusos de fixação dos braços (e)
parafuso de sustentação da caçamba e faces da caçamba (f) seringas controladoras da
escavadeira..................................................................................................................................... 73
Figura 14 - Peças e sistema de freio hidráulico; (a) quatro peças de madeira de 30 cm x 4,5cm;
(b) duas peças de madeira de 16 cm x 4,5 cm; (c) duas peças madeira de 13,5 cm x 10 cm (d)
duas peças de madeira de 30 cm x 10 cm; (e) uma roda de velocípede com diâmetro de 17,5 cm;
(f) duas seringas descartáveis de 5 ml; (g) uma seringa de injeção descartável de 10 ml e uma
mangueira de aquário ou similar medindo aproximadamente 20 cm de comprimento e 11 mm de
diâmetro; (h) duas mangueiras de aquário ou similar medindo 30 cm e 1 conector com 3 entradas;
(i) um rolamento; (j) um parafuso “rosca sem fim” medindo 25 cm de comprimento e
aproximadamente 3 mm de diâmetro e oito porcas com arruelas compatíveis com o parafuso. .. 75
Figura 15 - Peças e modelos de ludião; - (a) tampa de caneta com um pequeno parafuso preso em
sua extremidade; (b) frasco de vidro cheio de agua; (c) luva de látex presa com tiras da própria
luva; (d) luva de látex presa com elástico de escritório; (e tampa de caneta com um pequeno
parafuso preso em sua extremidade; (f) garrafa pet 500 ml; (g) garrafa pet 2 l; (tampa de pincel
com uma pequena porca presa ....................................................................................................... 77
Figura 16 - Mapa conceitual construído pelo estudante “a”. Fonte: estudante a........................... 79
Figura 17 - Mapa conceitual construído pelo estudante “b”. Fonte: estudante b. ......................... 79
Figura 18 - Mapa conceitual construído pelo estudante “c”. Fonte: estudante c........................... 80
Figura 19 - Apresentação de alguns experimentos em grupos. ..................................................... 81
Figura 20 - Manipulação do kit didático pelos estudantes. ........................................................... 82
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Total de acertos do questionário I (pré-teste) com 15 questões e a média aritmética
dos mesmos.................................................................................................................................... 92
Gráfico 2 - Total de acertos do questionário teste de 15 questões e a média aritmética dos
mesmos. ....................................................................................................................................... 100
Gráfico 3 - Total de acertos do questionário pós-teste de 15 questões e a média aritmética dos
mesmos. ....................................................................................................................................... 107
Gráfico 4 - Total de acertos dos questionários pré-teste, teste e pós-teste de 15 questões cada um.
..................................................................................................................................................... 108
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Distribuição da literatura segundo autoria, teoria de aprendizagem
mencionada/relacionada, conteúdos de ensino ressaltados na bibliografia. .................................. 54
Quadro 2 - Distribuição e caracterização do kit didático. ............................................................. 59
Quadro 3 - Distribuição dos questionários e caracterização.......................................................... 61
Quadro 4 - Plano de atividades contendo temas da hidrostática do currículo adotado pela
instituição de ensino ...................................................................................................................... 64
Quadro 5 - Definição do conteúdo programático, procedimentos, material e carga horária. ........ 65
Quadro 6 - Distribuição categórica das questões abertas. ............................................................. 89
Quadro 7 - Apresentação parcial de algumas situações das respostas dos participantes............... 90
Quadro 8 - Distribuição percentual das questões fechadas e a média de acertos, n=40 estudantes.
....................................................................................................................................................... 94
Quadro 9 - Distribuição categórica das questões abertas. ............................................................. 96
Quadro 10 - Apresentação parcial de algumas situações das respostas dos participantes. ........... 97
Quadro 11 - Distribuição percentual das questões fechadas e a média de acertos, n=40 estudantes.
..................................................................................................................................................... 101
Quadro 12 - Distribuição categórica das questões abertas. ......................................................... 103
Quadro 13 - Apresentação parcial de algumas situações das respostas dos participantes. ......... 104
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Distribuição da literatura segundo o tipo de bibliografia, categoria de ensino, teoria de
aprendizagem mencionada/relacionada, aplicação de UEPS. ....................................................... 53
Tabela 2 - Distribuição dos participantes segundo a turma, gênero e idade. ................................ 86
Tabela 3 - Distribuição percentual das questões fechadas e a média de acertos, n=40 estudantes.
....................................................................................................................................................... 87
Tabela 4 - Distribuição dos participantes segundo a turma, gênero e idade. ................................ 94
Tabela 5 - Distribuição dos participantes segundo a turma, gênero e idade. .............................. 101
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
AC – Artigo Cientifico
AED - Atividades Experimentais Demonstrativas
AS – Aprendizagem Significativa
CD – Compact Disc
CEFET-MG - Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
CEP - Comitê de Ética em Pesquisa
CNE – Conselho Nacional de Educação
CRA – Coeficiente de Rendimento Escolar
CSM – Câmpus Sena Madureira
DMP – Dissertação do Mestrado Profissional
EJA - Educação de Jovens e Adultos
EPEF – Encontro de Pesquisa em Ensino de Física
F% - Frequência Percentual
FA – Frequência Absoluta
FUNDHACRE – Fundação Hospitalar do Acre
HCA – Hospital das Clinicas do Acre
IFAC – Instituto Federal do Acre
IFRN – Instituto Federal do Rio Grande do Norte
MC – Mapa Conceitual
MEC – Ministério da Educação
MNPEF - Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
NET - Núcleo de Ensino Tecnológico
PCN+ - Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio +
PCNEM - Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio
PCNs – Parâmetros Curriculares Nacionais
PIBID – Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência
PPC – Projeto Político de Curso
SBF - Sociedade Brasileira de Física
SNEF - Simpósio Nacional de Ensino de Física
TA - Termo de Assentimento
TAE – Teoria de Aprendizagem Significativa
TCLE - Termo de Consentimento Livre e Esclarecido
TD – Trabalho Divulgado
UEPS - Unidade de Ensino Potencialmente Significativa
UFAC - Universidade Federal do Acre
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 20
OBJETIVOS .................................................................................................................................. 25
OBJETIVO GERAL: ..................................................................................................................... 25
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ....................................................................................................... 25
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ............................................................................................. 26
CAPÍTULO 1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................ 28
1.1. A teoria de aprendizagem significativa de David Ausubel .................................................. 28
1.2. A Aprendizagem de David Ausubel e as Unidades de Ensino Potencialmente Significativas –
UEPS ............................................................................................................................................. 30
1.3. Metodologia Didática ............................................................................................................. 35
1.3.1. Ensino da hidrostática, os PCNs e a BNCC ........................................................................ 36
1.3.2. O IFAC e a avaliação do processo ensino e aprendizagem ................................................. 39
1.4 Experimentação nas aulas de Física ........................................................................................ 41
1.5. Ensinando Hidrostática ........................................................................................................... 43
1.5.1. O princípio de Stevin ........................................................................................................... 45
1.5.2 O princípio de Pascal ............................................................................................................ 49
1.5.3. O princípio de Arquimedes .................................................................................................. 51
CAPÍTULO 2. REVISÃO DA LITERATURA ............................................................................. 52
CAPÍTULO 3. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS.......................................................... 57
3.1. Tipo de Estudo ........................................................................................................................ 58
3.2. Produto Educacional ............................................................................................................... 58
3.3. População do estudo, amostragem e instituição de intervenção ............................................. 60
3.3.1. Critérios de inclusão e exclusão da amostra ........................................................................ 60
3.4. Etapas de desenvolvimento do material curricular (kit didático) e da intervenção escolar ... 60
3.5. Instrumento de produção de dados ......................................................................................... 61
3.5.1. Metodologia de Análise de Dados ....................................................................................... 62
3.6. Considerações Éticas .............................................................................................................. 62
3.6.1. Riscos e Benefícios do Estudo............................................................................................. 62
3.7. Narrativa dos Procedimentos de Ensino ................................................................................. 63
3.7.1 Planejamento da intervenção na instituição e elaboração da UEPS ..................................... 64
3.7.2 Execução da UEPS ............................................................................................................... 66
3.8. Descrição do material curricular (kit didático) ....................................................................... 69
3.8.1. O braço hidráulico ............................................................................................................... 69
3.8.2. A prensa hidráulica .............................................................................................................. 71
3.8.3. A escavadeira hidráulica ...................................................................................................... 72
3.8.4. O sistema de freio hidráulico ............................................................................................... 74
3.8.5. O ludião ............................................................................................................................... 76
CAPÍTULO 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................... 77
4.1. A intervenção e execução da UEPS ........................................................................................ 78
4.2. Papel do professor e do estudante no procedimento de ensino .............................................. 84
4.2.1. Apresentação dos resultados da aplicação dos questionários (pré-teste, teste e pós-teste) . 85
4.2.1.1. Análise do Questionário I (pré-teste) ................................................................................ 86
4.2.1.2 Análise do Questionário II (teste) ...................................................................................... 93
4.2.1.3. Análise da reaplicação do Questionário II (pós-teste) .................................................... 100
CONCLUSÕES ............................................................................................................................ 110
REFERÊNCIAS ........................................................................................................................... 112
APÊNDICES ............................................................................................................................... 121
APÊNDICE A: TRABALHOS DA DISSERTAÇÃO DIVULGADOS ...................................... 121
APÊNDICE B: QUESTIONÁRIOS ............................................................................................ 122
APÊNDICE C: PRODUTO EDUCACIONAL ........................................................................... 127
20
INTRODUÇÃO
Ao falar de educação, é comum associá-la ao ambiente escolar e, da mesma forma aos
sujeitos que compõem o processo. No entanto, é ao professor que se permite exercer o papel
fundamental de apresentar os conteúdos de forma significativa, estabelecendo relação dos
mesmos com o dia a dia do estudante, visando sempre à produção e construção do conhecimento.
Os processos cognitivos nos quais os estudantes produzem seus conhecimentos estão vinculados
às práticas pedagógicas, aos processos de ensino e de aprendizagem. E nessa construção, os
professores enfrentam dificuldades e obstáculos em realizar procedimentos de ensino capazes de
proporcionar aprendizagem significativa. E por seu turno, as instituições de ensino, na maioria
das vezes, não dispõem de laboratórios, infraestrutura e, principalmente, de profissionais
capacitados para auxiliarem nesta tarefa de fundamental importância durante o processo de
ensino e aprendizagem. David Ausubel considera aprendizagem significativa aquela em que uma
“nova informação relaciona-se com um aspecto especificamente relevante da estrutura de
conhecimento do indivíduo, ou seja, este processo envolve a interação da nova informação com
uma estrutura de conhecimento específica”, (MOREIRA, 2011, p. 161) o conceito subsunçor.
Por conseguinte, a teoria cognitivista de David Ausubel assume que o armazenamento
de informações no cérebro decorre de uma organização e hierarquização de conceitos, inter-
relacionados e assimilados a conceitos mais gerais e mais inclusivos (MOREIRA 2011).
Conforme Moreira (2011, p. 161), “a aprendizagem significativa ocorre quando a nova
informação se ancora em conceitos ou proposições relevantes, preexistentes na estrutura
cognitiva do aprendiz”. Consequentemente, faz-se necessário e urgente que o ensino assuma
compromisso em transcender a memorização mecânica dos objetos de conhecimento abordados
durante o processo de escolarização.
Assim, se propõe no presente estudo, a elaboração de atividades práticas a serem
introduzidas no ensino médio, como mais uma alternativa metodológica para o entendimento dos
conteúdos de Física, especialmente a Hidrostática, sob a perspectiva da aprendizagem
significativa. Conforme observado por Kuenzer (2011) para muitos dos estudantes a componente
curricular de Física é considerado “difícil” e “um bicho de sete cabeças” por não fazerem relação
direta com o seu dia a dia. Nestes termos, a opção por acolher e dedicar-se à temática hidrostática
21
neste estudo fora motivada por experiências didáticas vividas pela professora-pesquisadora1 em
sala de aula, acrescidas por preocupação dos docentes pares com o fato dos estudantes não
demonstrarem interesse em assimilar os conteúdos de Física.
Nestes termos, a relevância deste estudo reside em propor a exploração de temas da
Hidrostática conectados à realidade dos estudantes, articulando-se teoria e prática. Nessa
contextualização e confluência de saberes, utiliza-se a teoria de aprendizagem significativa de
Ausubel (1965) para problematizar a linguagem do dia a dia face à linguagem científica. Desse
modo, apresentam-se metodologias de ensino e aplicações que envolvam os conhecimentos
prévios (subsunçores) dos estudantes na concepção e construção do conhecimento científico. Por
conseguinte, a proposta concentra-se em identificar os desafios e dificuldades enfrentados pelos
professores na transmissão dos conteúdos de Física, especialmente dos temas da Hidrostática.
O estudo está fundamentado na teoria de aprendizagem de Ausubel (1965) a qual tem por
objetivo utilizar os saberes já adquiridos pelos estudantes por meio de ações diferenciadas e,
dessa forma, trabalhar os conteúdos por meio da realização de experimentos, demonstrações e
oficinas; buscando não só a compreensão dos fenômenos, mas a transformação da realidade dos
estudantes. “Trata-se de construir uma visão da física voltada para a formação de um cidadão
atuante e solidário e não subserviente, com instrumentos para compreender, intervir e participar
da realidade” (BRASIL, 2002, p. 59). Dessa forma, a aprendizagem não deve ser entendida como
uma simples recepção de novas informações, mas como uma reorganização/evolução dos
conhecimentos prévios na formação de sua própria linguagem científica (AUSUBEL, 1965).
Sob esse prisma, além de proporcionar a estudantes da educação básica, uma
aprendizagem significativa e consistente, pode-se, através do produto educacional proposto
viabilizar mais uma estratégia de ensino para o professor, de modo a se vislumbrar aulas mais
atrativas e interessantes. Desse modo, preconiza-se a execução de uma Unidade de Ensino
Potencialmente Significativa (UEPS), apoiada por um material curricular didático aqui
denominado de kit didático, com temas da Hidrostática como o princípio de Stevin, o princípio de
Pascal e o princípio de Arquimedes. Na prática pedagógica, em que se requer a confluência entre
a UEPS e os materiais, almeja-se que os estudantes se apropriem de uma aprendizagem
significativa, realizem a conexão entre os conteúdos abordados e seus conhecimentos prévios
(TAVARES, 2008, p. 94). Isto é, uma aprendizagem significativa dos temas contextualizados, de 1 Professora da Educação Básica, Técnica e Tecnológica (EBTT), da área de Física no Instituto Federal de Educação,
Ciência e Tecnologia do Acre (IFAC) – Campus Sena Madureira.
22
modo a contribuir para a formação de sua própria linguagem científica e a interpretação dos
fenômenos relacionados a hidrostática no ambiente em que ocorrem.
Na utilização do material curricular de Hidrostática é possível consolidar os
conhecimentos prévios com os novos adquiridos em sala de aula. Os procedimentos serão
apresentados em linguagem clara e simplificada e, utilizando situações do cotidiano dos
estudantes associados aos princípios fundamentais da hidrostática.
A produção da Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) apoiada por um
material curricular (kit didático), contendo experimentos demonstrativos de baixo custo como
produto didático para o entendimento dos temas da Hidrostática no ensino médio é relevante,
sendo práticos para a construção da aprendizagem significativa e auxiliam na formação da
linguagem científica.
Conforme Caldeira (2012), a experimentação desempenha um papel fundamental no
ensino de Física, oferecendo aos estudantes, experiências de aprendizagem, as quais possam estar
relacionadas com seu cotidiano. Para tanto, torna-se necessário desenvolver metodologias que
estimulem os estudantes a relacionarem os conhecimentos adquiridos extraclasse com os novos
conceitos, estabelecendo relações para a formação de seu conceito científico.
Saviani (1999) destaca que para o bom funcionamento da escola, é necessária a
utilização de métodos de ensino eficazes, por serem eles que estimularão a atividade e iniciativa
dos estudantes, no entanto sem abrir mão da iniciativa do professor. E acrescenta, o método deve
favorecer o diálogo dos estudantes entre si e com o professor, mas sem deixar de valorizar o
diálogo com os conhecimentos adquiridos.
No estudo de Oliveira et al. (2017) é dado enfoque a uma metodologia de construção do
conhecimento sobre o conceito de densidade e massa específica, com estudantes da 1a série do
curso de Eletrotécnica do ensino médio integrado com o ensino técnico do Centro Federal de
Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET- MG). O estudo iniciou com a análise de livros
textos do 1° ano do ensino médio de Física pelos professores visando identificar de que maneira
os conceitos de densidade e massa específica neles abordados e, após a execução de todas as suas
fases do estudo, puderam concluir que a metodologia utilizada alcançou os objetivos propostos,
uma vez que os estudantes se envolveram nas discussões e nos estudos e se mostraram motivados
com os trabalhos realizados e os resultados alcançados.
23
Para Moletta et al. (2014) o desenvolvimento de uma atividade construtivista, abordando
assuntos da Hidrostática, como: lei de Stevin, princípios de Pascal e de Arquimedes, em forma de
revisão dos conteúdos, com o auxílio de experimentos demonstrativos e, com o cuidado de
sempre relacionar com situações do cotidiano dos estudantes. A atividade foi desenvolvida junto
aos estudantes de uma turma de 2º ano do ensino médio e a uma turma do 1º ano do curso
profissionalizante de Técnico em Química, do Colégio Estadual Professor João Ricardo Don
Borell Du Vernay, na cidade de Ponta Grossa, Paraná.
Nesse mesmo sentido, destaca-se também a pesquisa de Silva (2017), aplicada em três
turmas do 1° ano do ensino médio do Instituto Federal de Mato Grosso – Campus Alta Floresta.
A intervenção se deu com os estudantes sendo estimulados a produzirem experimentos de baixo
custo, como atividade de fechamento das aulas, sendo notória a motivação e empenho dos
mesmos. Como resultado, o autor expressa que os alunos aparentam possuir uma elevação
conceitual e assimilação de novos conceitos, numa demonstração de que as atividades atenderam
aos propósitos desejados.
A pesquisa de Bezerra (2016) consistiu em uma análise de quais impactos, as atividades
experimentais, poderiam representar durante a execução de uma UEPS. Para tanto, produziu
material didático, impresso e digital, fazendo ainda o uso de mapas conceituais e realizou a
pesquisa em uma escola pública estadual da região metropolitana de Belém – PA.
Os trabalhos de Oliveira et al. (2017), Moletta et al. (2014), Silva (2017) e Bezerra
(2016), corroboram com a presente proposta de produto educacional, quando a mesma também se
propõe ao ensino e a aprendizagem do conteúdo da hidrostática no ensino médio, na qual é
utilizada como metodologia a produção e execução de uma UEPS apoiada por um material
curricular (kit didático), associado à aprendizagem significativa.
É perceptível que os produtos educacionais propostos nos mestrados profissionais em
ensino podem auxiliar os docentes na superação das dificuldades enfrentadas durante o processo
educacional, especialmente na educação básica, bem como outros profissionais envolvidos no
processo de ensino e aprendizagem, ou seja, em espaços formais ou não formais (SBF, 2018).
Para Moreira (2004), a pesquisa no mestrado profissional em ensino, deve apresentar
características aplicadas e descrever o desenvolvimento de processo ou produtos de natureza
educacional, os quais visando sempre melhorias do ensino da área específica, tornando-se mais
uma ferramenta disponível para o entendimento dos conteúdos específicos.
24
Vários pesquisadores da educação têm se dedicado ao estudo e desenvolvimento de
produtos educacionais para o ensino de Física, como os apresentados a seguir. Filippini (2017)
utilizou atividades investigativas numa sequência didática buscando indicadores de alfabetização
científica e aprendizagem significativa dos conteúdos de Hidrostática como pressão e empuxo. O
estudo foi realizado em turmas do 1° ano do ensino médio de uma escola pública da cidade de
Belo Horizonte – MG.
Moura et al. (2017), utilizaram uma sequência para o ensino da Hidrostática priorizando
a utilização de materiais alternativos e de fácil acesso, por exemplo, “sucatas” e outros materiais
que podem ser encontrados em casa, justificando que as escolas públicas em sua maioria são
carentes de recursos financeiros e infraestrutura. A intervenção ocorreu em turmas do 1º ano do
ensino médio de uma escola pública da cidade de Belo Horizonte – MG.
Gama (2015) investigou as contribuições de uma proposta de ensino dos conteúdos da
Hidrostática com os estudantes do curso técnico em Segurança do Trabalho integrado com o
ensino médio na modalidade de Educação de Jovens e Adultos (EJA) e concluiu que as
Atividades Experimentais Demonstrativas (AED) se revelaram eficientes como propostas de
avaliação processual dos conteúdos ministrados, os quais levaram o entendimento para além da
sala de aula. A intervenção ocorreu em uma instituição federal em Vitória - ES.
Dominguini (2016) utilizou cartilhas com roteiros de experimentos simples como
produto educacional, possibilitando o manuseio e modificações de forma autônoma pelos
estudantes, de maneira a adaptá-los as suas próprias ideias. A pesquisa foi realizada com
estudantes da escola de educação básica Coronel Marcos Rovaris da rede pública estadual de
Criciúma - SC.
Os autores Filippini (2017), Moura et al. (2017), Gama (2015) e Dominguini (2016)
refletem que a inserção dos conceitos básicos da Hidrostática com atividades práticas aliadas a
outros métodos de ensino é de grande relevância, para potencializar as habilidades dos estudantes
do ensino médio de forma significativa, as quais possam estabelecer relações entre os conteúdos
ensinados em sala de aula com o seu dia a dia.
Nesse sentido, o aprender significativo torna-se imperativo ao ensino da Física,
sobretudo, na educação básica. Pois, os conhecimentos difundidos nessa componente curricular
são essenciais para a construção da cidadania, a compreensão do mundo natural, a inserção no
mundo do trabalho e ao próprio modo de vida no mundo contemporâneo. E, sobre esse aspecto
25
Moreira (2017) sugere que na formação de professores, os conteúdos sejam mediados por uma
visão de transferência didática e de aprendizagem significativa.
Os professores do ensino médio são desafiados diariamente a desenvolverem habilidades
para enfrentarem as dificuldades que surgem no ambiente escolar e, que nem sempre são
marcados por situações positivas. Ao trabalhar os temas da Hidrostática, percebe-se a dificuldade
dos estudantes de produzirem conhecimentos através dos conteúdos ministrados, pois passados
alguns dias da avaliação não se lembram dos conceitos e conteúdos estudados. Diante desses
desafios postos a professores e estudantes, para produzirem uma aprendizagem significativa
sobre Hidrostática, propõe-se investigar o seguinte problema: As atividades experimentais
contribuem para a aprendizagem significativa preconizada por David Ausubel dos
conceitos, procedimentos e aplicações da Hidrostática?
OBJETIVOS
OBJETIVO GERAL:
Desenvolver uma metodologia didática para o ensino dos temas da Hidrostática no ensino
médio, utilizando-se de uma UEPS, apoiada por um material curricular (kit didático) com os
seguintes experimentos demonstrativos: braço hidráulico, prensa hidráulica, escavadeira
hidráulica, sistema de freio hidráulico e ludião.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Produzir um material curricular (kit didático), para o estudo da Hidrostática, constituído
por: braço hidráulico, prensa hidráulica, escavadeira hidráulica, sistema de freio
hidráulico e ludião;
Elaborar uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) com o uso do
material curricular no estudo da Hidrostática, associado à aprendizagem significativa;
Analisar a aprendizagem significativa das atividades didáticas com o uso do material
curricular (kit didático) no ensino da Hidrostática na execução de uma Unidade de Ensino
Potencialmente Significativa (UEPS).
26
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
Na INTRODUÇÃO apresenta-se as motivações para, as referências teóricas
mobilizadas para a sua consecução, o problema investigado, o objetivo geral e os objetivos
específicos que orientaram a presente investigação.
No capítulo 1 é trabalhado todo o REFERENCIAL TEÓRICO, estando este dividido
em cinco subcapítulos. No primeiro é abordada a teoria de aprendizagem significativa de
David Ausubel. No segundo subcapítulo fala-se da aprendizagem ausubeliana e as Unidades
de Ensino Potencialmente Significativas (UEPS). O terceiro foi destinado à metodologia
didática, a qual abrange o ensino da Hidrostática; os PCNs e a BNCC; e ainda, o IFAC e a
avaliação do processo ensino e aprendizagem. No quarto subcapítulo é discutida a
experimentação nas aulas de Física. No quinto e último subcapítulo é destinado ao tema,
ensinando Hidrostática, envolvendo o princípio de Stevin; o princípio de Pascal; e o
princípio de Arquimedes.
No capítulo 2 encontra-se a REVISÃO DA LITERATURA, através da qual são
expostos os principais aspectos da Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS) de David
Ausubel, que fundamenta o presente estudo.
No capítulo 3 têm-se os PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS, estando este
dividido em oito subcapítulos. No primeiro é abordado o tipo de estudo. O segundo subcapítulo
dá ênfase ao produto educacional. No terceiro subcapítulo há informações da população do
estudo, amostragem e instituição de intervenção, contendo ainda os critérios de inclusão e
exclusão da amostra. No quarto subcapítulo são descritas as etapas de desenvolvimento do
material curricular (kit didático) e da intervenção escolar. O quinto subcapítulo é destinado
às informações sobre o instrumento de produção de dados, com ênfase na metodologia de
análise de dados. O sexto subcapítulo aborda as considerações éticas, com enfoque nos riscos e
benefícios do estudo. O sétimo subcapítulo traz a narrativa dos procedimentos de ensino, com
ênfase no planejamento da intervenção na instituição e elaboração da UEPS; e na execução
da UEPS. No oitavo e último subcapítulo é feita a descrição do material curricular (kit
didático), composto de: braço hidráulico; prensa hidráulica; escavadeira hidráulica; sistema
de freio hidráulico; e ludião.
No capítulo 4 encontram-se os RESULTADOS E DISCUSSÃO e está dividido em dois
subcapítulos. O primeiro subcapítulo com informações referentes a intervenção e execução da
27
UEPS. O segundo subcapítulo sobre o papel do professor e do estudante no procedimento de
ensino, com ênfase na apresentação dos resultados da aplicação dos questionários (pré-teste,
teste e pós-teste); e na análise desses questionários.
A conclusão dá destaque a metodologia usada na construção, aplicação e avaliação da
UEPS, apoiada pelo material curricular (kit didático), são descritos os objetivos alcançados e são
mencionadas as contribuições que este estudo proporcionou e que poderá vir a proporcionar para
o ensino de Física na educação básica.
28
CAPÍTULO 1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo são discutidas a teoria de aprendizagem significativa de David Ausubel,
envolvendo desde a descrição das UEPS, assim como a metodologia didática, a experimentação
nas aulas de Física, o ensino da Hidrostática e os PCNs, o IFAC e a avaliação dos processos de
ensino e aprendizagem, o ensino da Hidrostática, bem como a revisão da literatura.
1.1. A teoria de aprendizagem significativa de David Ausubel
Aprendizagem significativa é um processo cujo produto resultante é a aquisição de
novos significados pelo aluno (AUSUBEL, 2003).
Segundo David Ausubel (2003), o processo de aprendizagem significativa ocorre por
recepção e não por descoberta, sendo que o mesmo não é um processo passivo, pois exige ação e
reflexão do aprendiz.
Ausubel; Novak; Hanesian (1980, p. 34), ressaltam que a aprendizagem significativa
“ocorre quando a tarefa de aprendizagem implica em relacionar, de forma não arbitrária e
substantiva (não literal), uma nova informação a outras com as quais o aluno já esteja
familiarizado”:
“A essência do processo de aprendizagem significativa é que as ideias expressas
simbolicamente são relacionadas às informações previamente adquiridas pelo aluno
através de uma relação não arbitrária e substantiva (não literal). Uma relação não
arbitrária e substantiva significa que as ideias são relacionadas a algum aspecto relevante
existente na estrutura cognitiva do aluno, como, por exemplo, uma imagem, um símbolo,
um conceito ou uma preposição”.
Os conhecimentos já existentes são denominados por David Ausubel de “subsunçores” e
exercem um importante papel de âncoras, usadas para estabelecer relações e atribuir significado
ao novo conhecimento. Ou seja, ao se ver diante do novo conhecimento, o sujeito localiza em
suas estruturas cognitivas algum conhecimento que possa relacionar ao novo, atribuindo sentido a
esse novo conhecimento.
Moreira (2011) expressa que à medida que a aprendizagem significativa ocorre,
conceitos são desenvolvidos, elaborados e diferenciados em decorrência de sucessivas interações.
David Ausubel (1965), enfatiza que o armazenamento de informações no cérebro humano deve
29
ser altamente organizado, obedecendo a uma hierarquia conceitual, na qual os elementos mais
específicos de conhecimento são ligados e assimilados a conceitos mais gerais e inclusivos.
Moreira (2011) ressalta que na preparação da aula, o professor tem o dever de buscar os
pontos de ancoragem entre o que o aluno já sabe e o que se quer ensinar. Os estudantes, por outro
lado, têm o dever de manifestar disposição para realizar esse processo.
“Esta condição implica o fato de que, independentemente de quão potencialmente
significativo possa ser o material a ser aprendido, se a intenção do aprendiz for,
simplesmente, a de memorizá-lo arbitrária e literalmente, tanto o processo de
aprendizagem como seu produto serão mecânicos (ou automáticos) 2.
A diferenciação progressiva do conceito subsunçor deve ser a forma de como um
conceito mais geral vai evoluindo e se diferenciando entre os mais específicos quando a
aprendizagem for significativa (MOREIRA, 2011).
Moreira (2011b, p.51) ressalta que “o significado está nas pessoas, não nas coisas”.
Deste modo, não existe livro significativo ou aula significativa, mas, livros, aulas, materiais
instrucionais de um modo geral, podem ser potencialmente significativos. Para isso, devem ter
significado lógico (ter estrutura, organização, exemplos, linguagem adequada, enfim, serem
aprendíveis) e os sujeitos devem ter conhecimentos prévios adequados para dar significado aos
conhecimentos veiculados por esses materiais.
As UEPS, propostas por Moreira (2011b), são uma alternativa para a construção de
materiais potencialmente significativos; materiais que carregam em si uma boa estrutura e
desencadeamento lógico (coerência de argumentos), e ainda, que façam sentido ao grupo ao qual
se pretende apresentar determinado conteúdo. Sendo assim, o material deve estar em consonância
com os conhecimentos prévios dos estudantes. Somente dessa forma ele será relacionável à
estrutura cognitiva do sujeito que aprende e, assim, possibilitará a construção de significados
psicológicos, por parte do mesmo.
O objetivo das UEPS é a construção de materiais que contribuam para um aprendizado de
maior qualidade, que se distancie do aprendizado mecânico. Segundo Moreira (2011b, p. 43),
“são sequências de ensino fundamentadas teoricamente, voltadas para a aprendizagem
significativa, não mecânica, que podem estimular a pesquisa aplicada em ensino, aquela voltada
diretamente à sala de aula”.
2 Moreira, 1999, p. 23.
30
Moreira (2011b, p. 44), afirma que “Só há ensino quando há aprendizagem e esta deve
ser significativa; ensino é o meio, aprendizagem significativa é o fim; materiais de ensino que
busquem essa aprendizagem devem ser potencialmente significativos”.
Em todas as etapas, os materiais e a metodologia de ensino devem ser variados, de modo
a estimular o diálogo e a crítica.
De acordo com Skovsmose (2006, p.101):
[...] para que a educação, tanto como prática quanto como pesquisa, seja crítica, ela deve
discutir condições básicas para a obtenção do conhecimento, deve estar a par dos
problemas sociais, das desigualdades, da supressão etc., e deve tentar fazer da educação
uma força progressivamente ativa.
Em consonância com Skovsmose (2006), Moreira (2011a) afirma que “aprendizagem
significativa crítica é aquela perspectiva que permite ao sujeito fazer parte de sua cultura e, ao
mesmo tempo, estar fora dela”.
O foco deste estudo é o ensino e aprendizagem dos temas da Hidrostática no ensino
médio, através da execução de uma UEPS apoiada por um material curricular (kit didático). No
entanto, antes de elaborar a UEPS, o docente deve observar e conhecer o grupo de estudantes
com o qual vai trabalhar, e, além disso, deve ter apreciações e conhecimentos prévios à cerca do
conteúdo a ser abordado.
Nesse contexto, o estudo optou pela construção de UEPS propostas por Moreira (2011),
as quais são definidas como sequências de ensino fundamentadas teoricamente e, voltadas para a
aprendizagem significativa não mecânica e, que podem estimular a pesquisa aplicada em ensino
voltada diretamente à sala de aula.
1.2. A Aprendizagem de David Ausubel e as Unidades de Ensino Potencialmente
Significativas – UEPS
Na perspectiva de Ausubel (1980), a aprendizagem é relevante para o sujeito que
consegue ampliar e reconfigurar as informações que recebe. Nesse sentido o sujeito chega à
escola com algum aprendizado, e isso quer dizer, que o professor deve sempre considerar a
realidade trazida pelo estudante e esta realidade na teoria de aprendizagem significativa é a
reconfiguração da aprendizagem.
31
A reconfiguração da aprendizagem também faz parte da relação de conhecimentos que o
estudante pode ter em todas as áreas do conhecimento, inclusive a física. Moreira (2000) ressalta
que, para que ocorra a aprendizagem significativa, é necessário que haja relacionamento entre os
conhecimentos prévios com os novos de maneira não literal e não arbitrária. Assim, a Física não
deve ser apresentada aos estudantes sem uma contextualização e questionamentos sobre a mesma
e o mundo que os rodeia. Ela deve auxiliar na busca de soluções dos problemas relacionados com
a mesma.
Nessa perspectiva, Moreira (2011) sugere as UEPS como metodologia didática, com o
intuito de preencher as lacunas deixadas pelo tradicionalismo presente nas aulas da educação
básica. Constituindo-se esta de “sequências de ensino fundamentadas teoricamente, voltadas para
a aprendizagem significativa, não mecânica, que podem estimular a pesquisa aplicada em ensino,
aquela voltada diretamente à sala de aula”.
Conforme Moreira (2011, p. 43) as UEPS apresentam as seguintes características: (1)
situação inicial: construir com os alunos mapas conceituais, (2) situações-problema, (3) revisão:
iniciar a aula com uma miniaula expositiva, (4) nova situação-problema, em nível mais alto de
complexidade: construir um diagrama V, (5) avaliação somativa individual, (6) aula expositiva
dialogada integradora final: retomar todo o conteúdo da UEPS, rever os mapas e o diagrama V,
(7) avaliação da aprendizagem na UEPS: deverá estar baseada nos trabalhos feitos pelos alunos,
nas observações feitas em sala de aula e na avaliação somativa individual, cujo peso não deverá
ser superior a 50%, (8) avaliação da própria UEPS: deverá ser feita em função dos resultados de
aprendizagem obtidos.
Moreira (2011), deixa livre ao professor, caso julgue necessário, a reformulação de
algumas atividades e apresenta modelos de diagramas, a fim de abordar de maneiras diversas, a
estrutura de uma UEPS e também para ilustrar que os diagramas podem ser úteis nas atividades
colaborativas nela propostas.
Apresenta-se na Figura 1 a ilustração de um Diagrama V (GOWIN, 1981).
32
Figura 1 - Diagrama V para a construção de uma UEPS. Fonte: Moreira, 2012, p. 6.
Os diagramas, na visão do autor, abordam de maneira diferenciada a estrutura de uma
UEPS. Seu formato V permite visualizar a ligação entre um evento de estudo, seu domínio
conceitual e os resultados.
33
A base dos diagramas V está na crença de que todo material instrucional está formado
sobre uma rede de significados envolvendo os conceitos, as teorias, os eventos, as questões, os
dados, sua análise e interpretação, formando através desta rede asserções de conhecimento e valor
e é nessa perspectiva que será utilizado no presente estudo.
Outro modelo de diagrama apresentado por Moreira (2012) refere-se aos Mapas
Conceituais (MC).
Apresenta-se na Figura 2 a ilustração de um MC arquitetado por Moreira (2012).
Figura 2 - Mapa Conceitual para a construção de uma UEPS. Fonte: Moreira, 2012, p. 7.
34
O autor esclarece que no mapa não foram colocados conectivos na parte inferior para
que não ficasse muito denso e as flechas são usadas apenas quando se quer dar um sentido à
leitura.
Nesta ferramenta pode-se representar desde a estrutura hierárquica de uma área do
conhecimento, como a Física, e até capítulos de livros sobre um tema específico, nesse caso
específico, os temas da Hidrostática.
Neste sentido, Segundo RANZANI e PESSANHA (2013), o professor precisa partir de
um planejamento sobre o que pretende construir, como será construído, como será avaliado e
buscar ações para reconhecer as evidências da aprendizagem significativa para os estudantes. As
UEPS têm relação com esta necessidade de planejamento, por serem uma sequência de atividades
realizadas no processo de ensino e aprendizagem. As mesmas promovem um ensino com base na
aprendizagem significativa (AUSUBEL, 2003) e são constituídas por etapas, que, nas sequências
em que são propostas têm o objetivo de gerar uma aprendizagem significativa.
A metodologia de ensino na forma de UEPS tem estimulado muitos estudos e vem sendo
amplamente divulgada, a exemplo do estudo de Molin (2017) que apresenta a construção,
aplicação e avaliação de uma UEPS no estudo da água, na disciplina de Ciências, fazendo uso das
multimídias digitais. Aplicada para 25 estudantes do 6º ano do ensino fundamental II, de uma
instituição de ensino da rede privada, situada na cidade de Caxias do Sul/RS, apresentou
resultados satisfatórios, pois os estudantes que participaram dos seis momentos mostraram não só
uma predisposição para assimilar os conceitos trabalhados, como também capacidade de os
transferir e de aplicá-los em outros contextos de aprendizagem e ainda. Outro exemplo se refere à
UEPS de Fortaleza (2018), aplicada no colégio estadual professor Abelardo Romero Dantas, na
cidade de Lagarto - SE, com estudantes de uma turma de 2º ano do ensino médio. Os resultados
indicaram que a UEPS proporcionou nos estudantes uma predisposição a aprender e buscar o
conhecimento de uma forma ativa, também havendo uma evolução conceitual significativa acerca
dos temas densidade e pressão.
As UEPS de Molin (2017) e Fortaleza (2018), assim como a UEPS proposta nessa
dissertação, são estratégias que possibilitam uma maior interação dos estudantes com os
conteúdos propostos, pois consideram os conhecimentos prévios dos estudantes como estimulo
para que os relacionem com os novos conhecimentos, oportunizando ao professor, a possibilidade
de identificar o que os estudantes já sabem e o que ainda precisam compreender para planejar e
35
organizar o caminho para a aquisição dos novos conhecimentos, pois à medida que a UEPS vai
sendo desenvolvida, a tendência é que diminuam as dificuldades de relacionar os conteúdos com
o cotidiano devendo haver assimilação dos conceitos com mais propriedade e interesse.
1.3. Metodologia Didática
A perspectiva de todo professor é ministrar aulas atrativas, com boa didática,
conquistando a atenção e o interesse dos estudantes na construção de uma aprendizagem
significativa. Nesse aspecto, faz-se necessário definir objetivos, conteúdos de ensino,
procedimentos didáticos entre outros.
É nesse momento que o docente deve tomar uma decisão, que envolva a arte de ensinar:
a Didática. Ela, enquanto ciência tem como marco inicial um despertar para o entendimento na
construção de sua própria linguagem cientifica, ou seja, o aprendizado (Comenius, 1592-1670).
Comenius (1978) destacou no seu livro que a Didática é a arte de ensinar. Ele destaca
ainda em sua obra que:
Cabe-nos demonstrar, agora, que “nas escolas se deve ensinar tudo a todos”. Não se deve
entender por isso que julguemos necessário que todos tenham conhecimento acabado de
todas as ciências humanas. Já sabemos que, se se pretende conhecer, extensa e
minuciosamente, qualquer arte (a Física, a Aritmética, a Geometria ou Arbocultura, etc.),
mesmo os mais bem-dotados terão que se consagrar a vida toda a especulações e
experiências, como aconteceu, na Aritmética, com Pitágoras; na Mecânica, com
Arquimedes; na Agricultura e nos Metais a Longolo que também se dedicou à Retorica,
somente para se tornar um cicerone perfeito. Portanto, todos que viemos a este mundo,
não somente espectadores, mas também como atores, devemos ser instruídos sobre os
fundamentos, razões e fins das coisas principais que existem e se criam. E há que se
atender a isto, especialmente para que nada, durante nossa estada nesse mundo, nos seja
desconhecido de tal maneira que não o possamos julgar modestamente e aplicá-lo com
prudência, sem erro que nos cause danos 3.
O texto, embora de grande utilidade na época, ainda se faz refletir sobre os métodos de
ensino aplicados pelos professores no período moderno. Em textos mais atuais, Gil (1997) ao
abordar a Didática, entende como uma forma de sistematização do ensino, constituída de métodos
e técnicas em que o professor aplica durante a prática de ensino. Além disso, Libâneo (2013)
expressa didaticamente o principal ramo de estudo da Pedagogia. O autor destaca mais ainda, ela
investiga os fundamentos, as condições e os modos de realização da instrução e do ensino.
3 COMENIUS, 1978, p. 89.
36
Libâneo (2013) destaca que o objeto de estudo da Didática é o processo de ensino e
explica que:
Na medida em que o ensino viabiliza as tarefas da instrução, ele contém a instrução.
Podemos, assim, delimitar como objeto da Didática o processo de ensino que,
considerado no seu conjunto, inclui: os conteúdos dos programas e dos livros didáticos,
os métodos e formas organizativas do ensino, as atividades do professor e dos alunos e
as diretrizes que regulam e orientam esse processo 4.
O autor enfatiza que o ensino viabiliza as tarefas da instrução e nos mostra que caberá ao
docente harmonizar o ensino, responsabilidade esta altamente social, uma vez que requer dotar os
estudantes de conhecimentos e habilidades que tendem a se acumular pela experiência social de
cada um.
Assim, baseado nos autores mencionados, é possível destacar que a metodologia didática
é essencial para o docente, o qual se encontra em constante formação, interligando sempre os
aspectos teóricos com os práticos, num exercício da busca da aprendizagem significativa,
vislumbrando que os conteúdos de ensino façam sentido para os estudantes.
Nessa perspectiva, faz-se necessário ao professor, utilizar formas e metodologias para
modificar qualitativamente o processo de ensino e aprendizagem em ensino de Física, pois a
preocupação com práticas inovadoras é fundamental no aprendizado, estimulando uma didática
transformadora, que possibilite a motivação pelas aulas e que os estudantes possam compreender
a física globalizada como parte de seu cotidiano.
1.3.1. Ensino da hidrostática, os PCNs e a BNCC
O Ministério da Educação (MEC) lançou em 1999 os Parâmetros Curriculares Nacionais
para o Ensino Médio (PCNEM), o qual deve voltar-se para a formação do estudante enquanto
cidadão contemporâneo, atuante na sociedade, podendo intervir e participar de sua realidade
(BRASIL, 1999).
Os PCNEM propõem orientações sobre os conteúdos básicos a serem ensinados e
aprendidos em cada etapa, devendo os professores adaptarem os parâmetros à realidade das
4 LIBÂNEO, 2013, p. 55.
37
escolas onde lecionam e com o perfil de seus alunos. Sobre os PCNEM e o ensino de Física
destaca-se:
Espera-se que o ensino de Física, na escola média, contribua para a formação de uma
cultura científica efetiva, que permita ao indivíduo a interpretação dos fatos, fenômenos
e processos naturais, situando e dimensionando a interação do ser humano com a
natureza como parte da própria natureza em transformação. Para tanto, é essencial que o
conhecimento físico seja explicitado como um processo histórico, objeto de contínua
transformação e associado às outras formas de expressão e produção humanas. É
necessário também que essa cultura em Física inclua a compreensão do conjunto de
equipamentos e procedimentos, técnicos ou tecnológicos, do cotidiano doméstico, social
e profissional 5.
Os PCN+, criados com o intuito de complementar os PCNEM sugerem que:
“... a Física deve apresentar-se, portanto, como um conjunto de competências específicas
que permitam perceber e lidar com os fenômenos naturais e tecnológicos, presentes tanto
no cotidiano mais imediato quanto na compreensão do universo distante, a partir de
princípios, leis e modelos por ela construídos” (BRASIL, 2002a, p. 2).
A legislação preconiza que no ensino da Física haja uso de metodologias e práticas que
priorizem aquilo que o estudante já conhece, levando em conta a interação deste com o mundo a
sua volta. Por conseguinte, a abordagem dos temas da Hidrostática no ensino médio que engloba
os princípios de Stevin, Pascal e Arquimedes, assim como a pressão hidrostática, as condições de
flutuação, a relação entre diferença de nível e seus aspectos históricos relativos à temática e,
também requerem a produção de uma metodologia de ensino vinculada aos saberes experienciais
dos estudantes com esses objetos de conhecimento. Dessa forma, o ensino acolhe os subsunçores
que os estudantes elaboram em seu universo de significação. Estes conteúdos têm a seu favor o
fato de que contam com diversas aplicações no cotidiano, a seguir ilustradas:
I) os elevadores hidráulicos e escavadeiras (princípio de Pascal);
II) caixas e reservatórios de água que recebem ou distribuem água sem precisar de
bombas para auxiliar esse deslocamento do líquido (princípio de Stevin)
III) colchão inflável e balão de ar quente (princípio de Arquimedes ou Empuxo); entre
outras.
Os aspectos científicos e concretos destes conhecimentos podem ser bastante
explorados, tornando o processo de aprendizagem bem mais significativo. Dito de outro modo
5 BRASIL, 2000, p. 22.
38
faz-se necessário o desenvolvimento de metodologias didáticas, que associadas às competências e
habilidades adquiridas possam ter significados reais no cotidiano dos estudantes.
Na Base Nacional Comum Curricular (BNCC), competência é definida como a
mobilização de conhecimentos (conceitos e procedimentos), habilidades (práticas, cognitivas e
sócio emocionais), atitudes e valores para resolver demandas complexas da vida cotidiana, do
pleno exercício da cidadania e do mundo do trabalho.
Além das competências gerais da educação básica, a BNCC está organizada por áreas do
conhecimento, com a finalidade de integrar dois ou mais componentes (disciplinas) do currículo.
As áreas do conhecimento definidas na BNCC-EM são Linguagens e suas Tecnologias (Arte,
Educação Física, Língua Inglesa e Língua Portuguesa); Matemática; Ciências da Natureza
(Biologia, Física e Química); e Ciências Humanas e Sociais Aplicadas (História, Geografia,
Sociologia e Filosofia).
A BNCC-EM da área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias propõe ampliar e
sistematizar as aprendizagens essenciais desenvolvidas até o 9° ano do ensino Fundamental
(BNCC-EF). Isso significa, em primeiro lugar, focalizar a interpretação de fenômenos naturais e
processos tecnológicos de modo a possibilitar aos estudantes a apropriação de conceitos,
procedimentos e teorias dos diversos campos das Ciências da Natureza. Significa, ainda, criar
condições para que eles possam explorar os diferentes modos de pensar e de falar da cultura
científica, situando-a como uma das formas de organização do conhecimento produzido em
diferentes contextos históricos e sociais, possibilitando-lhes apropriar-se dessas linguagens
específicas.
No ensino médio, espera-se uma diversidade de situações-problema, incluindo aquelas
que permitem aos jovens a aplicação de modelos com maior nível de abstração e de propostas de
intervenção em contextos mais amplos e complexos.
Em conformidade com a própria natureza da área, a BNCC-EM propõe que os
estudantes aprofundem e ampliem suas reflexões a respeito das tecnologias, tanto no que
concerne aos seus meios de produção e seu papel na sociedade atual como também em relação às
perspectivas futuras de desenvolvimento tecnológico. Desse modo, propõe continuidade ao
tratamento dado no ensino fundamental, etapa na qual as tecnologias foram abordadas sob uma
perspectiva de aplicação de conhecimentos e análise de seus efeitos sobre a saúde e a qualidade
de vida das pessoas.
39
Na BNCC-EM, são definidas competências específicas para cada área do conhecimento,
que também orientam a construção dos itinerários formativos relativos a essas áreas. Elas estão
articuladas às competências especificas de área para o ensino fundamental, com as adequações
necessárias ao atendimento das especificidades de formação dos estudantes do ensino médio.
1.3.2. O IFAC e a avaliação do processo ensino e aprendizagem
A Lei nº 11.892, de 29 de dezembro de 2008, Artigo 5º, Inciso I, vinculado ao Ministério
da Educação (MEC) criou o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Acre (IFAC)
com natureza jurídica autárquica, autonomia administrativa, patrimonial, financeira, didático-
pedagógica e disciplinar. Onde os cursos da educação profissional técnica de nível médio são
regidos por uma Organização Didático-Pedagógica, que tem por finalidade orientar e reger os
procedimentos didático-pedagógicos e administrativos relativos e no âmbito dos campi,
observados as disposições da legislação vigente, as regulamentações do Conselho Nacional de
Educação (CNE) e normativas institucionais pertinentes.
Especificamente sobre os critérios e instrumentos de avaliação, considera que os
critérios de avaliação e desempenho escolar devem ter:
I. Domínio de conhecimentos (assimilação e utilização de conhecimentos na resolução
de problemas, análise e interpretação de diferentes situações problemas);
II. Participação (interesse, comprometimento e atenção aos temas discutidos nas aulas,
estudos de recuperação, formulação e/ou resposta a questionamentos orais, cumprimento das
atividades individuais e em grupo, externas e internas à sala de aula);
III. Envolvimento dos (as) estudantes em eventos, prioritariamente, internos (eventos
culturais e artísticos, olimpíadas educativas, atividades esportivas, atividades de pesquisa e
extensão, outras definidas pelo PPC ou em outros projetos e programas institucionais);
IV. Criatividade;
V. Autoavaliação;
VI. Análise do desenvolvimento integral do (da) estudante no período letivo;
VII. Outros previstos no Projeto Pedagógico de Curso.
As atividades avaliativas deverão ser realizadas em proporcionalidade à carga horária
das disciplinas obedecendo, ao mínimo, de duas por etapa avaliativa nos cursos integrados.
40
A média parcial será apurada a partir da Equação 1 e a média final será obtida a partir da
Equação 2:
(1)
Onde:
MP = Média Parcial
Σ ME = Somatório das médias bimestrais
4 = Número de bimestres
(2)
Onde:
MF = Média Final
MP = Média Parcial
AV = Avaliação Final
O Coeficiente de Rendimento Acadêmico (CRA) de desempenho do estudante ao final
de cada período letivo estabelece um valor entre zero a dez e, se encerrará na segunda casa
decimal sem arredondamento.
Este coeficiente serve como base para decisões em caso de premiações, processos
seletivos internos, requerimentos diversos e outras situações que envolvam a vida acadêmica do
estudante.
Com base na Resolução CONSU/IFAC nº 001 (2018), o cálculo do CRA é semestral,
tendo como parâmetro dois indicadores: nota final do estudante em cada disciplina e sua
respectiva carga horária, por meio da Equação 3:
41
(3)
Onde:
Erro! Fonte de referência não encontrada. = Carga horária da disciplina 1
Erro! Fonte de referência não encontrada. = Nota da disciplina 1
Respeitando os procedimentos avaliativos adotados pelo IFAC, associados às etapas de
aplicação da UEPS, as quais consistem sequencialmente em situação inicial; aula expositiva e
criações de novas situações-problema como organizadores prévios, com elevação do nível de
complexidade; utilização de recursos diversificados no desenvolvimento do tema, como a
confecção de roteiros e aplicação de experimentos em grupos e o manuseio do material curricular
(kit didático), para assim, dar-se o processo de avaliação, seja somativa individual ou aplicação
de teste, culminando com a avaliação da aprendizagem através da UEPS proposta nessa
dissertação em consonância com os critérios adotados pela instituição de ensino.
1.4 Experimentação nas aulas de Física
É público que as dificuldades no ensino de Física estão relacionadas a diversos fatores.
Um deles, segundo Cerqueira (2004), é o grau de abstração ou o formalismo matemático, que
contribuem para diminuir o interesse dos estudantes por essa área de conhecimento. Neste
contexto, as atividades experimentais podem ser enxergadas como potencialmente significativas
neste processo de ensino e aprendizagem e as aulas práticas devem ser utilizadas como
instrumento de mediação para o ensino de Física.
Destaca-se a grande diversidade de atividades que podem ser desenvolvidas no ambiente
escolar, por exemplo, as atividades experimentais, feiras de ciências, uso de softwares, kit
didáticos e outras alternativas que visam integração entre teoria, os conhecimentos prévios dos
estudantes e ainda, interação com a realidade em que estão inseridos. Segundo Alves (2005),
apropriando-se dessas ferramentas, o docente sempre conseguirá despertar o interesse e a atenção
de seu público, ao fenômeno e a explanação, minimizando assim, as dificuldades enfrentadas no
processo de ensino e aprendizagem da Física.
42
Na concepção de Araújo e Abib (2003), a utilização de atividades experimentais como
estratégia de ensino tem sido apontada por docentes e estudantes como uma das maneiras mais
frutíferas de minimizar as dificuldades de aprender e de ensinar Física, de modo significativo e
consistente. Devendo, tais atividades experimentais possibilitar significados reais, provocando a
elaboração e construção pessoal dos conceitos ministrados, a fim de que sejam utilizadas para
interpretação e para a construção de outras ideias.
Quando se fala em atividades experimentais, é importante mencionar que estas não são
restritas apenas a laboratórios de ensino ou experimentos que visem análise quantitativa, mas que
abranjam outros tipos de atividades práticas, como experimentos adaptados oriundos de buscas na
rede de internet, simulações computacionais e outros. Nessa discussão, Gaspar (2014), expressa
que, ainda que a partir apenas de sua descrição ou da exibição de um filme ou animação, é
certamente útil e pode dar excelentes resultados, desde que adequadamente guiado pelo docente.
A prática, sendo executada e direcionada, em sala de aula ou no laboratório, acaba sendo
uma ferramenta primordial no processo ensino e aprendizagem, uma vez que os conteúdos devem
ser assimilados de forma significativa, contribuindo assim para a formação do conhecimento e ao
mesmo tempo, se observa a grande dimensão da importância da interação prática e teórica no
ensino da Física, conforme destacam Alves e Stachak (2005):
O ato de experimentar no ensino de Física é de fundamental importância no processo
ensino-aprendizagem e tem sido enfatizado por muitos autores. Esta ênfase por um
ensino experimental adiciona-se importantes contribuições da teoria da aprendizagem
em busca da contribuição do conhecimento. (Alves e Stachak, 2005, p.1).
Visto dessa forma, a experimentação é aspecto intrínseco ao ser humano no seu processo
de formação e desenvolvimento intelectual. Sob tais argumentos, justifica-se a experimentação no
ensino de Física como ferramenta auxiliar no processo de ensino e aprendizagem, ou sendo o
próprio processo de construção do conhecimento científico, contribuindo de forma positiva para
processo de formação do cidadão. No entanto, somente a experimentação, separada de uma
metodologia de ensino mais abrangente não é satisfatória, vindo a se tornar apenas um reforço ao
seu desenvolvimento mental.
Portanto, o estudante necessita interagir com o meio para internalizar os novos
significados desenvolvidos dentro daquele contexto. O contato com atividades práticas o faz
abstrair conceitos que eram apenas teóricos, passando assim a ter “significado”, podendo este
43
relacioná-lo a acontecimentos no seu dia-a-dia. Daí a importância da introdução de atividades
experimentais no ensino de Física.
1.5. Ensinando Hidrostática
A palavra Hidrostática vem do grego, cujo prefixo hidro significa água e estática a
corpos em equilíbrio, portanto, Hidrostática é a Ciência que estuda o comportamento dos fluidos
em equilíbrio (GASPAR, 2013, p. 254). Os fluidos indistintamente aos líquidos e aos gases são
substâncias com propriedade de escoar facilmente e mudar de forma sob a ação de pequenas
forças, e, quando em equilíbrio e a resultante das forças que atuam sobre cada uma de suas
porções é nula (NUSSENZVEIG, 2002). A Figura 3 ilustra a adaptação do fluido de acordo com
recipiente.
Figura 3 - Esquema de um fluido em escoamento e tomando a forma do recipiente. Fonte: a própria autora.
Ao iniciar o estudo da Hidrostática é de fundamental importância conhecer e
compreender os conceitos de massa específica, peso específico e pressão.
A massa específica de um corpo é definida como a razão entre a massa (m) e seu volume
(V), expressos simbolicamente através da Equação 4:
44
(4)
O peso específico de um corpo é definido como a razão entre a intensidade do peso (P)
do corpo e seu volume (V), expressos simbolicamente na Equação 5 como:
(5)
Sabe-se que a pressão (P), é definida como sendo uma força (F), que atua sobre
determinada área (A), conforme descrito na Equação 6:
(6)
Em 1643, o italiano físico e matemático Evangelista Torricelli (1608-1647), realizou
várias experiências que tinha por objetivo determinar a pressão exercida na superfície livre de um
fluido ao nível do mar (SAMPAIO; CALÇADA, 2005). A experiência de Torricelli:
Primeiramente, Torricelli encheu com mercúrio (Hg) um tubo de vidro de
aproximadamente 1 metro de comprimento. Em seguida, mantendo fechado o tubo,
inverteu-o e mergulhou-o num recipiente que também continha mercúrio. Depois,
abrindo a extremidade inferior, notou que o mercúrio descia um pouco, estabilizando
num comprimento de aproximadamente 76 cm acima da superfície livre do mercúrio. A
parte superior ficava vazia, isto é, ali temos vácuo. Este vácuo não é perfeito, pois um
pouco de mercúrio se evapora preenchendo o espaço 6.
Torricelli através de sua experiência concluiu que a pressão que mantinha a coluna de
mercúrio em equilíbrio naquela altura era a pressão atmosférica. A pressão de uma atmosfera (1
atm) equivale a pressão exercida por uma coluna de mercúrio de 76 cm de altura em relação ao
nível do liquido à temperatura do local é 0 ºC e a aceleração da gravidade local de
aproximadamente de 9,80 m/s² (SAMPAIO; CALÇADA, 2005).
6 SAMPAIO; CALÇADA, 2005, p. 84-85.
45
A Figura 4 ilustra o experimento de Torricelli para determinar a pressão atmosférica ao
nível do mar.
Figura 4 - Esboço da experiência realizado por Torricelli (1608-1647) em 1643.
Fonte: Sampaio e Calçada (2005, p. 85).
De acordo com Torricelli, a força que mantinha a coluna de mercúrio elevada no tubo
era simplesmente a pressão atmosférica, transmitida através do mercúrio no recipiente. O ar
pressiona a superfície do mercúrio no recipiente, e como praticamente não existe gás no espaço
vazio no topo do tubo, o mercúrio desce pelo tubo, mas somente até o ponto em que seu peso
equilibre a força exercida pelo ar sobre a superfície de mercúrio no recipiente. Torricelli realiza,
então, diversas vezes o experimento, utilizando tubos de diversos tamanhos e formatos, largos,
finos, com bulbos grandes e pequenos. Acaba chegando à conclusão de que a altura da coluna de
mercúrio no tubo é independente da largura do tubo ou de quanto mercúrio se encontra no
recipiente. De fato, pode-se analisar a situação matematicamente e mostrar que a altura da coluna
realmente independe da área.
Nesse contexto, define-se que os pilares da hidrostática estão fundamentados em três
princípios básicos: o princípio de Stevin, o princípio de Pascal e princípio de Arquimedes
(DOCA; BISCUOLA; BÔAS, 2007), os quais são definidos nas sessões seguintes.
1.5.1. O princípio de Stevin
O princípio de Stevin deduzido experimentalmente pelo físico e matemático belga
Simon Stevin (1548-1620) estabelece que a diferença entre pressões em dois pontos no seio de
46
um liquido em equilíbrio é diretamente proporcional ao produto da massa especifica do líquido
Erro! Fonte de referência não encontrada., pelo módulo da aceleração da gravidade local g e a
diferença de profundidade Δh (SAMPAIO; CALÇADA, 2005). Considere, conforme demonstra a
Figura 5, um líquido em equilíbrio dentro de um recipiente. Na medida em que afundamos em
um líquido, a pressão aumenta.
Figura 5 - Relação da pressão com a
altura. Fonte: adaptada de Pauli et al.
(1978)
Sejam as pressões nos pontos A e B, dadas por PA e PB e = hA – hB a diferença de
profundidade e, de acordo com o princípio de Stevin, conforme demonstram as Equações 7 e 8
temos:
(7)
(8)
Segundo Sampaio e Calçada (2005), este princípio estabelece as bases para o
entendimento dos vasos comunicantes, pois, pontos que estão no mesmo plano horizontal
suportam a mesma pressão independente do formato do recipiente, conforme pode ser observado
na Figura 6.
47
Figura 6 - Apresenta um sistema de vasos comunicante com diferentes formas e contendo o
mesmo fluido. Fonte: adaptada de Catani e Aguiar (2012).
Os vasos comunicantes representados na Figura 6 são apenas alguns dentre os variados
exemplos de utilização do princípio de Stevin presentes nos livros didáticos, sendo o fator
determinante na pressão apenas a altura da coluna de fluido escolhida.
Já os recipientes em forma de “U” são utilizados para determinar a densidade de um
fluido desconhecido quando conhecida a densidade de um deles. O processo se constitui de
misturar fluidos não miscíveis nesse recipiente e, em seguida aplicar o Teorema de Stevin, pois,
as alturas alcançadas pelos fluidos, contadas a partir da superfície de separação, são inversamente
proporcionais às massas especificas dos fluidos (PAULI et al., 1978).
Sejam então dois líquidos não miscíveis, 1 e 2, colocados em vasos comunicantes,
conforme é ilustrado na Figura 7.
Figura 7 - Esquema de um tubo em forma de U, contendo dois
líquidos não miscíveis. Fonte: adaptada de PAULI et al.
(1978).
48
Se os pontos A e B estiverem no mesmo plano horizontal e no mesmo líquido as
pressões exercidas sobre eles são iguais, ou seja, PA = PB, e PA’ = PB’ são as pressões exercidas
pela atmosfera sobre a superfície livre dos líquidos.
Substituindo estas igualdades na Equação 7, obtemos o exposto nas Equações 9 e 10:
(9)
(10)
E assim, subtraindo a Equação 9 da 10, temos o expresso na Equação 11:
(11)
Se confirmando assim, o enunciado sobre a determinação da densidade de um fluido
desconhecido, quando é conhecida a densidade de um deles.
No dia a dia é possível observar diversas aplicações dos vasos comunicantes,
estabelecido pelo princípio de Stevin, como ilustrado na Figura 8.
Figura 8 - Apresenta um exemplo da aplicação cotidiana do princípio Stevin. Sistema de distribuição d’água em
uma cidade através de vasos comunicantes. Fonte: adaptado de www.feiradeciencias.com.br.
49
A Figura 8 pode ser descrita da seguinte maneira:
Ao se construir um reservatório de água para abastecer uma cidade, procura-se colocá-lo
num ponto mais alto possível, de modo que, pelo princípio dos vasos comunicantes, a
água atinja todas as residências. Quando isso não é possível, como no caso de um
edifício, há a necessidade de usar uma bomba que eleve a água do nível da rua para uma
caixa situada no teto do edifício. Os poços artesanais são outro exemplo de aplicação dos
vasos comunicantes 7.
Essas e outras situações comuns no cotidiano, onde são visíveis as caixas d’água
interligadas por canos, são denominadas de vasos comunicantes.
1.5.2 O princípio de Pascal
O princípio de Pascal, conforme Pauli et al. (1978), foi estabelecido pelo físico e
matemático francês Blaise Pascal (1623 - 1662) e pode ser enunciado sendo o acréscimo de
pressão em qualquer um ponto, no seio de um líquido em equilíbrio se transmitindo integralmente
a todos os pontos do líquido. E ainda, segundo Gaspar (2002), sendo a variação de pressão
aplicada a um fluido contido num recipiente fechado, transmitido integralmente a todos os pontos
desse fluido.
Consideremos o recipiente contento um líquido em equilíbrio expresso na Figura 9 e
supondo que as pressões nos pontos A e B sejam PA e PB.
Figura 9 - Recipiente contento um líquido
em equilíbrio. Fonte: adaptado de PAULI et
al. (1978).
7 SAMPAIO; CALÇADA, 2005, p. 72.
50
De acordo com princípio de Pascal, temos a Equação 12:
(12)
Suponha que por meio de um embolo seja comprimido o líquido, produzindo um
acréscimo de pressão na pressão do ponto B. A pressão no ponto A’ passa a ser expresso
através da Equação 13:
(13)
Para determinar a pressão no ponto A’ podemos escrever conforme demonstram as
Equações 14 e 15:
(14)
(15)
Substituindo a equação 14 na equação 15 temos, obtém-se as Equações 16, 17 e 18:
(16)
Mas,
(17)
Portanto:
(18)
51
Ou seja, o acréscimo de pressão exercida no ponto B se transmitiu integralmente para
o ponto A, confirmando o princípio de Pascal.
1.5.3. O princípio de Arquimedes
O princípio de Arquimedes foi estabelecido pelo grego físico e matemático, cujo
princípio foi nomeado em sua homenagem, que viveu no século III a. C., enquanto se banhava
em uma banheira na cidade de Siracusa. Sabemos que qualquer corpo colocado num líquido, nem
sempre afunda, por exemplo: um pedaço de madeira ou um barco em um rio ou lago. As
explicações para estes fenômenos podem ser feitas pelo princípio de Arquimedes. Os autores,
Pauli et al. (1979), afirmam que formalmente, o princípio de Arquimedes pode ser enunciado da
seguinte maneira: todo corpo mergulhado ou flutuante num fluido (liquido ou gás), fica sujeito à
ação de uma força vertical e para cima, imposta pelo fluido denominada de empuxo, com as
características I) O módulo do empuxo é igual ao módulo do peso do volume do líquido
deslocado; II) A direção do empuxo é vertical; III) O sentido do empuxo é de baixo para cima
(PAULI et al., 1979).
Seja então, o empuxo, o peso e massa especifica do fluido, representados por E, P e µ,
esquematizados na Figura 10.
Figura 10 - Esquema da aplicação da força
de empuxo em um cilindro. Fonte: adaptado
de PAULI et al. (1978).
Suponha que seja o volume do fluido deslocado pelo corpo e a sua massa.
Simbolicamente, escreve-se através da Equação 19:
52
(19)
De acordo com o princípio de Arquimedes o empuxo é igual ao peso do líquido
deslocado pelo corpo. Portanto expressa na Equação 20:
(20)
Associado às aplicações matemáticas descritas, o ensino dos temas da Hidrostática no
ensino médio se constitui em fazer com que os estudantes compreendam na prática, a importância
desta unidade didática, pois, percebendo o quanto a física se faz presente no dia a dia, poderão
relacionar a Hidrostática ao cotidiano, através da aplicação de metodologias a serem propostas.
CAPÍTULO 2. REVISÃO DA LITERATURA
A revisão da literatura está baseada em textos, artigos e teses divulgadas em vários
eventos relacionados com o ensino de Física tais como: XXI- XXII Simpósio Nacional de Ensino
de Física (SNEF XXI- 2015, SNEF XXII - 2017), Encontro de Pesquisa em Ensino de Física
(EPEF – XV-2014), Encontro de Física 2016 com edição especial dos eventos oficiais da SBF
onde reuniu todas suas áreas de atuação. XXXVII Encontro Nacional de Física de Partículas e
Campos, XXXIX Reunião de Trabalho sobre Física Nuclear no Brasil, XXXIX Encontro
Nacional de Física da Matéria Condensada, XVI Encontro de Pesquisa em Ensino de Física e
XIII Encontro Brasileiro de Física dos Plasmas em comemoração a seu cinquentenário (SBF,
2018).
Além destes, foram incluídos artigos científicos publicados no Caderno Brasileiro de
Ensino de Física de 2014 a 2018, Revista Brasileira de Ensino de Física de 2014 a 2018, Revista
Scientia Plena de 2016 a 2018 e Dissertações do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de
Física - MNPEF de 2015 a 2018.
A busca da bibliografia está baseada nos últimos cinco anos. No caso dos XXI SNEF,
XXII SNEF, XV EPEF e XVI EPEF selecionou se artigos completos contidos nas programações,
nas categorias de painéis, pôsteres e comunicação oral.
53
Os procedimentos da escolha da bibliografia nesses eventos, bem como nas revistas e
dissertações foram baseadas em: leitura dos títulos e resumos dos trabalhos publicados visando a
uma relação com o ensino da hidrostática, aprendizagem significativa e UEPS.
A Tabela 1 ilustra o tipo de bibliografia explorada, a categoria de ensino, a categoria de
aprendizagem mencionada na bibliografia e total das bibliografias que aplicaram UEPS.
Tabela 1 - Distribuição da literatura segundo o tipo de bibliografia, categoria de ensino, teoria de
aprendizagem mencionada/relacionada, aplicação de UEPS. Fonte: a própria autora
Categoria Distribuição de Frequência
Tipo de bibliografia Fa F%
Trabalhos divulgados no SNEF 21 42.0
Trabalhos divulgados no EPEF 8 16.0
Artigo científico 5 10.0
Dissertação 16 32.0
Categoria de ensino da bibliografia Fa F%
Educação de Jovens e Adultos 3 6.0
Ensino Fundamental (EF) 7 14.0
Ensino Fundamental (EF) e Ensino Médio (EM) 1 2.0
Ensino Médio (EM) 33 66.0
Ensino Superior (ES) 2 4.0
Outros 4 8.0
Teoria de aprendizagem mencionada/ relacionada Fa F%
Teoria de David Ausubel 27 54.0
Teoria de Novak 1 2.0
Teoria de Novak e David Ausubel 1 2.0
Outros 2 4.0
Não se aplica/ não menciona 19 38.0
Aplicação de UEPS Fa F%
UEPS aplicados no ensino da hidrostática 9 18.0
Outros métodos 41 82.0
Foram divulgados 21 trabalhos nos SNEF (2015 e 2017) relacionados ao ensino da
Hidrostática e outros fazendo referência e a teoria de aprendizagem mencionada, sendo a de
maior amplitude a aprendizagem significativa com 54% do total.
54
Destacam-se 19 bibliografias que não mencionaram e/ou basearam em teorias de
aprendizagens. Elas foram relacionadas às atividades experimentais, sequências investigativas,
sequência de ensino etc. Poucos foram os trabalhos que envolveram a aplicação de UEPS. Na
revisão, encontrou-se um total de nove correspondendo 18% dos trabalhos sobre UEPS no ensino
da Hidrostática.
O Quadro 1 apresenta algumas literaturas oriundas do XXII SNEF, de dissertações
defendidas através do MNPEF e um artigo científico oriundo da Revista Scientia Plena, todos
com abordagem nos temas da Hidrostática associados à teoria de aprendizagem significativa e
com o desenvolvimento/aplicação de produto educacional. Em um panorama geral, percebe-se
que os conteúdos como pressão, princípio de Pascal, fluido e densidade são os que prevalecem
nos estudos, seguidos de temas como pressão atmosférica, força e vasos comunicantes.
Quadro 1 - Distribuição da literatura segundo autoria, teoria de aprendizagem
mencionada/relacionada, conteúdos de ensino ressaltados na bibliografia. Fonte: a própria autora
N
Autoria
(ano)
Tipo de
bibliograf
ia
Teoria de
aprendizagem
associada/me
ncionada
Conteúdos de ensino da
hidrostática ressaltados no
trabalho
Produto educacional desenvolvido
e/ou aplicado
1
Bar
bosa
et
al.
(2017)
TD
SN
EF
AS
Mecânica dos fluidos, força,
pressão, princípio de Pascal e
vasos comunicantes.
Confecção de artefatos tecnológicos:
uma escavadeira hidráulica, um
guindaste hidráulico, uma mão
mecânica e uma aranha hidráulica.
2
Moura
et a
l.
(2017)
TD
SN
EF
AS Conceito de densidade, força,
fluido, pressão, volume. Sequência de ensino de hidrostática
3
Sil
va
(2016)
DM
P
AS Peso, vácuo, pressão
atmosférica
História da ciência em sala de aula:
Uma proposta para a abordagem do
desenvolvimento dos conceitos de
peso do ar e pressão atmosférica
(Produto educacional: uma apostila
contendo o recorte histórico referente
ao estabelecimento do peso do ar e
de pressão
atmosférica).
4
Lim
a
(201
6)
DM
P
AS Pressão e vazão
Ensino de Hidrostática voltada para
irrigação de frutos e hortaliças,
através da Aprendizagem
Significativa (produção de um livreto
intitulado Física para Irrigação).
55
5 S
ouza
(2016)
DM
P
AS &Vy
Conceito de hidrostática,
conceito de fluido,
viscosidade,
compressibilidade, densidade,
massa especifica, pressão,
pressão atmosférica e sua
medida, vasos comunicantes,
princípio de Pascal, princípio
de Arquimedes
Atividade experimental no ensino de
Física: na busca de uma
aprendizagem significativa (robô
hidráulico, macaco hidráulico, freio
hidráulico e elevador)
6
Jubin
i (2
017)
DM
P
AS
Massa específica (densidade),
pressão de sólidos, pressão
hidrostática e atmosférica,
teorema de Stevin, princípio
de Pascal e o Teorema de
Arquimedes.
Guia didático para aulas práticas
investigativas sobre cinemática e
hidrostática
7
Fei
tosa
(2017)
DM
P
AS
Conceitos de densidade,
massa específica e pressão em
fluidos, princípio de Pascal e
princípio de Arquimedes.
Unidade de Ensino Potencialmente
Significativa em Hidrostática
(Compact Disc - CD direcionado a
professores de Física)
8
Souza
e
Gra
nhen
(2017)
AC
AS Princípio de Pascal
Construção do robô hidráulico
visando a utilização desta atividade
como um recurso alternativo para
explicar conceitos de hidrostática, no
caso específico dessa pesquisa o
princípio de Pascal.
Nota: AC-Artigo científico; DMP-Dissertação do mestrado profissional; TD-SNEF-Trabalho divulgado no
SNEF; AS-Aprendizagem significativa (David Ausubel), Vy-Vygotsky.
Os autores apresentam variados produtos educacionais - escavadeira, guindaste, mão
mecânica e aranha hidráulica, sequência de ensino, apostila contendo o recorte histórico referente
ao estabelecimento do peso do ar e da pressão atmosférica, livreto intitulado “Física para
Irrigação”, atividades experimentais, Guia didático, UEPS e até robô hidráulico.
Em se tratando de metodologia didática, Souza (2016), apresenta um estudo envolvendo
atividade experimental no ensino de Física com vistas a uma aprendizagem significativa. O autor
seguiu um cronograma de aplicação, composto por quatro etapas: questionário prévio, abordagem
conceitual, atividades experimentais e questionário pós-experimentos. A finalização do estudo se
deu com a execução da quarta etapa, em que o professor retorna o questionário usado no início
para avaliar a rentabilidade de aprendizagem da turma e foi através da abordagem conceitual,
com exploração dos conteúdos de Hidrostática que foi possível construir seu produto
educacional, o “robô hidráulico”. O estudo foi aplicado aos 97 alunos do 1° ano do ensino médio,
na escola Luzia Aires Maranhão, em Carolina - Maranhão durante o segundo semestre de 2015.
Segundo o autor, os resultados aparentam um ganho de aprendizagem significativa e que a
56
construção das atividades experimentais contribuiu para esse ganho. O estudo foi também objeto
de publicação na revista Scientia Plena pelos autores Souza e Granhen (2017).
Feitosa (2017) teve como produto educacional um Compact Disc (CD) direcionado a
professores de Física, no qual continha uma UEPS sobre Hidrostática, a qual contemplava
também matérias de apoio à sua aplicação. A mesma foi aplicada no curso sobre hidrostática os
estudantes do 1º ano do ensino médio da escola de ensino fundamental e médio polivalente
Governador Adauto Bezerra, no município de Crato – CE. A UEPS foi elaborada seguindo a
teoria de aprendizagem significativa de David Ausubel e os estudos de UEPS desenvolvidos por
Marco Antonio Moreira.
O estudo de Barbosa et al. (2017), Souza (2016) e Souza e Granhen (2017), os dois
primeiros disponíveis em forma de produto educacional e o terceiro como trabalho divulgado em
evento (SNEF), apresentam semelhanças em conteúdos de ensino (Hidrostática) e nos produtos, o
primeiro na confecção de artefatos tecnológicos (Quadro 1), com características bem próximas
com as do robô hidráulico como atividade experimental (Quadro 1).
O trabalho divulgado em evento (SNEF) por Moura et al. (2017), constitui-se do relato
de um trabalho sobre Hidrostática - sequência didática desenvolvida com turmas de ensino médio
da rede pública, no âmbito do PIBID. Teve como objetivo de estudo alguns conteúdos como:
conceito de densidade, força, fluido, pressão e volume. O estudo de Moura et al. (2017) apresenta
uma relação muito próxima com o de Feitosa (2017) pois em ambos são explorados os conceitos
fundamentais da hidrostática com metodologias parcialmente similares, tendo Moura et al. (2017)
desenvolvido uma Sequência de Ensino de Hidrostática e Feitosa (2017) uma UEPS em
Hidrostática. Destaca-se a UEPS em Hidrostática, desenvolvida por Feitosa (2017), com
perguntas estimuladoras e o auxílio de experiências físicas envolvendo diretamente o conteúdo e
relacionando com os conhecimentos prévios.
Produções técnicas/tecnológicas na área de ensino são entendidas pelos Mestrados
Profissionais como produtos e processos educacionais para serem utilizados por profissionais da
educação em suas várias modalidades de ensino (SBF, 2018). Assim, os autores Silva (2016),
Lima (2016) e Jubini (2017), colocam à disposição, na categoria de desenvolvimento de material
didático e instrucional na área de Hidrostática os produtos educacionais: uma “apostila”, um
“livreto” e um “guia didático”, respectivamente.
57
Silva (2016) aplicou seu estudo a 29 estudantes do 2° ano do ensino médio de uma
escola situada em Maringá – Paraná, com a proposta de utilização da história da ciência em sala
de aula como ferramenta facilitadora na construção do conhecimento por parte dos estudantes,
culminando em uma apostila contendo o recorte histórico referente ao estabelecimento do peso
do ar e de pressão atmosférica, que se constituiu no produto educacional.
O produto de Lima (2016), constituído de um livreto intitulado Física para Irrigação,
objetivou verificar através da substituição da aprendizagem mecânica (medida apenas através de
provas escritas), pela aprendizagem significativa, com a mudança de hábitos dos estudantes do
curso técnico em Alimentos do IFRN, em Pau dos Ferros – RN, no que se refere ao
ensino/aprendizagem da Física. Lima (2016), afirma que houve evidência de aprendizagem
significativa, sendo atingidos parcialmente os objetivos propostos, já que muitos alunos elevaram
seus subsunçores ao longo da aplicação de cada aula.
O trabalho de Jubini (2017), constituído de uma Guia didático para aulas práticas
investigativas sobre Cinemática e Hidrostática, visou proporcionar ao estudante uma
aprendizagem significativa, através de práticas investigativas (experimentos), aumentando sua
compreensão e interesse pela Física, desmistificando alguns conceitos físicos da sala de aula com
o cotidiano. Foi aplicado em duas turmas do primeiro ano e em uma turma do segundo ano, todas
pertencentes aos cursos técnicos de Administração e Agroindústria, integrados ao ensino médio,
no município de Cariacica – ES.
Pelo exposto, buscou-se na confecção do produto educacional, fruto do presente estudo,
levar em conta, os aspectos supracitados na construção de um material que dialogue com o
contexto diário dos estudantes, para que ocorra uma compreensão dos conteúdos abordados, em
uma associação da Física com o dia a dia, onde possam interagir e observar os fenômenos físicos
presentes no cotidiano, vendo a Física não como um pacote de cálculos matemáticos e teorias,
mas sendo parte essencial de cada estudante e do meio no qual habitam.
CAPÍTULO 3. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Nesse capítulo é descrito o tipo de estudo, com explicações também sobre a abordagem
metodológica escolhida. Descreve-se ainda o produto educacional proposto, assim como a
população do estudo, amostragem e instituição de intervenção. As etapas do desenvolvimento do
58
material curricular (kit didático) e da intervenção escolar, o instrumento de produção de dados, a
metodologia de análise de dados, os procedimentos, as considerações éticas, os riscos e
benefícios do estudo, a narrativa dos procedimentos de ensino, a descrição do material curricular
(kit didático), o planejamento da intervenção na instituição e a elaboração da UEPS.
3.1. Tipo de Estudo
O estudo teve natureza aplicada, pois envolveu a elaboração do produto educacional
para o ensino da Hidrostática e intervenção em uma instituição de ensino médio
profissionalizante. Para Silva e Menezes (2011), a pesquisa aplicada envolve a geração de
conhecimento para aplicação prática dirigidos à solução de problemas específicos.
O método de abordagem foi o qualitativo, pois apresenta um aspecto pois envolve coleta e
análise de informações de significados/discursos. De acordo com Moreira e Rosa (2009, p. 6) o
interesse central numa pesquisa qualitativa está em:
[...] uma interpretação dos significados atribuídos pelos sujeitos a suas ações em uma
realidade socialmente construída, através de observação participativa, isto é, o
pesquisador fica imerso no fenômeno de interesse. Os dados obtidos por meio dessa
participação ativa são de natureza qualitativa e analisados correspondentemente. As
hipóteses são geradas durante o processo investigativo. O pesquisador busca universais
concretos alcançados através do estudo profundo de casos particulares e da comparação
desse caso com outros estudados também com grande profundidade. Através de uma
narrativa detalhada, o pesquisador busca credibilidade para seus modelos interpretativos
(Moreira e Rosa, 2009, p. 6).
Assim, tendo este estudo como foco principal a investigação da aprendizagem dos
estudantes durante e após a aplicação de uma UEPS, apoiada por um material curricular (kit
didático), através da interação do professor regente da disciplina junto aos estudantes, foi
utilizado o enfoque qualitativo.
3.2. Produto Educacional
O produto educacional elaborado refere-se a uma Unidade de Ensino Potencialmente
Significativa (UEPS), apoiada por um material curricular (kit didático) composto de: braço
hidráulico, prensa hidráulica, escavadeira hidráulica, sistema de freio hidráulico e ludião.
59
A distribuição e caracterização do material curricular (kit didático), informações dos
princípios básicos explorados, funcionamento e materiais necessários para construção dos
protótipos, são descritos no Quadro 2.
Quadro 2 - Distribuição e caracterização do material curricular (kit didático). Fonte: a própria
autora.
N Componente do kit Descrição
1
Braço hidráulico
O princípio básico a ser explorado é o potencial hidráulico que tem na
manipulação de objetos reduzindo-se o esforço humano e, possibilita
aplicar de forma experimental o princípio de Pascal. Construído com
madeira, tubos de pvc e seringas de injeção descartáveis.
2
Prensa hidráulica
Seu funcionamento se baseia no princípio de Pascal e ajuda a levantar
grandes massas. A partir da realização do experimento o estudante
poderá observar a diferença que há na força que é necessária para
movimentar os êmbolos. Dessa maneira, e com as devidas observações, o
estudante poderá compreender que a pressão é passada igualmente a
todos os pontos da seringa, caracterizando, assim, o princípio de Pascal.
Construída com peça de madeira ou compensado, seringas de 20 ml e de
5 ml e uma mangueira de fino calibre.
3
Escavadeira
hidráulica
Construída com quatro seringas de 10 ml e quatro de 20 ml, quatro
mangueiras, chapa de mdf de 3 mm, dois pedaços de madeira com 29
cm, tábua com 25cm de largura e 2 cm espessura, oito parafusos de 4 cm
de comprimento, duas arruelas e uma porca, três pitões, um parafuso com
2 cm, arames, cano de pvc de 5 cm, cola quente e supercola. Com esse
aparato experimental se aplica uma metodologia em sala de aula
condizente com as experiências dos estudantes, tornando o estudo da
hidrostática mais atrativa.
4
Sistema de freio
hidráulico
Construído com madeira, roda de bicicleta infantil, serpentinas, seringas.
Comparando o aparato experimental com o freio hidráulico dos carros,
podemos perceber muitas semelhanças, mas também algumas diferenças.
Um exemplo: ao exercer uma força no êmbolo da seringa que está
conectada às outras duas através das serpentinas a roda em movimento
para bruscamente o que não ocorre nos carros.
5 Ludião Construído a partir de um tubo de plástico/vidro com uma extremidade
fechada. Fixar ao tubo um pequeno objeto que sirva de lastro para o
ludião - por exemplo, uma porca ou arruela de metal, de preferência de
latão para não enferrujar, uma vez que ficará imerso na água. O papel do
lastro sendo o mesmo para barcos e submarinos. Seu objetivo é garantir
que o centro de gravidade (CG) do corpo fique abaixo do centro de
pressão (CP), assegurando a estabilidade vertical, do contrário, a
embarcação aderna.
60
Nas sessões seguintes constam informações referentes à população do estudo,
amostragem e instituição de intervenção, assim como os critérios de inclusão e exclusão da
amostra. As etapas de desenvolvimento do material curricular (kit didático) e da intervenção
escolar, o instrumento de produção de dados, assim como a metodologia de análise de dados, as
considerações éticas e por fim os riscos e benefícios do estudo.
3.3. População do estudo, amostragem e instituição de intervenção
O estudo foi realizado entre os meses de maio e junho do ano de 2018, em duas turmas
(28 e 35 estudantes por turma), totalizando 63 estudantes do Instituto Federal do Ace -
IFAC/Campus Sena Madureira (CSM), com apoio do docente titular da componente curricular de
Física nas turmas contempladas com o estudo, tendo em vista que esta professora-pesquisadora se
encontrava, nesse período, afastada de suas funções, dedicando-se ao programa de Mestrado.
A amostragem do estudo se constitui dos estudantes matriculados regularmente nas
turmas de 2° ano do curso Técnico em Informática integrado ao ensino médio, os quais
representaram o quantitativo que responderam os questionários. Em virtude disso foi selecionada
uma amostragem estratificada de 40 estudantes do total das duas turmas.
3.3.1. Critérios de inclusão e exclusão da amostra
Os critérios de inclusão na amostragem foram: I) ser estudante regular da série de ensino
do IFAC/CSM, II) frequentar regularmente a componente curricular de Física; III) ter idade
superior a 14 anos. Foram excluídos participantes que repetem a componente curricular de Física
da 2ª série, monitor de laboratório de Física, jovem trabalhador e/ou estagiário na área de
mecânica, oficinas de veículos, bem como concessionária. A razão da exclusão se deve ao fato de
os estudantes repetentes já terem tido contato com os conteúdos propostos, e, ainda, aqueles
enquadrados nas categorias profissionais citadas, já conhecerem os conceitos físicos, por terem
relação direta com o trabalho desenvolvido e não através de conhecimentos prévios do cotidiano,
conforme preconizado pela Teoria de Aprendizagem Significativa (TAS).
3.4. Etapas de desenvolvimento do material curricular (kit didático) e da intervenção
escolar
61
O estudo apresentou as seguintes etapas básicas:
(I) construção do material curricular (kit didático);
(II) pré-teste: ocorreu a identificação de conhecimentos prévios dos estudantes, através
de perguntas que fizeram relações importantes sobre o tema relacionadas com seu cotidiano;
(III) intervenção escolar: foram apresentados os temas da Hidrostática com apresentação
de experimentos demonstrativos simples e com a resolução de exercícios. O material curricular
(kit didático) foi também utilizado durante as intervenções auxiliando na condução e fixação dos
conteúdos, fazendo a combinação entre teoria e prática e após essas atividades foi aplicado um
pós-teste dos conteúdos apresentados nas intervenções.
As intervenções na escola ocorreram, previamente, considerando o planejamento da
coordenação da escola e do docente responsável pela série de ensino. A segunda intervenção
escolar, foi realizada através da aplicação da UEPS, apoiada pelo material curricular (kit
didático), na compreensão dos temas da Hidrostática. Posterior a isso, num intervalo de um mês
foi aplicado o pós-teste, o qual visou verificar a temporalidade de fixação dos conteúdos.
3.5. Instrumento de produção de dados
O estudo teve como base a aplicação de três questionários (pré-teste, teste e pós-teste),
conforme caracterizados no Quadro 3.
Quadro 3 - Distribuição dos questionários e caracterização. Fonte: a própria autora.
Nota: (*) Questionários em apêndice B
Questionário Descrição
Questionário I*
(pré-teste)
Trata-se de um questionário que envolveu perguntas abertas e fechadas
com temas gerais de Física. Nele foram apresentadas questões que
possibilitaram identificar conhecimento prévio (subsunçores) do
estudante e foi respondido em um tempo estimado de 50 min.
Questionário II*
-III*
(teste e pós-teste)
Trata-se de um questionário que envolveu perguntas abertas e fechadas
sobre Hidrostática, cujos resultados serviram para uma análise
diagnóstica sobre o conhecimento adquirido nas aulas de Física em
relação aos temas da hidrostática. O tempo estimado para ser respondido
foi de aproximadamente 100 minutos. O questionário II foi elaborado
durante o desenvolvimento da UEPS, conforme foram sendo abordados
os conteúdos.
62
Caracterizados os questionários, as próximas etapas referem-se à avaliação dos
mesmos, optando-se pela estatística descritiva, com uso do aplicativo Microsoft Excel e do
Spread Sheet/Google Drive.
3.5.1. Metodologia de Análise de Dados
A metodologia de análise de dados dos questionários foi através de estatística descritiva,
aplicando-se medidas de frequência e tendência central. Para tabulação e análise, foram utilizados
o aplicativo Microsoft Excel e o Spread Sheet/Google Drive.
3.6. Considerações Éticas
As intervenções escolares ocorreram após a autorização institucional e do docente
regente da componente curricular de Física. Aos estudantes menores de idade que aceitaram
responder o questionário foi solicitada a autorização dos pais.
3.6.1. Riscos e Benefícios do Estudo
O estudo apresentou riscos mínimos, pois envolveu a aplicação de uma UEPS da
disciplina de Física.
O risco mínimo ao estudante diz respeito a sentir-se tímido em não responder alguma
pergunta do questionário. Para minimizar, foi esclarecido ao mesmo que as respostas incompletas
e/ou erradas não implicarão na avaliação do componente curricular, pois os resultados seriam
usados na discussão em sala de aula. Além disso, o nome dos participantes não aparecerá nas
folhas dos questionários, os mesmos ficarão sob sigilo e não será divulgada qualquer forma de
identificação. Cada participante do questionário será identificado por um código que será usado
na tabulação. Apenas o professor-pesquisador terá acesso.
O estudo apresenta benefícios diretos aos participantes, tais como: entendimento dos
conteúdos de Física na área da Hidrostática pelos estudantes. Além disso, os temas da
hidrostática terão uma UEPS com uso de um material curricular (kit didático) e os estudantes
terão a oportunidade de perceber a diferença entre os métodos tradicionais somente das aulas
expositivas com a metodologia proposta envolvendo os produtos educacionais nas aulas.
63
Ademais, os resultados do estudo devem contribuir cientificamente para melhorar o
entendimento dos temas da Hidrostática e a formação da linguagem científica.
Nas seções seguintes são discutidas, através de narrativa, os procedimentos de ensino, o
planejamento da intervenção na instituição e elaboração da UEPS, bem como a descrição do
material curricular (kit didático).
3.7. Narrativa dos Procedimentos de Ensino
De acordo com as determinações legais presentes Decreto nº 5.154/04 que
regulamentam o § 2º do art. 36 e os art. 39 a 41 da Lei nº 9.394, de 20 de dezembro de 1996, que
estabelece as diretrizes e bases da educação nacional, e dá outras providências, bem como nas
diretrizes curriculares nacionais para o ensino médio, na educação profissional técnica de nível
médio, nos parâmetros curriculares nacionais do ensino médio, nos referenciais curriculares
nacionais da educação profissional de nível técnico, e nas diretrizes definidas no projeto
pedagógico do IFAC, nos institutos federais, os cursos técnicos de nível médio são organizados
por eixos tecnológicos, possibilitando itinerários formativos flexíveis, diversificados e
atualizados, segundo interesses dos sujeitos e possibilidades dos campi. Assim, os conteúdos
abordados na UEPS estão presentes no currículo de Física do IFAC, dentro de uma organização
curricular dos cursos técnicos integrados ao ensino médio.
Em meio a essas legislações, vale destacar também a Base Nacional Comum Curricular
(BNCC-EM), que define o conjunto de aprendizagens essenciais como direito dos adolescentes,
jovens e adultos no ensino médio, e orientam sua implementação pelos sistemas de ensino
federal, estaduais, distrital e municipais, e instituições ou redes escolares públicas e privadas. A
BNCC-EM é referência nacional para esses sistemas construírem ou revisarem os seus currículos.
O Conselho Nacional de Educação (CNE) estabeleceu como disposições transitórias que a
adequação dos currículos deve ser efetivada preferencialmente até 2019 e no máximo, até início
do ano letivo de 2023. Para a BNCC-EM a implantação efetiva deverá ocorrer até início das aulas
do ano letivo de 2024. É provável que novas colaborações de educadores possam enriquecer a
legislação vigente porque a BNCC deverá ser revista após cinco anos da efetivação.
Nos cursos técnicos do IFAC, a componente curricular de Física está presente em todos
os semestres letivos e os temas da hidrostática são comtemplados na segunda série do ensino
médio. Dessa forma, a intervenção foi planejada para ser aplicada no segundo bimestre e para
64
tanto, os materiais utilizados como os recursos foram cuidadosamente selecionados, pois a
finalidade foi de contribuir para a melhoria do ensino de Física, propiciando ao corpo docente um
material que seja potencialmente significativo e que auxilie no ensino e aprendizagem dos temas
da hidrostática. Nessa perspectiva e visando o êxito na execução da intervenção, apresenta-se, na
sessão seguinte, o referido planejamento.
3.7.1 Planejamento da intervenção na instituição e elaboração da UEPS
Antes da aplicação da UEPS, realizou-se, ainda no semestre anterior, conjuntamente
com o professor regente da componente curricular, a verificação da ementa referente à unidade
curricular da Hidrostática. Esse planejamento auxiliou na organização das etapas da intervenção
escolar. O plano de atividade foi elaborado a partir dessa análise e seus conteúdos e principais
objetivos são apresentados no Quadro 4.
Quadro 4 - Plano de atividades contendo temas da Hidrostática do currículo adotado pela
instituição de ensino. Fonte: a própria autora.
n Conteúdos Principais objetivos
1 Conceitos: Hidrostática, densidade,
massa, volume, força, peso, pressão,
pressão atmosférica e empuxo
Exemplificar a associação entre os conceitos
de densidade, peso especifico e empuxo em
diferentes situações-problema; definir o
conceito de pressão; demonstrar o cálculo da
densidade de um objeto como explorado em
práticas experimentais; identificar a
assimilação do conceito de pressão
atmosférica; compreender a variação da
pressão atmosférica com a altitude; e outros.
2 O princípio fundamental da
hidrostática (princípio de Stevin)
Exemplificar através da posição de uma
caixa d’água sua relação com a pressão
hidrostática; demonstrar a pressão
hidrostática através de diferentes situações-
problema.
3 O princípio de Pascal e os problemas
de aplicação
Demonstrar o princípio de Pascal.
4 O princípio de Arquimedes, suas
interpretações e aplicações
Compreender os procedimentos
metodológicos utilizados em práticas
experimentais relacionadas ao conceito de
empuxo e a apropriação do conceito de
empuxo.
65
Outras informações, como, o pré-teste, teste, pós-teste, conteúdos programáticos,
procedimento didático, material utilizado e o tempo de aula destinado para realização de cada
atividade, são dispostas no Quadro 5.
Quadro 5 - Definição do conteúdo programático, procedimentos, material e carga horária. Fonte:
a própria autora.
N Conteúdos Procedimento didático Material utilizado Tempo de
aula
(encontros)
1 Pré-teste Perguntas de múltipla escolha
e dissertativas.
Material impresso. 1
2 Introdução dos conceitos
relacionados ao tema da
Hidrostática.
Aula expositiva e dialogada
com resolução de exercícios
em sala de aula e extraclasse.
Data Show e vídeo. 1
3 Conceito de Mapa
Conceitual (MC)
Orientações e um passo a
passo de como construir um
MC.
Data Show. 1
4 Construção individual de
MC no tema da
Hidrostática.
Atividade avaliativa. Palavras-chave. 1
5 O princípio fundamental
da Hidrostática (princípio
de Stevin)
O princípio de Pascal e
seus problemas de
aplicação
O princípio de
Arquimedes, suas
interpretações e
aplicações.
Apresentação do conteúdo de
ensino com aulas dialogadas;
contextualização com
tecnologias; criação de
situações problemas, em um
nível mais elevado de
complexidade.
Aula expositiva e
criação de situações-
problema, discussão
de tópicos sobre o
assunto.
2
6 Apresentação das
atividades práticas
experimentais pelos
grupos de estudantes.
Aula com atividade prática. Experimentos. 2
7 Explicações e manuseio
do material curricular (kit
didático).
Fixação dos conteúdos
relacionando teoria e prática;
aplicação do um questionário
proposto pelo docente.
Material curricular
(Kit didático).
2
8 Retomada do conteúdo
das UEPS, resgate dos
MC construídos pelos
estudantes nos primeiros
encontros para discussão,
revisão e a devida
correção.
Aula expositiva dialogada
integradora final com a
retomada do conteúdo.
Datashow. 1
9 Teste Avaliação da aprendizagem. Material impresso. 1
Total de encontros 12
66
OBS: Aplicação do pós-teste após um mês de aplicação da UEPS. O mesmo se constituiu das mesmas
perguntas do teste e visou avaliar a temporalidade de fixação dos conteúdos ministrados.
A UEPS foi executada em doze encontros de 50 minutos cada, sendo dois por semana,
contendo os temas da Física e da Hidrostática (UEPS detalhada em apêndice C).
3.7.2 Execução da UEPS
Para o desenvolvimento das atividades nas salas de aulas, os estudantes foram
comunicados da participação da professora-pesquisadora, que atuaria conjuntamente com o
professor regente da componente curricular.
O primeiro encontro, de 50 minutos foi destinado à aplicação do pré-teste, contendo
perguntas abertas e fechadas, objetivando mapear os conhecimentos prévios (subsunçores) dos
estudantes sobre os conteúdos de Física, os quais estejam relacionados com o cotidiano, tais
como: grandezas escalares e vetoriais, força, aceleração, aceleração da gravidade, peso, massa,
massa específica e pressão. A análise do pré-teste, além de mapear os conhecimentos prévios dos
estudantes, serviu como base norteadora para a elaboração do estudo e ser usados para orientar o
professor na melhor forma de abordar os conteúdos das aulas seguintes, bem como a linguagem a
ser utilizada.
O segundo encontro, consistiu na introdução dos conteúdos propostos, através do
desenvolvimento da metodologia didática no formato de UEPS. Os temas de estudo foram:
princípio fundamental da Hidrostática ou princípio de Stevin, princípio de Pascal e princípio de
Arquimedes e seus problemas de aplicação e interpretações. Os temas da Hidrostática, como
pressão, pressão atmosférica, fluido, massa, massa especifica, pressão hidrostática, compressão,
foram abordados através de perguntas norteadoras e exibição do vídeo: Reportagem apresentada
no programa Fantástico de 12/11/2006, que trata sobre as consequências do aquecimento global
para o clima do Brasil. Disponível em: http://br.youtube.com/watch?v=Nm8tPLcLn84
Referência: MUDANÇAS CLIMÁTICAS NO BRASIL. Direção de Globo. São Paulo: Globo,
2006. (6 min), com a proposição de situações-problema e formulação de hipóteses por parte dos
estudantes.
No terceiro encontro, denominado na UEPS como situação inicial, foram apresentados
os conceitos de Mapa Conceitual (MC), com uso de Datashow, os quais auxiliaram os estudantes
67
na construção de seus MC. Essa ferramenta foi desenvolvida pelo pesquisador Joseph Novak,
juntamente, com seus colaboradores na década de 1970 e, que potencialmente, poderia auxiliar
no desenvolvimento da aprendizagem significativa.
No quarto encontro, como forma de resgate dos assuntos explorados nos encontros
anteriores, os estudantes foram estimulados a construírem individualmente um mapa conceitual
com os temas Hidrostática, utilizando-se de algumas palavras-chave disponibilizadas pelos
professores: fluido - hidrostática – massa – volume – massa especifica – densidade - força – área
- pressão – princípio de Stevin – pressão atmosférica – pressão hidrostática - vasos comunicantes
- princípio de Pascal – elevador hidráulico – prensa hidráulica – direção hidráulica – princípio de
Arquimedes – empuxo – peso – peso aparente – submarino – altitude e corpos flutuantes.
Essa atividade possibilitou que os estudantes percebessem que os MC construídos
apresentam diferentes formas e sequencias a partir dos conteúdos abordados e, além disso,
abordam os mesmos conceitos de maneiras distintas. Ao longo desse encontro foram feitos vários
comentários e intervenções a respeito da estruturação e dos conceitos presentes em cada MC. Os
conceitos presentes nos MC possibilitaram avaliar os significados que os estudantes atribuem aos
temas da Hidrostática, sendo de extrema importância para a avaliação e para a busca da
aprendizagem significativa dos conteúdos explorados.
O quinto e o sexto encontros consistiram na introdução dos conteúdos propostos, através
de aula expositiva e criação de novas situações-problema, porém em um nível mais elevado de
complexidade dos conteúdos, como o princípio de Stevin, o princípio de Pascal e o princípio de
Arquimedes, com seus problemas, suas interpretações e aplicações. Nesta etapa, foram utilizados
diversos recursos como a confecção de roteiros para as atividades experimentais individuais e em
grupos, a serem apresentados para a turma.
O sétimo e oitavo encontros, foram destinados à apresentação e manipulação dos
experimentos elaborados pelos grupos de estudantes, a partir dos roteiros previamente
elaborados. As atividades práticas se constituíram dos seguintes experimentos: (1) densidades dos
fluidos com mistura de água e óleo; (2) visualização da diferença de pressão em diferentes
superfícies como a perna de pau; (3) pressão e densidade no movimento de um submarino
(ludião); (4) pressão exercida sobre a superfície de corpo imerso em um fluido em virtude da
profundidade; (5) vela na água; (6) vasos comunicantes; e (7) tubo em U no estudo da pressão
atmosférica. Houve ainda, a resolução de exercícios propostos, visando a revisão de todos os
68
temas anteriores, um dos objetivos principais foi que os estudantes criassem questões e
buscassem explorar mais profundamente os conceitos explorados.
O nono e o décimo encontros foram destinados exclusivamente a explicações e
manuseio do material curricular (kit didático), através do qual torna-se possível descrever os
princípios de Stevin, Pascal e Arquimedes em diversas situações, por exemplo na uniformidade
dos líquidos homogêneos e incompressíveis, no princípio da conservação da energia e na
viscosidade dos líquidos, bem como na visualização da multiplicação de força através de
alavancas e polias. A manipulação do material curricular (kit didático), pelos estudantes auxiliou
na condução e fixação dos conteúdos fazendo a interface entre teoria e prática.
No décimo primeiro e no décimo segundo encontros foram ministradas aulas expositivas
dialogadas integradoras e a retomada de conteúdo da UEPS, com resgate dos MC construídos
pelos estudantes nos primeiros encontros, revisão e a devida correção dos possíveis erros, e
finalizando com a avaliação da aprendizagem na UEPS, através da resolução individual de um
teste.
Paralelo a cada etapa executada, havia avaliações somativas individuais, através de
convite para os estudantes se expressarem para a turma, seja sobre os MC, ou sobre os conceitos
físicos identificados no vídeo, ou mesmo pelos experimentos desenvolvidos e a manipulação do
material curricular (kit didático), permitindo assim, também o processo de interação social.
Ao longo dos encontros os estudantes foram estimulados pelos professores, através do
plano de atividades, instrumento norteador da execução da UEPS, a terem participação ativa. Os
mesmos, externalizaram o significado dos conceitos abordados, aceitos ou não no contexto do
tema de ensino, os quais geraram discussões e interpretações do novo conhecimento e, em
seguida, retomando as características mais relevantes do conteúdo proposto.
Passadas três semanas da aplicação dos conteúdos em sala de aula, foi aplicado um pós-
teste, constituído das mesmas perguntas do teste aplicado no décimo segundo encontro sobre os
temas da Hidrostática abordados na UEPS, tendo como objetivo averiguar a temporalidade de
fixação dos conteúdos estudados.
Cumprida a etapa de execução da UEPS, serão descritos na sequência os procedimentos
para confecção do material curricular (kit didático).
69
3.8. Descrição do material curricular (kit didático)
Nessa sessão são descritas as peças do material curricular (kit didático), as etapas de
construção, o material necessário e a relação dos protótipos com os equipamentos de uso
cotidiano. Visando facilitar a construção dos protótipos, são apresentadas ilustrações
identificando cada peça.
3.8.1. O braço hidráulico
O braço hidráulico executa movimentos transferindo grandes massas de um ponto para
outro, diminuindo o esforço humano através de conexões hidráulicas.
No protótipo, cada movimento, desde o abrir a garra, movimentar e mover em direções,
é gerado pela passagem do fluido que gera a pressão em uma seringa, usada como pistão.
Executam-se movimentos no espaço com seringas para deslocar objetos de um local para outro,
sendo manuseado por um controlador que segura às seringas na extremidade do braço.
A partir da grandeza pressão é possível entender o desempenho do braço, em que uma
pequena força aplicada de um lado pode deslocar um grande peso de outro, ou no caso do braço,
fazer um movimento grande no braço com uma ação pequena. Podemos notar que ao
manusearmos as seringas, o movimento correspondente está relacionado à transferência de
pressão entre as mesmas, de acordo com o princípio de Pascal.
Os materiais (quantidade/tipo) para confecção do protótipo braço hidráulico são: uma
braçadeira de plástico, uma cola araldite, um cano de pvc de 1 m de comprimento e 10 mm
diâmetro, um cano de pvc de 1 m de comprimento e 200 mm de diâmetro, uma mangueira de
aquário de 2 m, duas peças de madeira de vários tamanhos, doze parafusos de vários tamanhos,
quatro arruelas, um raio de bicicleta, um rolamento de carro, cinco seringas descartáveis de 20
ml, três seringas descartáveis de 10 ml, duas seringas descartáveis de 5 ml e uma tinta amarela.
Na Figura 11 constam algumas peças e algumas informações de medidas, através das
quais, e dos materiais elencados, pode ser realizada a construção/montagem do protótipo do braço
hidráulico.
70
Figura 11 - Peças e braço hidráulico; (a) peças de pvc de 20 cm x 3 cm; (b) duas peças pvc de 25 cm x 3 cm;
(c) um triângulo equilátero medindo 9 cm; (d) duas peças de 5 cm x 7 cm; (e) duas peças de 7 cm; (f) uma peça
de 6,5 cm x 8 cm e duas peças de 10cm x 7cm; (g) uma peça de 45cm x 38cm; (h) 8 peças de 2,5cm x 3cm e
oito peças de 2cm x 2,5 cm; (i) uma peça de 45 cm x 38 cm; (j) quatro seringas de 20 ml; (k) duas seringas de
10 ml; (l) duas peças 16 cm x 4 cm; (m) um rolamento; (n) um triângulo equilátero medindo 9 cm. Fonte:
confeccionados pela autora.
A partir dessas informações são descritos a seguir o procedimento experimental e a
construção do protótipo, visando a reprodução por outros professores. Os moldes para montagem
do braço hidráulico estão disponíveis no (Anexo A).
Constitui-se de um protótipo simples, passível de aperfeiçoamento e incremento. Ele foi
construído basicamente com madeira, canos de pvc e seringas de injeção descartáveis.
A montagem do aparato se inicia pela base, feita com chapas de cano de pvc e madeira,
sendo uma chapa de cano de pvc com aproximadamente 45 cm x 38 cm fixada em um retângulo
feito de madeira com as mesmas medidas. Nesta base é feito um furo para fixação (com
parafusos, arruelas e porcas) da peça (f) e nessa peça são fixadas as peças (a) para primeira parte
do braço; a segunda parte do braço é fixada na primeira e para essa são usadas as peças (b). As
peças (e), (d) e (c) fazem parte da garra; as peças (e) são fixadas na peça (d) com parafusos que
por sua vez são fixadas (com folga para ter movimentação) na peça (c) com pedaços de raio de
bicicleta, arruelas feitas de cano de pvc e cola instantânea. A garra é fixada na segunda parte do
braço com cola instantânea, cotoneiras de pvc e parafusos. Para o sistema hidráulico são usadas 4
seringas de 10 ml (no corpo do aparato) e 4 seringas de 20 ml (nas alavancas). As seringas de 10
ml são colocadas e fixadas com braçadeiras feitas de cano de pvc e pedaços de raio de bicicleta
no corpo do braço hidráulico em pontos estratégicos (como mostram as Figuras) para que se
possa obter a movimentação esperada. Para a movimentação da garra são usados dois raios de
bicicleta da forma que mostram as imagens. Uma dica bastante útil é que se deve encher as
71
seringas juntamente com as mangueiras com água antes de fixar no aparato, isso facilita muito o
trabalho.
3.8.2. A prensa hidráulica
A prensa hidráulica, também conhecida como elevador hidráulico, se constitui de um
equipamento de grande ajuda para levantar grandes pesos, capaz de multiplicar forças e é comum
encontrá-la no dia a dia. É constituída de um tubo em U, sendo que os ramos possuem áreas da
secção transversal diferentes. Um tubo une esses ramos e o sistema é preenchido com um líquido
viscoso (em geral, óleo), aprisionado por dois pistões. Dessa forma, exercendo uma força em um
dos pistões o outro se move. Um dos conceitos físicos mais importantes envolvidos em seu
funcionamento é o princípio de Pascal.
Através do protótipo é possível a visualização do princípio de Pascal, que pode ser
obtida pelo simples movimento dos êmbolos, não dependendo da altura que ele suba. No
manuseio pelos estudantes será notável a diferença de força que deve se aplicar na seringa menor
para subir o êmbolo da seringa maior e procedendo de forma inversa apenas apertando os
êmbolos com o dedo. Porém, realizando o experimento será possível o estudante observar a
grande diferença de força que é necessária para movimentar os êmbolos. Assim, poderão
visualizar que a pressão é passada igualmente a todos os pontos da seringa, ou seja, o princípio de
Pascal, que satisfaz o objetivo da atividade experimental.
Os materiais (quantidade/tipo) para confecção do protótipo da prensa hidráulica são:
quatro peças de madeira de vários tamanhos, uma seringa descartável de 10 ml, uma seringa
descartável de 20 ml, uma cola araldite, uma mangueira de aquário ou similar de
aproximadamente 20 cm e uma tinta amarela.
A partir dos materiais elencados foi realizada a construção/montagem da prensa
hidráulica. Na Figura 12 constam as peças e informações de medidas.
72
Figura 12 - Peças e elevador hidráulico; (a) duas
peças de madeira medindo 35 cm x 13,5cm; (b)
duas peças de madeira de 15cm x 13,5 cm; (c)
duas seringas sendo uma de 20 ml e outra de 10
ml; (d) uma mangueira de aquário ou similar
medindo aproximadamente 20 cm de
comprimento e 11 mm de diâmetro. Fonte:
confeccionado pela autora
A partir dessas informações são descritos a seguir o procedimento experimental e a
construção do protótipo, visando a reprodução por outros professores.
Constitui-se de um protótipo simples, passível de aperfeiçoamento e incremento. Ele foi
construído a partir de quatro peças de madeira, sendo a superior contendo dois furos, com
diâmetro compatível ao das duas seringas de injeção, onde as mesmas são colocadas, sendo uma
de 10 ml e outra de 20 ml.
A montagem do aparato se inicia com o pedaço de mangueira de aproximadamente 20
cm ligando-se às seringas sem os êmbolos. Enche-se de água o conjunto, coloca-se o êmbolo na
seringa maior, baixando-o até o fundo e assenta-se então o êmbolo na seringa menor, deixando-o
bem próximo da água e o mais alto possível. É importante certificar-se de que não fiquem bolhas
de ar dentro das seringas e da mangueira. Uma sugestão é que se coloque um pedaço de papel
cartão colado sobre o êmbolo das seringas, para servir de apoio quando puser os pesos que serão
levantados pelo elevador hidráulico ou servindo para equilibrar os mesmos.
3.8.3. A escavadeira hidráulica
A escavadeira hidráulica é fundamental para desempenhar funções de força e agilidade,
pois devido ao sistema hidráulico integrado no seu interior consegue obter grande quantidade de
força.
73
O protótipo funciona adicionando água nas seringas que, conforme injetada para dentro
ou puxada para fora da tubulação, permite movimentar a escavadeira. São necessárias quatro
seringas para manipular as articulações da mesma, que opera como se fosse uma escavadeira de
verdade.
Os materiais (quantidade/tipo) para confecção do protótipo da escavadeira hidráulica
são: quatro seringas descartáveis de 10 ml, quatro seringas descartáveis de 20 ml, quatro
mangueiras de aquário ou similar de aproximadamente 1 m de comprimento cada uma, quatro
canos de pvc de uns 5 cm de comprimento cada um, dois pedaços de madeira para as esteiras,
uma tábua para a base de sustentação, uma cola quente e supercola, tinta amarela, tinta preta e
alguns pedaços de papel cartão, oito parafusos de 40 mm de comprimento, com 16 arruelas e 8
porcas, três pitões ou uns 20 cm arame de 1 mm de diâmetro, um parafuso de 15 mm de
comprimento, cano de pvc de 5 cm, um cola quente e supercola, uma tinta amarela e preta ou nas
cores desejadas.
A partir dos materiais elencados foi realizada a construção/montagem da escavadeira
hidráulica. Na Figura 13 constam algumas peças e algumas informações de medidas.
Figura 13 - Peças e escavadeira hidráulica; (a) braços de sustentação – moldes anexos; (b)
base e cabine de controle; (c) esteiras, base retangular, parafuso do eixo central e cano de
sustentação da seringa (d) rolamento da base central, seringa de 10ml, parafusos de fixação dos
braços (e) parafuso de sustentação da caçamba e faces da caçamba (f) seringas controladoras da
escavadeira. Fonte: confeccionados pela autora.
74
A partir dessas informações são descritos a seguir o procedimento experimental e a
construção do protótipo, visando a reprodução por outros professores. Os moldes para montagem
da escavadeira hidráulica estão disponíveis no (Anexo B).
Constitui-se de um protótipo simples, passível de aperfeiçoamento e incremento. Sua
montagem se inicia a partir da base, construída em duas partes, a primeira a partir de dois
pedaços de madeira que simulam a esteira da escavadeira. Esses dois pedaços de madeira são
ligados por um pedaço de mdf que pode ser também três pranchetas comuns (10 cm de largura x
25 cm de comprimento colado e parafusado) que tem um furo no centro onde através de um
parafuso é ligado a segunda parte que é uma plataforma de base da escavadeira (pedaço de chapa
de pvc de 25 cm x 25 cm com furo no centro para encaixe do rolamento que será fixado na
primeira parte da plataforma por parafusos, arruelas e porcas). Em seguida é feita a montagem do
braço, esse por sua vez é fixado na plataforma através de um pedaço de chapa de pvc colada e
parafusada na base, nesse pedaço de chapa de pvc contém um rolamento onde é encaixado e
fixado o braço através de parafusos, arruelas e porcas (colocados nos furos devidamente
indicados nos moldes anexos). Para fazer os espaçadores que separam as chapas de pvc que
constituem o braço foram utilizados pedaços de madeira com medidas de 2 cm x 2 cm.
Após o braço montado e fixado juntamente com a caçamba é o momento de iniciar a
parte hidráulica - inicialmente são usadas seringas de 20 ml e 10 ml, porém, para respeitar o
princípio de Pascal e para um melhor encaixe na estrutura da escavadeira, as seringas de 20 ml
são cortadas no mesmo comprimento das seringas de 10 ml. A parte hidráulica consiste em
encaixar as duas seringas através de canos flexíveis e encher com água de forma que os êmbolos
da seringa de 10 ml não saiam para fora derramando a água. Após encher os quatro conjuntos de
seringas é feito o encaixe das seringas de 20 ml no protótipo de escavadeira, em pontos
estratégicos como demonstrado nas ilustrações.
3.8.4. O sistema de freio hidráulico
O sistema de freio hidráulico permite explorar a aplicação do princípio de Pascal,
mostrando a transmissão de forças através de líquidos.
No manuseio do protótipo, explora-se mais uma aplicação tecnológica da hidrostática - o
processo hidráulico utilizado em muitos tipos de freios de veículos, demonstrando que com
pouco esforço se consegue parar um carro, onde o acréscimo ou redução da pressão pode ser
75
demonstrado através do sistema de seringas contendo água. O mesmo, assim como os demais,
possibilita aplicar de forma experimental os estudos em sala de aula com orientação do professor.
Os materiais (quantidade/tipo) para confecção do protótipo do sistema de freio
hidráulico são: dez peças de madeira de vários tamanhos, uma roda de velocípede, duas seringas
descartáveis de 5 ml, uma seringa descartável de 10 ml), duas mangueiras de aquário ou similar
de aproximadamente 30 cm, uma cola araldite, uma tinta amarela, um conector com três entradas,
um rolamento, oito porcas com quatro arruelas.
A partir dos materiais elencados foi realizada a construção/montagem do sistema de
freio hidráulico. Na Figura 14 constam algumas peças e algumas informações de medidas.
Figura 14 - Peças e sistema de freio hidráulico; (a) quatro peças de madeira de 30 cm x
4,5cm; (b) duas peças de madeira de 16 cm x 4,5 cm; (c) duas peças madeira de 13,5 cm x
10 cm (d) duas peças de madeira de 30 cm x 10 cm; (e) uma roda de velocípede com
diâmetro de 17,5 cm; (f) duas seringas descartáveis de 5 ml; (g) uma seringa de injeção
descartável de 10 ml e uma mangueira de aquário ou similar medindo aproximadamente 20
cm de comprimento e 11 mm de diâmetro; (h) duas mangueiras de aquário ou similar
medindo 30 cm e 1 conector com 3 entradas; (i) um rolamento; (j) um parafuso “rosca sem
fim” medindo 25 cm de comprimento e aproximadamente 3 mm de diâmetro e oito porcas
com arruelas compatíveis com o parafuso. Fonte: confeccionados pela autora.
A partir dessas informações são descritos a seguir o procedimento experimental e a
construção do protótipo, visando a reprodução por outros professores.
Constitui-se de um protótipo simples, passível de aperfeiçoamento e incremento. Ele foi
construído basicamente com a utilização de madeira, uma roda de velocípede, rolamentos, barra
roscada, arruelas e porcas para fixação da roda.
Inicialmente é feita à base de apoio do aparato, utilizando as peças (d) e (c)
demonstradas na Figura 14. Em seguida são fixadas com pregos, nas duas peças (a) na vertical
nas peças (d) da base de apoio. Para a base de fixação da roda foram utilizados duas peças (a) e as
duas peças (b) fixadas, nas duas peças (a) na vertical. Após a estrutura pronta são feitos dois furos
76
para passar e fixar o eixo (barra roscada) juntamente com a roda de velocípede (essa por sua vez
com dois rolamentos fixos nas duas extremidades dos furos para passagem do eixo). Com a roda
fixada são feitos dois furos do diâmetro das seringas de 5 ml nas duas peças (a) na horizontal.
Para o sistema hidráulico foram usadas duas seringas de 5 ml, uma seringa de 10 ml além de
mangueiras de aquário e conectores. Primeiramente são montadas as mangueiras com os
conectores, após o sistema de mangueiras pronto são preenchidas com água e fixadas as seringas
(essas cheias de água) prontas para serem fixadas no aparato experimental (o aparato sem a roda
de velocípede fixada para facilitar o encaixe e colagem), as duas seringas de 5 ml, irão ser fixadas
no aparato e a seringa de 10 ml irá servir como gatilho de acionamento.
3.8.5. O ludião
O ludião tem como finalidade demonstrar os princípios da hidrostática de Pascal e
Arquimedes. Com o manuseio do aparato pode-se observar o empuxo variável e o peso constante,
como também, o empuxo constante e o peso variável. Através desse aparato podemos entender o
funcionamento do submarino, além dos princípios da hidrostática. O mesmo, assim como os
demais, possibilita aplicar de forma experimental os estudos em sala de aula com orientação do
professor.
Os materiais (quantidade/tipo) para confecção do protótipo do ludião são: um tubo de
pvc/tampa de uma caneta/pincel, uma porca ou arruela, pedaços de luva em látex, uma garrafa pet
de dois litros ou garrafa de água ou um vidro de azeitonas ou palmito (de preferência em material
transparente).
A partir dos materiais elencados é realizada a construção/montagem do ludião. Na
Figura 15 constam três modelos de ludião, suas respectivas peças e informações de medidas.
77
Figura 15 - Peças e modelos de ludião; - (a) tampa de caneta com um pequeno parafuso preso em sua
extremidade; (b) frasco de vidro cheio de agua; (c) luva de látex presa com tiras da própria luva; (d)
luva de látex presa com elástico de escritório; (e tampa de caneta com um pequeno parafuso preso em
sua extremidade; (f) garrafa pet 500 ml; (g) garrafa pet 2 l; (tampa de pincel com uma pequena porca
presa. Fonte: confeccionado pela autora.
A partir dessas informações, são descritos a seguir o procedimento experimental e a
construção do protótipo, visando a reprodução por outros professores.
Constitui-se de um protótipo simples, passível de aperfeiçoamento e incremento.
Construído basicamente com um tubo de pvc/tampa de uma caneta/pincel, uma porca ou arruela,
para que dê estabilidade ao ludião, servindo também como ponto de equilíbrio para centro de
gravidade, uma garrafa pet 2 l (de preferência em material transparente).
Inicialmente é feita a montagem das peças (a), (e) e (h), fixando um parafuso pequeno
utilizando cola ou fita adesiva, em seguida é feito o preenchimento do recipiente com agua, nos
itens (c) e (d) foram cortadas luvas de látex e presas utilizando pedaços da própria luva.
CAPÍTULO 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesta seção são discutidos a etapa de intervenção e execução da UEPS, o papel do
professor e do estudante no procedimento de ensino, e ainda, a apresentação dos resultados da
aplicação da aplicação dos questionários (pré-teste, teste e pós-teste). Estas discussões serão
feitas através da análise dos resultados.
78
4.1. A intervenção e execução da UEPS
Na execução da UEPS procurou-se cumprir todas as etapas planejadas e os estudantes
foram observados durante todo o processo, especialmente na forma como estavam
compreendendo os conteúdos, as dificuldades que surgiam, para assim, haver, se necessário, a
reformulação no método proposto. Assim, a avaliação das evidências de aprendizagem
significativa, por meio da UEPS, foi realizada ao longo de sua aplicação, registrando as
informações significativas. Foram estabelecidos critérios para a observação e registros foram
feitos em todos os passos de desenvolvimento da UEPS. Nessa perspectiva, a avaliação passou a
ser um instrumento de regulação da aprendizagem (HOFFMANN, 1996). E expressa nos PCNs:
[...] a avaliação se inicia quando os estudantes põem em jogo seus conhecimentos
prévios e continua a se evidenciar durante toda a situação escolar. Assim, o que constitui
a avaliação ao final de um período de trabalho é o resultado tanto de um
acompanhamento contínuo e sistemático pelo professor como de momentos específicos
de formalização, ou seja, a demonstração de que as metas de formação de cada etapa
foram alcançadas 8.
Nessa perspectiva, a metodologia utilizada, UEPS, apoiada por um material curricular
(kit didático), possibilitou uma avaliação ao longo do processo, favorecendo mais de uma forma
de abordagem de cada conteúdo, de maneira progressiva e integradora, além de ser realizada com
etapas individuais e coletivas entre estudantes, professora-pesquisador e o docente regente da
componente curricular.
Uma das atividades avaliativas propostas, de acordo com o processo da aprendizagem
significativa, foi a construção individual de MC no tema da Hidrostática. Para essa atividade
foram disponibilizadas pelos professores, como apoio, algumas palavras-chave, sendo essa a
forma de resgate/contextualização dos assuntos explorados nos encontros que antecederam essa
atividade.
Nas Figuras 16, 17 e 18 são apresentados alguns dos MC confeccionados pelos
estudantes em uma das etapas de aplicação da UEPS.
8 BRASIL, 1998a, p. 31.
79
Figura 16 - Mapa Conceitual construído pelo estudante “a”. Fonte: estudante a.
Figura 17 - Mapa Conceitual construído pelo estudante “b”. Fonte: estudante b.
80
Figura 18 - Mapa Conceitual construído pelo estudante “c”. Fonte: estudante c.
A intenção com a construção, pelos estudantes, de MC nos temas da Hidrostática foi
para através da aplicação da técnica de mapeamento conceitual, buscar facilitar a organização dos
conhecimentos adquiridos, associando aos conhecimentos prévios e assim haver melhor absorção
de conhecimentos. Por já conhecerem a técnica de mapeamento conceitual, por já vir sendo aplicada
por outros docentes, avalia-se a atividade proposta como exitosa, atingindo os objetivos propostos.
Os mapas conceituais representam uma estrutura que vai desde os conceitos mais
abrangentes até os menos inclusivos. São utilizados para auxiliar a ordenação e a sequência
hierarquizada dos conteúdos de forma a oferecer estímulos adequados ao estudante (NOVAK;
CAÑAS, 2012).
Os mapas foram elaborados no terceiro e no quarto encontro da intervenção e tiveram os
objetivos foram atingidos já que foi possível visualizar na maioria dos MC que os estudantes
associaram os conceitos abordados pela UEPS e indicaram que a nova informação foi fixada a
partir de seus conhecimentos prévios.
Outra atividade avaliativa foi a criação de situações-problema dos temas da Hidrostática
seguindo um nível mais elevado de complexidade, com os conteúdos: princípio fundamental da
hidrostática (princípio de Stevin); princípio de Pascal e princípio de Arquimedes com seus
problemas de aplicação, suas interpretações e aplicações. Para isso houve a utilização de recursos
diversificados, como exibição do vídeo: Reportagem apresentada no programa Fantástico de
12/11/2006, que trata sobre as consequências do aquecimento global para o clima do Brasil.
81
Disponível em: http://br.youtube.com/watch?v=Nm8tPLcLn84 Referência: MUDANÇAS
CLIMÁTICAS NO BRASIL. Direção de Globo. São Paulo: Globo, 2006. (6 min) e confecção de
roteiros para aplicação de atividades práticas experimentais em grupos. A apresentação dos
experimentos pelos grupos, a partir dos roteiros previamente confeccionados, e avaliados e a
manipulação dos experimentos são ilustrados na Figura 19.
Figura 19 - Apresentação de alguns experimentos em grupos. Fonte: arquivos da autora.
As atividades práticas se constituíram dos seguintes experimentos, densidades dos
fluidos com mistura de água e óleo; visualização da diferença de pressão em diferentes
superfícies como a perna de pau, pressão e densidade no movimento de um submarino (ludião);
pressão exercida sobre a superfície de corpo imerso em um fluido em virtude da profundidade;
vela na água, vasos comunicantes, tubo em U no estudo da pressão atmosférica.
82
É demonstrada através da Figura 20, a manipulação do material curricular (kit didático)
pelos estudantes, através do qual foi possível descrever os temas da Hidrostática.
Figura 20 - Manipulação do material curricular (kit didático) pelos estudantes. Fonte: arquivos da autora.
Outros autores apresentaram estudos com abordagem nos temas da Hidrostática
associados à experimentação, como o estudo de Souza (2016), que envolveu atividade
experimental no ensino de Física com vistas a uma aprendizagem significativa, seguindo um
cronograma de aplicação, composto por quatro etapas: questionário prévio, abordagem
conceitual, atividades experimentais (robô hidráulico, macaco hidráulico, freio hidráulico e
elevador) e questionário pós-experimentos, na exploração dos conteúdos da hidrostática tendo
gerado um produto educacional denominado “Robô Hidráulico”. O produto educacional de Souza
(2016) muito se aproxima da presente proposta, pois ambas envolvem a teoria de aprendizagem
significativa de Ausubel, possuem etapas que envolvem a aplicação de questionários (pré-teste e
83
pós-teste), o desenvolvimento de metodologias didáticas através do manuseio de protótipos de
experimentos (kit didático) nos temas da hidrostática, sendo o produto educacional proposto por
essa autora denominado de “UEPS – dos temas da Hidrostática, apoiada por um material
curricular (kit didático) com os seguintes experimentos demonstrativos: braço hidráulico, prensa
hidráulica, escavadeira hidráulica, sistema de freio hidráulico e ludião”.
Outros autores apresentaram estudos com abordagem nos temas da Hidrostática
associados à teoria de aprendizagem significativa, UEPS e com o desenvolvimento/aplicação de
produto educacional, como os estudos de Feitosa (2017), Barbosa et al. (2017), Moura et al.
(2017), Silva (2016), Lima (2016) e Jubini (2017).
Um produto educacional, desenvolvido por Feitosa (2017) e que também se aproxima do
presente estudo, foi um Compact Disc (CD) direcionado a professores de Física, contendo uma
UEPS sobre Hidrostática, contendo também matérias de apoio à sua aplicação. Ambos os
produtos educacionais tiveram aplicação em turmas de ensino médio regular, com abordagem
seguindo a teoria de aprendizagem significativa.
A sequência didática de Moura et al. (2017), trata-se de trabalho divulgado em evento
(SNEF), sendo constituída do relato de um trabalho sobre Hidrostática, desenvolvida com turmas
de ensino médio da rede pública, no âmbito do PIBID. Por ter objetivo de estudo alguns
conteúdos como: densidade, força, fluido, pressão e volume, apresenta uma relação muito
próxima com o Produto Educacional de Feitosa (2017) e também com o presente estudo, pois os
três autores exploram os conceitos fundamentais da hidrostática com metodologias parcialmente
similares, tendo Moura et al. (2017) desenvolvido uma Sequência de Ensino de Hidrostática,
Feitosa (2017) uma UEPS em Hidrostática e essa autora uma UEPS – dos temas da Hidrostática,
apoiada por um material curricular (kit didático) com os seguintes experimentos demonstrativos:
braço hidráulico, prensa hidráulica, escavadeira hidráulica, sistema de freio hidráulico e ludião.
Outros estudos geraram produtos educacionais nos temas da Hidrostática, como o de
Silva (2016), o de Lima (2016) e o de Jubini (2017), porém na categoria de desenvolvimento de
material didático e instrucional, como: uma “apostila”, um “livreto” e um “guia didático”,
respectivamente. Esses produtos educacionais já não apresentam características tão semelhantes
com o presente estudo como os anteriormente descritos, porém trazem propostas nos temas da
hidrostática. Silva (2016), propôs a utilização da história da ciência em sala de aula, como
ferramenta facilitadora na construção do conhecimento por parte dos estudantes, que culminou
84
em uma apostila contendo o recorte histórico referente ao estabelecimento do peso do ar e de
pressão atmosférica como produto educacional.
Assim como o produto de Lima (2016), que se aproxima do presente estudo por se
constituir de um livreto intitulado Física para Irrigação, objetivando verificar através da
substituição da aprendizagem mecânica (medida apenas através de provas escritas), pela
aprendizagem significativa, com a mudança de hábitos dos estudantes no que se refere ao
ensino/aprendizagem da Física. No estudo de Lima (2016), assim como no presente estudo
afirma-se que houve evidência de aprendizagem significativa, sendo atingidos parcialmente os
objetivos propostos, já que muitos estudantes elevaram seus subsunçores ao longo da aplicação
de cada etapa.
Outro produto educacional nos temas da Hidrostática é o de Jubini (2017). Constituído
de uma “Guia didático para aulas práticas investigativas sobre Cinemática e Hidrostática” de
Jubini (2017), assim como o proposto por essa autora, visou proporcionar ao estudante uma
aprendizagem significativa, através de práticas investigativas (experimentos), aumentando sua
compreensão e interesse pela Física, desmistificando alguns conceitos físicos da sala de aula com
o cotidiano.
4.2. Papel do professor e do estudante no procedimento de ensino
Para o êxito dessa metodologia, o professor regente da componente curricular e os
estudantes contribuíram significativamente. O professor auxiliando na condução dos conteúdos e
possibilitando uma maior interação dos estudantes com a professora pesquisadora. Um ponto
considerado positivo foi o de considerar os conhecimentos prévios dos estudantes, pois serviu de
estimulo para que os mesmos relacionassem os conhecimentos prévios com os novos
conhecimentos e desta forma, conforme Moreira (2011), havendo a possibilidade de identificar o
que os estudantes sabiam e o que ainda precisam compreender para planejar, organizar e
contribuir na assimilação dos novos conhecimentos.
Na sequência dos encontros percebeu-se nos grupos de estudantes dificuldades em
alguns conceitos sobre o tema em questão, evidenciando-se assim, a limitação de relacioná-los
com a sua realidade cotidiana. À medida que a UEPS foi sendo desenvolvida, os estudantes
foram diminuindo essas dificuldades e assimilaram os conceitos com mais propriedade e
interesse. A metodologia da UEPS com o auxílio do material curricular (kit didático)
85
proporcionou ao professor identificar nos estudantes as evidencias da aprendizagem significativa
e o desenvolvimento de habilidades e ainda, possibilitou ao professor uma avaliação ao longo do
processo, favorecendo mais de uma forma de abordagem de cada conteúdo, de maneira
progressiva e integradora, além de ser realizada com etapas individuais e coletivas entre os
alunos, sob a supervisão do professor.
Na utilização do material curricular (kit didático), os estudantes tiveram a oportunidade
de manusear as peças e responderem os exercícios propostos, num cenário de interação
expressiva entre o conteúdo e a ferramenta didática proposta. Percebeu-se que os estudantes se
envolviam e demostravam interesse, participação e entusiasmo para resolver as atividades
propostas, pois relacionavam a teoria com a prática, concretizando, assim, a teoria da
aprendizagem significativa proposta por David Ausubel (1965), defendida por Marco Antonio
Moreira (2011).
Um percentual expressivo de estudantes, em média oitenta por cento, teve evolução no
rendimento qualitativo das tarefas executadas através da UEPS, do começo para o fim da
aplicação. Ao final do estudo eles já eram capazes de explicitar significados dos novos
conhecimentos, o que, se acredita caracterizar a aprendizagem significativa.
Outra ação que envolveu o professor e os estudantes e que faz menção a atuação do
professor e do estudante na sequência da UEPS, foi a aplicação do pós-teste, que visou averiguar
a temporalidade de fixação dos conteúdos explorados na UEPS, onde passadas três semanas da
intervenção nas salas de aula, o mesmo foi aplicado, constituindo-se das mesmas perguntas do
teste aplicado no décimo segundo encontro e seguido da socialização de seu gabarito, com cada
questão sendo discutida com os alunos como forma de esclarecer possíveis dúvidas sobre as
perguntas.
Nesse cenário, a execução da UEPS, apoiada pelo material curricular (kit didático),
apresentou-se como um importante recurso didático para auxiliar no desenvolvimento da
aprendizagem dos estudantes e para o professor na condução dos conteúdos.
4.2.1. Apresentação dos resultados da aplicação dos questionários (pré-teste, teste e
pós-teste)
O estudo foi realizado no Instituto Federal de Educação do Acre - IFAC/Campus Sena
Madureira, tendo como população os estudantes e o docente regente da componente curricular de
86
Física. A população de estudo está distribuída em duas turmas com vinte e oito e trinta e cinco
estudantes por turma, totalizando um número de sessenta e três estudantes. A amostragem de
participantes do estudo foi baseada no número de matrículas regulares nas turmas de 2° ano do
curso Técnico em Informática integrado ao ensino médio. Esses participantes representaram o
quantitativo que respondeu os questionários. Em virtude disso foi selecionada uma amostragem
estratificada de quarenta estudantes, sendo vinte de cada uma das duas turmas.
Na seção 5.2.1.1 são demonstrados os dados provenientes do Questionário I (pré-teste).
Na seção 5.2.1.2 os resultados da análise do Questionário II (teste) e na seção 5.2.1.3 os
resultados da reaplicação do Questionário II, agora denominado (pós-teste), aplicados durante a
intervenção nas salas de aula. Os Questionários se constituíram de perguntas abertas e fechadas,
relacionadas com os temas da Física e Hidrostática e foram inseridos nas seis etapas de aplicação
das UEPS.
4.2.1.1. Análise do Questionário I (pré-teste)
O Questionário I (pré-teste), composto por 15 questões foi aplicado antes do contato dos
estudantes com o conteúdo específico do estudo, com objetivo de mapear seus conhecimentos
prévios (subsunçores) acerca dos temas gerais de Física presentes no dia a dia e em séries
anteriores, para que a partir deles pudessem ser determinadas as próximas etapas. A Tabela 2
apresenta o número de estudantes da amostra por turma, assim como gênero e idade.
Tabela 2 - Distribuição dos participantes segundo a turma, gênero e idade.
Variável Distribuição de Frequência
Turma Fa F%
A 20 50,0
B 20 50,0
Total 40 100,0
Gênero Fa F%
Masculino 21 52,5
Feminino 19 47,5
Idade Fa F%
15 – 16 34 85,0
17 - 18 6 15,0
87
Observa-se na Tabela 2 as variáveis, as quais correspondem às turmas A e B
selecionadas para a intervenção, gênero e idade dos participantes. A Frequência absoluta (Fa) e a
Frequência percentual (F %), num total de quarenta estudantes, correspondendo a 100%. Desses
quarenta participantes, vinte e um são do sexo masculino, correspondendo a 52,5% da amostra e
dezenove do sexo feminino, correspondendo a 47,5% da amostra. As idades variam entre quinze
e dezoito anos, os de quinze a dezesseis anos correspondem a 85% da amostra e os de dezessete e
dezoito anos correspondem a 15% da amostra.
A Tabela 3 apresenta a distribuição percentual das questões fechadas e a média de
acertos. As perguntas correspondem a situações do cotidiano, com o objetivo de mapear os
conhecimentos prévios dos temas da Física, bem como os relacionados com a hidrostática.
Tabela 3 - Distribuição percentual das questões fechadas e a média de acertos, n=40 estudantes.
Questão Fa F% Média de acertos
1. Ao tomar banho em um ambiente aquático (piscina, rio, lago
ou igarapé), com uma boia de câmara de ar, quais forças estão
atuando nessa
3 7,5 0,1
2. Compressão é: 16 40,0 0,4
3. Descompressão é: 15 37,5 0,4
4. Os líquidos como os gases são muitas vezes chamados de
fluidos, por que:
19 47,5 0,5
5. O peso de um corpo é maior no ar do que na água, porque: 20 50,0 0,5
Notas: I) a média foi estimada entre a razão da Fa e F%; II) conferir em apêndice B - questionário completo.
Fonte: elaborada pela autora
A Tabela 3 contém cinco questões fechadas, que objetivaram sondar os conhecimentos
dos estudantes acerca dos temas gerais de física presentes no dia a dia e em séries anteriores, aqui
denominados subsunçores. Observa-se na primeira questão que apenas 7,5% do universo de
participantes responderam corretamente, mesmo sendo cultural no município de Sena Madureira,
Acre, a população fazer uso de boias e câmaras de ar em seus momentos de lazer em rios e
igarapés. Porém não conseguiram associá-los com os temas da hidrostática presentes nessa ação.
Nas segunda e terceira questões, o percentual de acertos se amplia, chegando a 40% e 37,5%
88
respectivamente. Atribui-se aos vários exemplos de uso no cotidiano, de
vídeos/filmes/documentários disponíveis com os temas “compressão” e “descompressão”, a
exemplo de uma almofada recheada de espuma que ao ser comprimida com as duas mãos ela
encolhe; os mergulhadores realizando resgates; operários em câmaras pressurizadas; aviadores,
etc. A questão quatro obteve um percentual de acertos de 47,5% e fez referência a temas como
massa, massa específica e pressão, grandezas essas que caracterizam os fluidos e que são
estudadas no nono ano do ensino fundamental. A quinta e última questão fechada apresentou um
percentual de acertos de 50% dos participantes e está associada ao estudo da densidade, associada
aos exemplos do dia a dia, como pedras que afundam na água ou um pedaço de isopor que boia
na água.
A análise do pré-teste está representada no Quadro 6 com distribuição categórica das
questões abertas, seguindo os mesmos critérios das questões fechadas, ou seja, relacionadas com
situações do cotidiano e, com o objetivo de mapear os conhecimentos prévios acerca dos temas
da hidrostática. Contém dez questões abertas, as quais foram classificadas nas categorias: (C) –
Correta; (I) – Incompleta / confusa; (E) – Errada; e (B) – Branco.
89
Quadro 6 - Distribuição categórica das questões abertas.
Fonte: a própria autora
A frequência de acertos por questão varia entre 0% a 40%, percentuais baixos em razão
das perguntas versarem sobre situações do cotidiano e de séries já cursadas no ensino
fundamental. Pelas respostas, percebe-se que os estudantes não conseguem associar a situação
90
apresentada com os fenômenos físicos presentes nos currículos escolares, aos quais já tiveram
contato.
Algumas respostas atribuídas a cada pergunta aberta do Questionário I (pré-teste) são
elencadas no Quadro 7, obedecendo às categorias: Correta; Incompleta/confusa; Errada e Branco.
Quadro 7 - Apresentação parcial de algumas situações das respostas dos participantes.
Questão Situação da resposta Algumas respostas
6. Ao desenganchar a tarrafa em um rio, lago
ou igarapé, você tem a sensação de estar sendo
pressionado. Quanto mais fundo maior a
sensação de estar sendo pressionado. Porque
isso ocorre?
Correta
Porque quanto mais fundo tarrafa
estiver maior a pressão para baixo,
fazendo assim, sentimos essa
sensação; porque a água exerce um
peso, gerando pressão sob a pessoa.
Incompleta/confusa
Por causa da pressão e a densidade
da água; nosso corpo apresenta uma
pressão menor que a água, e quanto
maior a profundidade maior a
sensação de pressão sobre o corpo.
Errada
Isso ocorre por que a pressão que
está nas águas é desigual a massa do
objeto que está sendo inserido;
porque a densidade da água é bem
maior quantidade quando esta no
fundo.
7. Porque o óleo flutua na água?
Correta
Por causa da densidade exercida,
sendo assim o óleo é menos denso
que a água; porque a água é mais
densa que o óleo, assim o óleo,
"flutua" sobre a água.
Incompleta/confusa
Devido que o óleo é denso, e eles não
se misturam, ficam sempre
flutuando; porque o óleo é mais leve
que a água.
Errada
Pois ele não se mistura com água;
porque os elementos que compõe o
óleo não conseguem se juntar.
8. Você conhece máquinas que usam sistema
hidráulico? Cite algumas?
Correta
Sim, máquinas de trabalho de
limpeza; macaco hidráulico,
máquinas de construção (tratores)
Incompleta/confusa Carros; sim, carro
Errada Não; não sei; nenhuma
91
9. O sistema de respiração humana pode ser
considerado um sistema hidráulico? Porque?
Correta
Sim, porque a forma que ocorre a
respiração humana em alguns
aspectos é parecida com a resistência
hidráulica; sim, porque nos pulmões
exercem pressão no corpo para levar
oxigênio.
Incompleta/confusa
Sim, pois há todo um processo para
que ocorra a respiração de forma
adequada; sim, porque essa corrente
líquida ao corpo leva os nutrientes
para todo o corpo.
Errada Porque a respiração é densa; não,
porque não funciona a base d'água.
10. Ao mergulhar em um ambiente aquático,
você já sentiu dor no ouvido? Você poderia
explicar a causa dessa dor?
Correta
Incompleta/confusa
Sim, acho que é porque é por causa
da pressão da água sobre o corpo; por
causa da pressão que água faz com
seu corpo.
Errada
Sim talvez por causa que a água entra
no ouvido e fica causando dor; sim,
eu não sei o exato, mas talvez seja
devido a água entra em contato com
o ouvido.
11. Quando uma carreta carregada, na estrada,
passa perto de você, há a sensação de ser
sugado para a estrada? Comente.
Correta
Incompleta/confusa
Sim, quando uma carreta passa por
mim em uma velocidade bem alta,
mais que sente essa sensação; é como
se o vento lhe puxasse para a carreta.
Errada
Eu não sei pois nunca aconteceu com
minha pessoa; sensação inexplicável
ao buraco negro na estrada.
12. Porque o gelo flutua na água?
Correta Porque essa densidade é bem baixa;
porque o gelo é menos denso.
Incompleta/confusa
Porque a densidade da água é grande;
porque tem pouca densidade de gelo
que é maior que a da água.
Errada Porque a água é um solido e o gelo e
denso; o volume da pedra aumenta.
13. Dentre as grandezas citadas nas questões
anteriores, cite as que você considera grandeza
escalar:
Correta
Incompleta/confusa Densidade, força e etc; peso e
comprimento.
Errada Densidade; velocidade;
14. Dentre as grandezas citadas nas questões
anteriores, cite as que você considera grandeza
vetorial:
Correta Aceleração e compressão; velocidade
e aceleração.
Incompleta/confusa Aceleração e pressão; pressão,
aceleração, volume e densidade.
92
Errada Queda livre; pressão, volume.
15. Da linguagem do dia a dia, a direção e o
sentido parecem não ter diferença e em alguns
casos essas palavras são tratadas como
sinônimas. Existe diferença entre essas
palavras? Em caso afirmativo ou negativo
justifique.
Correta
Incompleta/confusa
Sim, a direção se dá em horizontal e
vertical, e sentido se dá em direita e
esquerda; sim, pois você pode falar
uma direção, mas você não sabe ao
certo o sentido que vai a direção.
Errada
Não. Porque são palavras diferentes
com o mesmo sentido; não elas tem o
mesmo significado só tem palavras
diferentes.
Nota: Foram transcritas as respostas dos estudantes.
Fonte: a própria autora
Na análise das questões abertas foram feitas de forma a procurar traços indicativos de
conhecimentos prévios dos estudantes acerca dos temas de Física, em especial da hidrostática,
inseridos nas perguntas.
O Gráfico 1 demonstra o total de acertos das 15 perguntas fechadas e abertas do
Questionário I (pré-teste) e a média aritmética, através da equação (21), sendo Ni o número de
acertos de cada questão e n o número de questões, expressos matematicamente através da
Equação 21:
(21)
Onde:
Gráfico 1 – Total de acertos do questionário I (pré-teste) com 15 questões e a média aritmética
dos mesmos.
93
De acordo com o Gráfico 1 observa-se que a maioria dos estudantes possuem
conhecimentos prévios os quais podem ter sido adquiridos em outras séries para o entendimento
dos temas gerais de física, ainda que, em alguns casos, como nas questões 10, 11, 13, 14 e 15 do
total de estudantes não possui conhecimentos prévios ou não entenderam a pergunta.
4.2.1.2 Análise do Questionário II (teste)
Para que as análises das perguntas abertas nesses dois últimos questionários pudessem
ser feitas adotaram-se três categorias para enquadrar as respostas: Correta; Incompleta/confusa;
Errada e Branco. As respostas consideradas erradas foram aquelas que não continham elementos
próximos à resposta minimamente correta ou então continham conceitos completamente errados.
Já as respostas consideradas parcialmente corretas foram aquelas que apresentavam fragmentos
da resposta minimamente correta, pequenos erros ou respostas incompletas, que não
possibilitavam ter certeza do aprendizado correto do conceito avaliado. Por fim, as respostas
consideradas corretas foram aquelas que apresentavam a resposta minimamente correta, mesmo
com diferentes formulações ou pontos de vista diferentes do apresentado na intervenção.
O Questionário II (teste) composto por 15 questões, foi aplicado após revisão dos
conteúdos da UEPS, para a mesma amostra de estudantes do Questionário I (pré-teste). A Tabela
4 apresenta o número de estudantes da amostra por turma, assim como gênero e idade.
94
Tabela 4 - Distribuição dos participantes segundo a turma, gênero e idade.
Variável Distribuição de Frequência
Turma Fa F%
A 20 50,0
B 20 50,0
Total 40 100,0
Gênero Fa F%
Masculino 21 52,5
Feminino 19 47,5
Idade Fa F%
15 – 16 34 85,0
17 - 18 6 15,0
Fonte: a própria autora
O teste foi elaborado durante o desenvolvimento da UEPS, conforme foram sendo
abordados os conteúdos.
O Quadro 8 apresenta a distribuição percentual das questões fechadas e a média de
acertos e, a partir destes dados se fez uma análise diagnóstica de aprendizagem ou fixação dos
conteúdos após a aplicação da UEPS.
Quadro 8 – Distribuição percentual das questões fechadas e a média de acertos, n=40 estudantes.
Questão* Fa F% Média de
acertos
1. Uma pessoa está em pé, quando decide fazer uma experiência simples. Seja
p a pressão média sobre o chão debaixo das solas dos sapatos. Se essa pessoa
suspender um pé, equilibrando-se numa perna só, essa pressão média passa a
ser:
33 82,5 0,8
2. Estudando a pressão em fluidos, vê-se que a variação da pressão nas águas
do mar é proporcional à profundidade h. No entanto, a variação da pressão
atmosférica quando se sobe a montanhas elevadas, não é exatamente
proporcional à altura. Isto se deve ao seguinte fato:
16 40 0,4
3. A figura ao lado demonstra um gato ao tomar refrigerante utilizando um
canudinho. É correto afirmar que o gato, ao puxar o ar pela boca: 16 40 0,4
95
4. O princípio de Pascal diz que qualquer aumento de pressão num fluido se
transmite integralmente a todo o fluido e às paredes do recipiente que o
contém. Na experiência realizada em sala de aula verificou-se esse princípio e
a influência da pressão atmosférica sobre a água. Foram feitos três furos, todos
do mesmo diâmetro, na vertical, na metade superior de uma garrafa Pet, com
um dos furos a meia distância dos outros dois. A seguir, encheu-se a garrafa
com água, até um determinado nível acima do furo superior; tampou-se a
garrafa, vedando-se totalmente o gargalo, e colocou-se a mesma em pé, sobre
uma mesa. Abaixo, estão ilustradas situações a representar como ocorreria o
escoamento inicial da água através dos furos. Assinale a opção correspondente
ao que ocorreu na prática.
30 75 0,8
5. O Tony Stark “Homem de Ferro” quer saber o peso do incrível Hulk, para
isso precisou utilizar uma prensa hidráulica, já que a uma balança normal
quebraria com o seu enorme peso. Assim, o Hulk se equilibra sobre um pistão
de 2000 〖cm〗^2 de área, exercendo uma força vertical F equivalente a 200 N,
de cima para baixo, sobre o outro pistão da prensa, cuja área é igual a 25
〖cm〗^2. Ao realizar os cálculos, o Tony Stark chegou ao seguinte peso do
Hulk.
19 47,5 0,5
6. Do porto no Rio Iaco, o professor Bruno observou um pescador em uma
canoa. A explicação para o fato de a canoa flutuar é que o empuxo recebido
pela canoa é:
1 2,5 0,0
7. No fundo de uma piscina, de temperatura constante, um balão é preenchido
com um certo gás ideal. O balão é então fechado e solto. Uma banhista que
acompanhou o movimento do balão fez as seguintes afirmações:
I – O movimento do balão é do tipo acelerado uniforme.
II – O empuxo sobre o balão foi máximo quando a pressão sobre ele era
máxima.
III – O balão poderia explodir quando atingisse a superfície.
Em relação às afirmações feitas pela banhista é correto dizer que:
17 42,5 0,4
Notas: I) a média foi estimada entre a razão da Fa e F%; II) conferir em apêndice B - questionário completo.
Fonte: a própria autora
O Quadro 8 contém sete questões fechadas, que objetivaram avaliar os conhecimentos
dos estudantes acerca dos temas da hidrostática explorados na aplicação da UEPS. Observa-se na
primeira questão que mesmo sendo uma questão que envolve cálculos matemáticos, 82,5% do
universo de participantes respondeu corretamente. As perguntas dois e três versaram sobre a
temática da pressão e tiveram frequência percentual de acertos iguais (40%), este sendo
considerado bom, pois considera-se que houve aprendizado no estudo com uso da UEPS.
A questão quatro teve um percentual de acertos de 75% e atribui-se esse bom
desempenho à metodologia utilizada na UEPS no estudo do princípio de Pascal, fazendo uso de
experimentos demonstrativos e do material curricular (kit didático). A quinta questão teve
frequência de acertos de 47,5%, a mesma envolve cálculos matemáticos e os conteúdos também
foram bastante explorados na UEPS. A sexta questão sobre o empuxo teve uma frequência
96
percentual de acertos de apenas 2,5%, acredita-se que o baixo desempenho se deva que o assunto
foi explorado de forma mais teórica que prático. A sétima e última questão com os conteúdos de
empuxo e pressão apresentou um percentual de acertos de 47,5% e versou sobre uma situação
vivenciada no cotidiano.
A análise ao Questionário II (teste), apresentada no Quadro 9 contém uma distribuição
categórica das questões abertas, seguindo os mesmos critérios das questões fechadas, ou seja,
seguindo a sequência da UEPS aplicada e, serviu para avaliar os conhecimentos adquiridos dos
temas da hidrostática. O Quadro 9 contém oito questões abertas, as quais foram classificadas nas
categorias: (C) – Correta; (I) – Incompleta/confusa; (E) – Errada; e (B) – Branco.
Quadro 9 – Distribuição categórica das questões abertas.
Fonte: a própria autora
97
A frequência de acertos por questão aberta varia entre 10% a 82,5%. Esperava-se que
conforme fossem sendo aplicadas as etapas da UEPS, com o uso dos recursos didáticos
propostos, se ampliariam também os percentuais de acertos. Tal fato se confirmou, sendo
perceptível o desempenho dos estudantes nas questões abertas em comparação com o pré-teste.
Algumas respostas atribuídas pelos participantes a cada pergunta aberta do teste são
elencadas no Quadro 10, obedecendo às categorias: Correta; Incompleta/confusa; Errada e
Branco.
Quadro 10 - Apresentação parcial de algumas situações das respostas dos participantes.
Questão Situação da resposta Algumas respostas
8. Por que os faquires (pessoas que se
deitam sobre cama de pregos) não se
ferem em suas proezas?
Correta
A pressão exercida do corpo pode ser dividida
pela área exercida, quanto maior a área menor
possibilidade de se ferir; porque seu corpo se
deitam sobre muitos pregos a área de contato
com a pessoa aumenta, assim suportando seu
corpo sem perfurá-lo.
Incompleta/confusa
Pois os pregos em conjunto formaram uma base
menos perfurante em relação da espessura de
um prego em um corpo e etc; não vai se ferir
por conta da pressão ser pequena.
Errada
Porque se a pessoa pisar em um prego vai se
machucar, mas em uma cama de prego o ar vai
ser maior que a pressão diminui.
9. Por que, quando fazemos um furo
na tampa de uma lata de óleo, não
conseguimos despejar o líquido nele
contido?
Correta
Porque a pressão atmosférica que está fora da
lata é maior do que a de dentro; pois é
necessário dois furos um pra sair o líquido no
caso o óleo e outro para entrar o ar.
Incompleta/confusa
A pressão exercida no interior da garrafa
impede que o óleo nela contido seja despejado
por meio do furo; por causa de sua densidade
onde quando a pressão age sobre ela por ser
mais densa não consegue escorrer pelo buraco
na tampa que é pequeno.
Errada
Por causa da pressão atmosférica que está
dentro sobre a lata de óleo; por conta da
pressão que não está sendo exercida na lata de
óleo, mas se então se fizer um furo o ar vai
extrair e então o furo na tampa vai despejar.
10. Por que quando um furacão atinge
uma casa só o telhado dela é levado
pelo vento?
Correta
Pois o ar que passa por cima tem uma
velocidade maior assim empurra o telhado e o
mesmo que é levado, e o ar de baixo não tem
uma velocidade tão alta; porque a pressão é
menor do que a força do telhado.
98
Incompleta/confusa
Porque a pressão do vento é maior do que a do
telhado da casa, por isso o telhado da casa é
levado pelo vento; porque sua pressão é menor
onde sua superfície ande de encontre com as
colunas é pequena.
Errada
Digamos que o telhado é a única parte não fixa
e a pressão que o furacão exerce é maior que a
do telhado; porque está preso a parte superior
da casa.
11. Por que os sapatos para andar na
neve têm uma grande área na base?
Correta
Com a área na base dos sapatos sendo maior a
área de contato com a neve é maior, o que
facilita a andar sobre a neve; quando a área da
base é pequena ou no tamanho normal dos pés,
aplicamos uma pressão maior sobre o solo e ele
acaba sendo, assim a área da base for grande
não iremos afundar.
Incompleta/confusa
Para aumentar a área de contato com a neve de
forma a andar sobre ela sem penetra-la, visto
que sua densidade é baixa; porque esse tipo de
sapato tem uma área maior como o local que
está andando também tem uma extensa área.
Errada
Porque a neve ser menos densa que o peso do
corpo, por isso a neve afunda, e para manter a
estabilidade é preciso e sapatos mais folgados;
por conta que a neve usa para se equilibrar.
12. Por que é mais fácil jogar futebol
no Rio de Janeiro do que em La Paz
(capital da Bolívia).
Correta
Porque pelo fato de La Paz estar mais longe do
nível do mar, mais rarefeito é o ar, enquanto o
RJ é mais próximo; por conta das moléculas de
ar que se tornam rarefeitos, ou seja as
moléculas ficam mais longe uma da outra,
dificultando a respiração.
Incompleta/confusa
Porque em grandes altitudes o nosso corpo
tende a puxar a empurrar menos oxigênio para
os pulmões, por a pressão atmosférica diminuir;
pois La Paz é uma área mais elevada do que RJ,
assim tendo rarefeito maior; La paz está numa
região mais alta, lá a força da gravidade é bem
maior.
Errada
Por causa do da pressão atmosférica no RJ a
pressão é menor o que quer dizer que não é
necessário exerce muito força; por causa do
nível do mar que em La Paz é maior e ar ou
oxigênio é pouco.
13. Existe alguma relação entre a
velocidade do vento com a pressão?
Caso exista, que relação é esta?
Correta
Porque com a velocidade o vento também
exerce uma pressão; existe, por ex., um
caminhão passa por mim na estrada com o
vento exerce uma pressão que pode até me
arrastar.
99
Incompleta/confusa
Porque a velocidade do vento exerce uma força
que pode se chamar de pressão; acho que sim,
pois ele possui uma velocidade específica, mas
não tem muita pressão depene muito.
Errada
Sim, por exemplo, você prende o ar em um
certo recipiente, até mesmo a respiração
quando soltamos o ar sai com mais facilidade;
que a velocidade do vento fica menos conforme
a pressão exercida.
14a. Um conjunto de vasos
comunicantes precisa
necessariamente, possuir três tubos?
Correta Não
Incompleta/confusa
Errada Sim
14b. Explique
Correta
Pode ter duas ou mais, para o líquido ser
distribuído; um conjunto pode ser contribuído
por 2 ou mais tubos, para que a água possa se
distribuir.
Incompleta/confusa
Errada 3 tubos com água e ao pressionar um dos tubos
a água irá se distribuir de forma igual.
Nota: Foram transcritas as respostas dos estudantes.
Fonte: a própria autora
A análise das questões abertas foi feita de forma a procurar traços indicativos de
aprendizagem significativa, de acordo com a perspectiva ausubeliana, e principalmente traços que
indiquem a influência tanto positiva quanto negativa do uso dos recursos utilizados na UEPS.
O Gráfico 2 demonstra o total de acertos das 15 perguntas fechadas e abertas do
Questionário II (teste) e a média aritmética, através da equação (22), sendo Ni o número de
acertos de cada questão e n o número de questões, expressos matematicamente através da
Equação 22:
(22)
Onde:
100
Gráfico 2 - Total de acertos do questionário teste de 15 questões e a média aritmética dos
mesmos.
O Gráfico 2 mostra que houve melhora do resultado. Porém, alguns conteúdos
necessitam de adequação da metodologia para melhorar os indicadores, conforme pode ser
observado nas questões 6, 10 e 13, que tiveram em frequência absoluta de 1, 9 e 4 acertos,
respectivamente, do total de 40 participantes.
O que pode ser uma proposta para melhorar os resultados das questões 6, 10 e 13, até
mesmo das que tiveram média de acertos dentro do esperado, seria oportunizar aos estudantes
uma vivência prática das situações descritas nas questões, pois o contato físico pode contribuir
para a assimilação dos conceitos.
4.2.1.3. Análise da reaplicação do Questionário II (pós-teste)
O Questionário II agora denominado (pós-teste), composto pelas mesmas 15 questões do
Questionário II (teste), foi aplicado na mesma amostra de estudantes do Questionário I (pré-teste)
e do Questionário II (teste) após três semanas da intervenção escolar através da UEPS. A Tabela
5 apresenta o número de estudantes da amostra por turma, assim como gênero e idade.
101
Tabela 5 - Distribuição dos participantes segundo a turma, gênero e idade.
Variável Distribuição de Frequência
Turma Fa F%
A 20 50,0
B 20 50,0
Total 40 100,0
Gênero Fa F%
Masculino 21 52,5
Feminino 19 47,5
Idade Fa F%
15 – 16 34 85,0
17 - 18 6 15,0
Fonte: a própria autora
A reaplicação de questionário teve como objetivo verificar a temporalidade de fixação
dos conteúdos estudados, relacionados com a teoria da aprendizagem significativa de David
Ausubel.
No Quadro 11 é apresentada a distribuição percentual das questões fechadas e a média
de acertos, que serviu para uma análise diagnóstica sobre a temporalidade de fixação dos
conteúdos estudados através da UEPS nos temas da hidrostática.
Quadro 11 - Distribuição percentual das questões fechadas e a média de acertos, n=40
estudantes.
Questão* Fa F% Média de
acertos
1. Uma pessoa está em pé, quando decide fazer uma experiência simples.
Seja p a pressão média sobre o chão debaixo das solas dos sapatos. Se essa
pessoa suspender um pé, equilibrando-se numa perna só, essa pressão média
passa a ser:
28 70 0,7
2. Estudando a pressão em fluidos, vê-se que a variação da pressão nas águas
do mar é proporcional à profundidade h. No entanto, a variação da pressão
atmosférica quando se sobe a montanhas elevadas, não é exatamente
proporcional à altura. Isto se deve ao seguinte fato:
14 35 0,4
3. A figura ao lado demostra um gato ao tomar refrigerante utilizando um
canudinho. É correto afirmar que o gato, ao puxar o ar pela boca: 21 52,5 0,5
102
4. O princípio de Pascal diz que qualquer aumento de pressão num fluido se
transmite integralmente a todo o fluido e às paredes do recipiente que o
contém. Na experiência realizada em sala de aula verificou-se esse princípio
e a influência da pressão atmosférica sobre a água. Foram feitos três furos,
todos do mesmo diâmetro, na vertical, na metade superior de uma garrafa
Pet, com um dos furos a meia distância dos outros dois. A seguir, encheu-se
a garrafa com água, até um determinado nível acima do furo superior;
tampou-se a garrafa, vedando-se totalmente o gargalo, e colocou-se a mesma
em pé, sobre uma mesa. Abaixo, estão ilustradas situações a representar
como ocorreria o escoamento inicial da água através dos furos. Assinale a
opção correspondente ao que ocorreu na prática.
35 87,5 0,9
5. O Tony Stark “Homem de Ferro” quer saber o peso do incrível Hulk, para
isso precisou utilizar uma prensa hidráulica, já que a uma balança normal
quebraria com o seu enorme peso. Assim, o Hulk se equilibra sobre um
pistão de 2000 〖cm〗^2 de área, exercendo uma força vertical F equivalente a
200 N, de cima para baixo, sobre o outro pistão da prensa, cuja área é igual a
25 〖cm〗^2. Ao realizar os cálculos, o Tony Stark chegou ao seguinte peso do
Hulk.
23 57,5 0,6
6. Do porto no Rio Iaco, o professor Bruno observou um pescador em uma
canoa. A explicação para o fato de a canoa flutuar é que o empuxo recebido
pela canoa é:
14 35 0,4
7. No fundo de uma piscina, de temperatura constante, um balão é
preenchido com um certo gás ideal. O balão é então fechado e solto. Uma
banhista que acompanhou o movimento do balão fez as seguintes
afirmações:
I – O movimento do balão é do tipo acelerado uniforme.
II – O empuxo sobre o balão foi máximo quando a pressão sobre ele era
máxima.
III – O balão poderia explodir quando atingisse a superfície.
Em relação às afirmações feitas pela banhista é correto dizer que:
26 65 0,7
Notas: Notas: I) a média foi estimada entre a razão da Fa e F%; II) confira em apêndice B - questionário completo.
Fonte: a própria autora
O Quadro 11 contém sete questões fechadas, que objetivaram avaliar a temporalidade de
fixação dos conteúdos estudados durante a intervenção. Observa-se que um índice alto de
participantes (70%), respondeu corretamente a primeira questão e esse índice de acertos
acompanha o do teste que foi de 82,5% de acertos. A frequência percentual de acertos da segunda
questão foi de 35%, se aproximando do mesmo percentual de acertos do teste que foi de 40%. As
questões três e quatro apresentaram percentuais de acertos de 52,5% e 87,5%, respectivamente e
ficaram próximos dos percentuais de acertos dessas mesmas questões no teste que foram de 40%
e 75% respectivamente. A quinta com frequência percentual de acertos de 57,5% apresentou um
acréscimo quando comparada com a mesma questão no teste (47,5%). Já a sexta questão
apresentou um percentual de acertos de 35% tendo este índice se elevado bastante quando
comparado com a mesma questão no teste em que apresentou o percentual de acertos de apenas
103
2,5%. Sétima e última questão fechada apresentou um percentual de acertos correspondente a
65% dos participantes, índice este alto e acompanhando a mesma pergunta no teste que teve
frequência percentual de acertos de 47,5% dos participantes.
Ainda em análise ao pós-teste, apresenta-se no Quadro 12 a distribuição categórica das
questões abertas, seguindo os mesmos critérios das questões fechadas, ou seja, de servir para uma
análise diagnóstica sobre a temporalidade de fixação dos conteúdos estudados através da UEPS
nos temas da hidrostática. Contém oito questões abertas, as quais foram classificadas nas
categorias: (C) – Correta; (I) – Incompleta/confusa; (E) – Errada; e (B) – Branco.
Quadro 12 - Distribuição categórica das questões abertas.
Fonte: a própria autora
104
A frequência de acertos por questão varia de 7,5% a 57,5%. Quando comparados com as
mesmas perguntas no teste se percebe uma queda nos percentuais, uma vez que no teste os
mesmos variaram nas mesmas questões abertas entre 10% e 82,5%.
Algumas respostas atribuídas pelos participantes a cada pergunta aberta do pós-teste são
elencadas no Quadro 13, obedecendo às categorias: Correta; Incompleta/confusa; Errada e
Branco.
Quadro 13 - Apresentação parcial de algumas situações das respostas dos participantes.
Questão Situação da resposta Algumas respostas
8. Por que os faquires (pessoas que se deitam
sobre cama de pregos) não se ferem em suas
proezas?
Correta
Porque com uma quantidade maior
de pregos maior é a pressão e menor
as chances de se furar; quanto mais
prego feito base, menos estará sujeito
a depositar uma força em apenas um
prego.
Incompleta/confusa
a pressão que é exercida sobre o
conjunto de pregos é o suficiente
para não ferir; porque o peso da
pessoa se distribui de forma igual.
Errada Concentração térmica.
9. Por que, quando fazemos um furo na tampa
de uma lata de óleo, não conseguimos
despejar o líquido nele contido?
Correta
A pressão exercida sobre a tampa
impede a saída do liquido; para poder
sair o liquido é necessário fazer dois
furos para a pressão entrar e o outro
furo para o liquido sair.
Incompleta/confusa
Porque a pressão está toda no fundo
da lata; porque a lata não tem a
devida pressão para fazer o liquido
sair pelo furo.
Errada
Porque a pressão não está espalhada
pelo recipiente, com isso, não se
despeja o líquido; a viscosidade ou
densidade do liquido é mais elevada
que da água, por exemplo, logo ele
não passa pelo furo.
10. Por que quando um furacão atinge uma
casa só o telhado dela é levado pelo vento?
Correta
Quando o telhado é levado ele
diminui a pressão no interior da casa
e por conta disso nada mais é levado;
porque o ar que passar por cima tem
uma velocidade maior que ar passar
por baixo.
Incompleta/confusa
Por causa da pressão que fica dentro;
porque o vento entra por debaixo do
telhado, empurrando-o para cima e
arrancando-o.
105
Errada
Porque a pressão do furacão foi tão
forte e o telhado é frágil que ele
acaba sendo levado pelo furacão; por
conta da pressão exercida pelo vento
no telhado porém os pregos não são
forte o suficiente para aguentar essa
pressão.
11. Por que os sapatos para andar na neve têm
uma grande área na base?
Correta
Para distribuir a pressão que o peso
do usuário gera sobre uma área
maior; para aumentar a área de
contato com o chão para alterar onde
a pressão não tenha tanto efeito.
Incompleta/confusa
Pois fica mais prático para andar
sobre a neve; fica mais fácil de se
manter quando fica afundado, sua
área é grande na base porque a neve
é bem desigual quando é pisada.
Errada
A densidade do gelo tende ser mais
para a pessoa se estabilizar é
necessário ter a área da base mais
rara para ter mais pressão; porque a
neve é mais escorregadia e difícil se
manter equilibrado.
12. Por que é mais fácil jogar futebol no Rio
de Janeiro do que em La Paz (capital da
Bolívia).
Correta
Em La Paz o ar é rarefeito por se
localizar em uma altitude elevada,
consequentemente o ar é menor;
porque há menos oxigênio em La Paz
devido às altas altitudes.
Incompleta/confusa
Por causa do ar rarefeito; por causa
da aceleração gravitacional que varia,
enquanto o RJ que é perto do mar a
aceleração gravitacional é maior, já
na Bolívia é diferente.
Errada
Porque a pressão é menor do que a
pressão em La Paz; por conta de que
a densidade exercida em La Paz é
maior ou menor do que a do RJ, e
também em La Paz tem menos
oxigênio.
13. Existe alguma relação entre a velocidade
do vento com a pressão? Caso exista, que
relação é esta?
Correta
Sim, dependendo da velocidade do
vento a pressão será diferente; sim, a
velocidade do vento possui relação
direta com as diferenças de pressão
da atmosfera.
Incompleta/confusa
Sim, porque a velocidade do vento
contribui para o aumento da pressão;
com a pressão a aceleração do vento
fica menor.
106
Errada
Ventos desvergem, pressão altas,
pressão baixa ventos sempre
convergem; pressão alta vento
diverge, pressão baixa vento
converge.
14a. Um conjunto de vasos comunicantes
precisa necessariamente, possuir três tubos?
Correta Não
Incompleta/confusa
Errada Sim
14b - Explique
Correta Ele pode também possuir dois; na
maioria das vezes 2 é o suficiente.
Incompleta/confusa
Errada
Nota: Foram transcritas as respostas dos estudantes.
Fonte: a própria autora
A análise das questões abertas foi feita, na mesma perspectiva de teste, visando procurar
traços indicativos de aprendizagem significativa, assim como, traços que indiquem a fixação dos
conhecimentos adquiridos através dos recursos utilizados na UEPS, como o vídeo, as atividades
experimentais demonstrativas e o material curricular (kit didático).
O Gráfico 3 demonstra o total de acertos das 15 perguntas fechadas e abertas do
Questionário III (pós-teste) e a média aritmética, através da equação (23), sendo Ni o número de
acertos de cada questão e acertos de cada questão e n o número de questões, expressos
matematicamente através da Equação 23.
(23)
Onde:
107
Gráfico 3 - Total de acertos do questionário pós-teste de 15 questões e a média aritmética dos
mesmos.
No Gráfico 4 apresenta-se a frequência percentual de acertos pelos participantes nos
Questionários aplicados (pré-teste, teste e pós-teste) por questionário aplicado.
108
Gráfico 4 - Total de acertos dos questionários pré-teste, teste e pós-teste de 15 questões cada um.
A análise geral se baseia na comparação entre o número de acertos das questões nos três
momentos de aplicação dos questionários. Se esperava que à medida em que fossem sendo
vivenciadas pelos estudantes as etapas da UEPS, se ampliariam o número de acertos das
questões. Tal fato se confirmou, sendo mantido o percentual de acertos entre o teste e o pós-teste.
Assim é preciso analisar os resultados dos questionários de forma a perceber mudanças
nas ideias e apreensão dos novos conceitos sem se prender a palavras e conceitos rigorosamente
corretos, mas sim atentando para as ideias expressas nas respostas.
A partir da análise dos dados, conclui-se que as atividades aplicadas no estudo foram
capazes de tornar os temas da física e da hidrostática mais interessante (Gráfico 2 – teste e
Gráfico 3 - pós-teste), principalmente aquelas que envolveram situações do dia a dia associadas
ao kit didático, vindo a contribuir ainda no esclarecimento dos conceitos abordados.
Também é possível concluir que bons resultados de aprendizagem foram obtidos,
principalmente em torno das perguntas sobre temas gerais em física, bem como os conceitos de
massa especifica, peso especifico, pressão atmosférica, prensa hidráulica, empuxo, entre outros
(Gráfico 1 – pré-teste). Também houve aumento na compreensão sobre o funcionamento de uma
escavadeira e os aspectos relacionados à sua utilização no dia a dia da construção civil.
109
Desta forma, os objetivos relacionados à elaboração e aplicação da UEPS proposta no
estudo foram atingidos e a análise dos dados obtidos reforça parcialmente a hipótese de que a
abordagem dos temas relacionados aos princípios de Stevin, Pascal e Arquimedes, com o auxílio
do material curricular (kit didático) no contexto educacional pode facilitar o ensino de conceitos
básicos da Hidrostática.
110
CONCLUSÕES
Neste estudo, forneceu-se uma metodologia de ensino no formato de produto
educacional, que envolve a produção e execução de uma UEPS apoiada por um material
curricular (kit didático), com os seguintes experimentos demonstrativos: braço hidráulico, prensa
hidráulica, escavadeira hidráulica, sistema de freio hidráulico e ludião, para o ensino
demonstrativo da Hidrostática em turmas do ensino médio, visando auxiliar na interface entre a
teoria e a prática.
A UEPS definida como sequências de ensino fundamentadas teoricamente e voltada para
a aprendizagem significativa não mecânica, norteou as etapas da intervenção escolar nos temas
da Hidrostática e o material curricular (kit didático) utilizado auxiliou na condução e fixação dos
conteúdos, fazendo a combinação entre teoria e prática.
Consistiu na construção, aplicação e avaliação de uma UEPS apoiada por um material
curricular (kit didático), nos temas da Hidrostática presentes no currículo do ensino médio, de
forma a aproximar os conteúdos trabalhados da realidade dos estudantes e vir a gerar
aprendizagem significativa, partindo do pressuposto de que grande parte dos estudantes percebem
os objetivos de aprendizagem como distantes da sua realidade, pouco aproveitáveis e
desconectados das suas necessidades diárias. Para tanto, o estudo fundamentou-se na Teoria da
Aprendizagem Significativa de Ausubel (2003) que apresenta uma concepção de aprendizagem
significativa e em atividades experimentais. Neste sentido, o presente estudo possibilitou uma
avaliação ao longo do processo, favorecendo mais de uma forma de abordagem dos temas, de
maneira progressiva e integradora, além de ser realizado com etapas individuais e coletivas entre
os estudantes, professora-pesquisadora e o docente titular da componente curricular de Física.
Com a proposta espera-se ter proporcionado o entendimento dos conteúdos e aplicações
da Hidrostática na Física e o entendimento dos problemas relacionados no seu dia a dia. Avalia-
se que, da forma proposta e com as devidas observações, o estudante possa compreender que os
fenômenos físicos presentes nos currículos escolares se fazem presentes também no seu dia a dia,
quando, por exemplo, da observação de máquinas chamadas de pesadas trabalhando na
construção de açudes, estradas e na limpeza urbana. Outros exemplos, uma escavadeira, um braço
hidráulico ou um elevador hidráulico, entre outros.
A estratégia de utilização de uma UEPS auxiliou o professor na condução dos conteúdos
e possibilitou uma maior interação dos estudantes com os temas da Hidrostática. Considerar os
111
conhecimentos prévios dos estudantes foi um estimulo para que os mesmos relacionassem os
conhecimentos prévios com os novos conhecimentos e desta forma, o professor teve a
possibilidade de identificar o que os estudantes sabiam e o que ainda precisavam compreender
para planejar, organizar e contribuir na assimilação dos novos conhecimentos.
Sobre o material curricular (kit didático), foi visível o interesse demonstrado pelos
estudantes no seu contato e manuseio. Saber aproveitar essas ferramentas como aliadas do
professor é fundamental, pois os conteúdos a serem estudados e as atividades propostas tornam-
se significativas, ousadas e inovadoras no processo de ensino e aprendizagem, tornando o
estudante sujeito do conhecimento.
Assim, na construção de um material potencialmente significativo deve-se sempre
buscar fazer com que o ensino fique o mais próximo possível do conhecimento que o estudante já
tem aquele conhecimento prévio relevante para ancorar o novo conhecimento. Iniciou-se aqui
uma tarefa que deve ser continuada e aprofundada em outros conteúdos, mas que promete muitos
frutos.
A metodologia usada possibilita ao professor uma avaliação ao longo do processo,
favorecendo mais de uma forma de abordagem de cada conteúdo, de maneira progressiva e
integradora, além de ser realizada com etapas individuais e coletivas entre os estudantes e
professor.
Essa proposta se aplica como mais uma metodologia no ensino da Física no ensino
médio. As experiências adquiridas pelos estudantes devem ser levadas em conta para uma boa
discussão dos temas da Hidrostática, tornando-os mais atrativos. Essas discussões devem fornecer
parâmetros para sua formação e o desenvolvimento da linguagem científica.
112
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117
ANEXOS
ANEXO A: MOLDES DO BRAÇO HIDRÁULICO
118
Fonte: http://www.educadores.diaadia.pr.gov.br/arquivos/File/seed_lab/braco_robotico_guia_producao.pdf
119
ANEXO B: MOLDES DA ESCAVADEIRA HIDRÁULICA
120
Fonte: http://www.manualdomundo.com.br/2015/10/construa-uma-escavadeira-de-controle-a-distancia/
121
APÊNDICES
APÊNDICE A: TRABALHOS DA DISSERTAÇÃO DIVULGADOS
I) ENSINO DA HIDROSTÁTICA – APRESENTAÇÃO NO CONC&T/IFAC
MONTEIRO, A. B.; OLIVEIRA, J. C. da S.; REGO, W. R. de S. Desenvolvimento de um kit
didático para o estudo da hidrostática no ensino médio: mão, prensa, retroescavadeira e
sistema de freio hidráulicos. (Aguardando a publicação dos anais pelo IFAC).
II) UEPS E O ESTUDO DA HIDROSTÁTICA – APRESENTAÇÃO NO XXIII
SNEF
MONTEIRO, A. B.; ARAÚJO, B. F. de; PEREZ, C. J. R.; BEZERRA, E. de L.; OLIVEIRA, J.
C. da S.; REGO, W. R. de S. Proposta de Unidade de Ensino Potencialmente Significativa
para o estudo da hidrostática no ensino médio, orientada por um kit didático: braço
hidráulico. In: XXIII Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2019, Salvador - BA.
Anais.... Disponível em:
<https://sec.sbfisica.org.br/eventos/snef/xxiii/programa/trabalhos.asp?sesId=2>. Acesso em 18 de
fevereiro de 2019.
122
APÊNDICE B: QUESTIONÁRIOS
QUESTIONÁRIO I (PRÉ-TESTE)
Prezado estudante,
Você está sendo convidado a participar, como voluntário, em uma pesquisa cujos resultados servirão para uma
análise diagnóstica sobre o conhecimento prévio que você possui sobre conteúdos da hidrostática. Trata-se de
um breve questionário contendo perguntas abertas e fechadas. A confidencialidade é garantida, e apenas os
dados consolidados serão divulgados na pesquisa.
Dados de identificação
Turma Sexo Idade
1) Ao tomar banho em um ambiente aquático (piscina, rio, lago ou igarapé), com uma boia de câmara de
ar, quais forças estão atuando nessa boia?
a) ( ) empuxo e peso
b) ( ) massa e aceleração
c) ( ) pressão e densidade
d) ( ) volume e pressão
e) ( ) peso e massa
2) Compressão é:
a) ( ) ato ou efeito de reduzir o volume de um objeto por meio da variação de pressão.
b) ( ) ato ou efeito de aumentar o volume de um objeto por meio da variação de pressão.
c) ( ) ato ou efeito de reduzir a massa de um objeto por meio da variação de pressão.
d) ( ) ato ou efeito de aumentar a massa de um objeto por meio da variação da pressão.
e) ( ) nenhuma das alternativas anteriores.
3) Descompressão é:
a) ( ) ato ou efeito de diminuir a pressão de um objeto.
b) ( ) ato ou efeito de aliviar o que está sob efeito de pressão.
c) ( ) ato ou efeito de aumentar a massa de um objeto.
d) ( ) ato ou efeito de diminuir a massa de um objeto.
e) ( ) nenhuma das alternativas anteriores.
4) Os líquidos como os gases são muitas vezes chamados de fluidos, porque:
a) ( ) aumentam o volume quando comprimidos.
b) ( ) aumentam sua massa quando comprimidos.
c) ( ) tem a capacidade de fluir.
d) ( ) apresentam transparência quando comprimidos.
e) ( ) aumenta seu peso.
5) O peso de um corpo é maior no ar do que na água, porque:
a) ( ) a densidade do ar é maior do que a da água.
123
b) ( ) a densidade do ar é menor que a da água.
c) ( ) a densidade do ar é igual à da água.
d) ( ) o volume do corpo é maior no ar do que na água.
e) ( ) o volume do corpo é menor do que o volume na água.
7) Ao desenganchar a tarrafa em um rio, lago ou igarapé, você tem a sensação de estar sendo pressionado.
Quanto mais fundo maior a sensação de estar sendo pressionado. Por que isso ocorre?
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
07) Por que o óleo flutua na água?
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
8) Você conhece máquinas que usam sistema hidráulico? Cite algumas?
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
9) O sistema de respiração humana pode ser considerado um sistema hidráulico? Por quê?
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
10) Ao mergulhar em um ambiente aquático, você já sentiu dor no ouvido? Você poderia explicar a causa
dessa dor?
............................................................................................................................. ..............................................
...................................................................................................................................
11) Quando uma carreta carregada, na estrada, passa perto de você, há a sensação de ser sugado para a
estrada? Comente.
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
12) Por que o gelo flutua na água?
………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………….
13) Dentre as grandezas citadas nas questões anteriores, cite as que você considera grandeza escalar:
............................................................................................................................................................ ...............
...................................................................................................................................
14 Dentre as grandezas citadas nas questões anteriores, cite as que você considera grandeza vetorial:
…………………………………………………………………………………………………..……………
……………………………………………………………………………………...
15) Da linguagem do dia a dia, a direção e o sentido parecem não ter diferença e em alguns casos essas
palavras são tratadas como sinônimas. Existe diferença entre essas palavras? Em caso afirmativo ou
negativo justifique.
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
124
QUESTIONÁRIO II (TESTE E PÓS-TESTE)
Prezado estudante,
Você está sendo convidado a participar, como voluntário, em uma pesquisa cujos resultados servirão para
uma análise diagnóstica sobre os conhecimentos que você adquiriu nas aulas ministradas sobre conteúdos
da hidrostática. Trata-se de um breve questionário contendo perguntas abertas e fechadas. A
confidencialidade é garantida, e apenas os dados consolidados serão divulgados na pesquisa.
Dados de identificação
Turma Sexo Idade
1) (adaptada de Cesgranrio) pessoa está em pé, quando decide fazer uma experiência simples. Seja Erro!
Fonte de referência não encontrada. a pressão média sobre o chão debaixo das solas dos sapatos. Se
essa pessoa suspender um pé, equilibrando-se numa perna só, essa pressão média passa a ser:
a) ( ) p
b) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
c) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
d) ( ) 2p
2) (adaptada de PUCC–SP). Estudando a pressão em fluidos, vê-se que a variação da pressão nas águas do
mar é proporcional à profundidade h. No entanto, a variação da pressão atmosférica quando se sobe a
montanhas elevadas, não é exatamente proporcional à altura. Isto se deve ao seguinte fato:
a) ( ) a aceleração gravitacional varia mais na água que no ar.
b) ( ) a aceleração gravitacional varia mais no ar que na água.
c) ( ) o ar possui baixa densidade.
d) ( ) o ar é compressível.
3) (adaptada de UFU-MG). A figura ao lado demonstra um gato ao tomar refrigerante utilizando um
canudinho. É correto afirmar que o gato, ao puxar o ar pela boca:
a) ( ) aumenta a pressão fora do canudinho
b) ( ) reduz a aceleração da gravidade dentro do canudinho
c) ( ) reduz a pressão dentro do canudinho
d) ( ) reduz a pressão fora do canudinho
4) (adaptada de UFRN). O princípio de Pascal diz que qualquer aumento de pressão num fluido se
transmite integralmente a todo o fluido e às paredes do recipiente que o contém. Na experiência realizada
em sala de aula verificou-se esse princípio e a influência da pressão atmosférica sobre a água. Foram
feitos três furos, todos do mesmo diâmetro, na vertical, na metade superior de uma garrafa pet, com um
dos furos a meia distância dos outros dois. A seguir, encheu-se a garrafa com água, até um determinado
nível acima do furo superior; tampou-se a garrafa, vedando-se totalmente o gargalo, e colocou-se a mesma
125
em pé, sobre uma mesa. Abaixo, estão ilustradas situações a representar como ocorreria o escoamento
inicial da água através dos furos. Assinale a opção correspondente ao que ocorreu na prática.
5) (adaptada de UERJ). O Tony Stark “Homem de Ferro” quer saber o peso do incrível Hulk, para isso
precisou utilizar uma prensa hidráulica, já que a uma balança normal quebraria com o seu enorme peso.
Assim, o Hulk se equilibra sobre um pistão de Erro! Fonte de referência não encontrada. de área,
exercendo uma força vertical F equivalente a 200 N, de cima para baixo, sobre o outro pistão da prensa,
cuja área é igual a Erro! Fonte de referência não encontrada.. Ao realizar os cálculos, o Tony Stark
chegou ao seguinte peso do Hulk.
a) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
b) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
c) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
d) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
6) Do porto no Rio Iaco, o professor Bruno observou um pescador em uma canoa. A explicação para o
fato de a canoa flutuar é que o empuxo recebido pela canoa é:
a) ( ) igual ao volume deslocado
b) ( ) igual ao peso da canoa
c) ( ) maior que o peso da canoa
d) ( ) menor que o peso da canoa
e) ( ) igual ao dobro do peso da canoa
7) (adaptada de Unipa-MG). No fundo de uma piscina, de temperatura constante, um balão é preenchido
com um certo gás ideal. O balão é então fechado e solto. Uma banhista que acompanhou o movimento do
balão fez as seguintes afirmações:
I – O movimento do balão é do tipo acelerado uniforme.
II – O empuxo sobre o balão foi máximo quando a pressão sobre ele era máxima.
III – O balão poderia explodir quando atingisse a superfície.
Em relação às afirmações feitas pela banhista é correto dizer que:
a) ( ) apenas I é correta
b) ( ) apenas III é correta
126
c) ( ) apenas I e II são corretas
d) ( ) apenas I e III são corretas
e) ( ) todas são corretas
8) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Por que os faquires - pessoas que se deitam sobre cama de
pregos, não se ferem em suas proezas?
............................................................................................................................. ..............................................
............................................................................................................................. ......
9) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Por que, quando fazemos um furo na tampa de uma lata de
óleo, não conseguimos despejar o líquido nele contido?
............................................................................................................................. ..............................................
...................................................................................................................................
10) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Por que quando um furacão atinge uma casa só o telhado
dela é levado pelo vento?
................................................................................................................................................................. ..........
...................................................................................................................................
11) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Por que os sapatos para andar na neve têm uma grande
área na base?
............................................................................................................................. ..............................................
............................................................................................................................. ......
12) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Por que é mais fácil jogar futebol no Rio de Janeiro do que
em La Paz (capital da Bolívia).
............................................................................................................................. ..............................................
...................................................................................................................................
13) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Existe alguma relação entre a velocidade do vento com a
pressão? Caso exista, que relação é esta?
.................................................................................................................................................. .........................
...................................................................................................................................
14-a) Um conjunto de vasos comunicantes precisa necessariamente, possuir três tubos?
...........................................
14-b) Explique:
...........................................................................................................................................................................
............................................................................................................................. ......
127
APÊNDICE C: PRODUTO EDUCACIONAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA NATUREZA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA
MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA
UEPS – dos temas da Hidrostática no ensino médio, na
perspectiva da aprendizagem significativa,
com aplicação de um material curricular (kit didático):
braço hidráulico, prensa hidráulica, escavadeira
hidráulica, sistema de freio hidráulico e ludião
Material do professor
Alcilene Balica Monteiro
Dr. José Carlos da Silva Oliveira
– 2019 –
128
SUMÁRIO
Levantamento de conhecimentos prévios ........................................................................................ 1
1. Situação inicial ......................................................................................................................... 1
2. Situações-problema iniciais ..................................................................................................... 1
3. Aprofundando conhecimentos ................................................................................................. 2
3.1. O princípio de Stevin ........................................................................................................ 5
3.2. O Princípio de Pascal ......................................................................................................... 8
3.3. O princípio de Arquimedes ............................................................................................. 10
5. Revisão ................................................................................................................................... 20
6. Atividade somativa individual ............................................................................................... 20
7. Avaliação da aprendizagem da UEPS .................................................................................... 20
8. Avaliação da UEPS ................................................................................................................ 20
9. Avaliação da temporalidade de fixação dos conteúdos ......................................................... 20
Referências ................................................................................................................................. 21
Apêndice A - QUESTIONÁRIO I – PRÉ-TESTE .................................................................... 22
Apêndice B - QUESTIONÁRIO II – TESTE ............................................................................ 24
129
Apresentação
Prezado colega professor,
Temos o objetivo, através desse material, de oferece-lhe apoio no planejamento e
execução de suas aulas em turmas de ensino médio, no tema da hidrostática, através do
desenvolvimento de uma metodologia didática que se utiliza, na perspectiva da aprendizagem
significativa de Ausubel (1980), organizada no modelo proposto por Moreira (2011) de Unidades
de Ensino Potencialmente Significativas (UEPS) e amparada por um kit didático: braço, prensa,
escavadeira e sistema de freio hidráulicos.
A UEPS contendo temas da Hidrostática e amparado por um material curricular (kit
didático): braço hidráulico, prensa hidráulica, escavadeira hidráulica, sistema de freio hidráulico
e ludião, aqui apresentada constitui-se no produto educacional integrante do Mestrado Nacional
Profissional em Ensino de Física (MNPEF) da Sociedade Brasileira de Física (SBF), polo 59
vinculado à Universidade Federal do Acre (UFAC).
Consiste em um material de apoio ao professor e não há nenhum impedimento de
realização de adequações.
Na certeza de estarmos contribuindo com o ensino e aprendizagem dos temas da
hidrostática no ensino médio, nos colocamos sempre à disposição.
Os autores,
Alcilene Balica Monteiro
Dr. José Carlos da Silva Oliveira
130
UEPS – dos temas da Hidrostática no ensino médio, na perspectiva da aprendizagem
significativa, com aplicação de um material curricular (kit didático): braço hidráulico,
prensa hidráulica, escavadeira hidráulica, sistema de freio hidráulico e ludião
Levantamento de conhecimentos prévios
Objetivo: mapear os conhecimentos prévios (subsunções) dos estudantes, relacionando com seu
cotidiano, sobre os conteúdos de Física e da Hidrostática, para que a partir deles possam ser
determinadas as próximas etapas.
O pré-teste servirá para além de mapear os conhecimentos prévios dos estudantes, seus
resultados serem usados para orientar o professor na melhor forma de abordar os conteúdos das
aulas seguintes, principalmente quanto a linguagem a ser utilizada (apêndice A).
1. Situação inicial: São introduzidos conceitos relacionados ao tema da Hidrostática, como
pressão, pressão atmosférica, fluido, massa, pressão, densidade, compressão, conforme descrito:
1.1 Os estudantes, organizados em grupos, receberão questões extraídas do pré-teste,
relacionadas aos conteúdos da hidrostática, como: massa específica, pressão, pressão hidrostática,
pressão atmosférica, princípios de Pascal, Stevin e Arquimedes e após a exibição do vídeo:
Reportagem apresentada no programa Fantástico de 12/11/2006, que trata sobre as consequências
do aquecimento global para o clima do Brasil. Disponível em:
http://br.youtube.com/watch?v=Nm8tPLcLn84 Referência: MUDANÇAS CLIMÁTICAS NO
BRASIL. Direção de Globo. São Paulo: Globo, 2006. (6 min), responderão as questões e
apontarão trechos do vídeo onde encontraram dificuldades em entender o tema. Esta atividade
funciona como um organizador prévio e tem por objetivo à aproximação da Física ao cotidiano
dos alunos. Após a execução da tarefa, os grupos deverão socializar as respostas das questões.
2. Situações-problema iniciais: Construção com os estudantes de Mapas Conceituais (MC)
Apresentação com uso de Datashow, do conceito de MC como ferramenta desenvolvida
pelo pesquisador Joseph Novak juntamente com seus colaboradores na década de 70, que
potencialmente pode auxiliar no desenvolvimento da aprendizagem significativa. A apresentação
deve conter orientações e um passo a passo de como construir um MC. Também conhecido como
mapa mental ou mapa livre, pelo fato de não existir uma estrutura a ser seguida. “É uma função
1 3
131
natural da mente humana – é o pensamento ‘irradiado’ livremente a partir de uma imagem
central, ou de uma palavra-chave, como se fossem ramificações” (MOREIRA, 2011). Neles, há
uma ideia central e a organização é feita de forma a encadear o pensamento. Não é necessária
uma hierarquização. Na Figura 1 tem-se um exemplo de MC nos temas da Hidrostática.
Figura 1 – Mapa Conceitual no tema da Hidrostática. Fonte: Bertolo (2017).
A partir destas informações os estudantes podem, a partir da problematização inicial,
confeccionar seus próprios MC no tema da Hidrostática, utilizando como apoio algumas
palavras-chave a serem disponibilizadas pelos professores. Alguns exemplos:
Fluido - Hidrostática – massa – volume – massa especifica – densidade - força –
área - pressão – princípio de Stevin – pressão atmosférica – pressão hidrostática -
vasos comunicantes - princípio de Pascal – elevador hidráulico – prensa hidráulica
– direção hidráulica – princípio de Arquimedes – empuxo –peso – peso aparente –
submarino – altitude e corpos flutuantes.
Uma amostra de estudantes deve explicar seu MC para os demais colegas. É importante
que o professor faça uma análise dos mapas para identificar os conhecimentos prévios dos
estudantes e as possíveis dificuldades.
Essa atividade possibilita que os estudantes percebessem como os MC construídos pela
turma são diferentes uns dos outros, e, além disso, como cada um deles aborda os mesmos
2 3
132
conceitos de maneiras distintas. Ao longo desses encontros o professor pode fazer comentários e
intervenções a respeito da estruturação e dos conceitos presentes nos MC. Os conceitos presentes
nos MC possibilitam avaliar os significados que os estudantes atribuem aos conceitos relevantes
relacionados aos temas da hidrostática, sendo de extrema importância para a avaliação e para a
busca da aprendizagem significativa dos temas abordados.
3. Aprofundando conhecimentos: Consiste na introdução dos conteúdos propostos, através de
aula expositiva e criação de novas situações-problema, porém em um nível mais elevado de
complexidade.
A palavra Hidrostática vem do grego, cujo prefixo hidro significa água e estática a
corpos em equilíbrio, portanto, Hidrostática é a Ciência que estuda o comportamento dos fluidos
em equilíbrio (GASPAR, 2013, p. 254). Os fluidos indistintamente aos líquidos e aos gases são
substâncias com propriedade de escoar facilmente e mudar de forma sob a ação de pequenas
forças, e, quando em equilíbrio e a resultante das forças que atuam sobre cada uma de suas
porções é nula (NUSSENZVEIG, 2002). A Figura 2 ilustra a adaptação do fluido de acordo com
recipiente.
Figura 2 - Esquema de um fluido em escoamento e tomando a forma do recipiente.
Ao iniciar o estudo da Hidrostática é de fundamental importância conhecer e
compreender os conceitos de massa específica, peso específico e pressão.
A massa específica de um corpo é definida como a razão entre a massa (m) e seu volume
(V), expressos simbolicamente através da Equação 1:
3 3
133
(1)
O peso específico de um corpo é definido como a razão entre a intensidade do peso (P)
do corpo e seu volume (V), expressos simbolicamente na Equação 2 como:
(2)
Sabe-se que a pressão (P), é definida como sendo uma força (F), que atua sobre
determinada área (A), conforme descrito na Equação 3:
(3)
Em 1643, o italiano físico e matemático Evangelista Torricelli (1608-1647), realizou
várias experiências que tinha por objetivo determinar a pressão exercida na superfície livre de um
fluido ao nível do mar (SAMPAIO; CALÇADA, 2005). A experiência de Torricelli:
Primeiramente, Torricelli encheu com mercúrio (Hg) um tubo de vidro de
aproximadamente 1 metro de comprimento. Em seguida, mantendo fechado o tubo,
inverteu-o e mergulhou-o num recipiente que também continha mercúrio. Depois,
abrindo a extremidade inferior, notou que o mercúrio descia um pouco, estabilizando
num comprimento de aproximadamente 76 cm acima da superfície livre do mercúrio. A
parte superior ficava vazia, isto é, ali temos vácuo. Este vácuo não é perfeito, pois um
pouco de mercúrio se evapora preenchendo o espaço 9.
Torricelli através de sua experiência concluiu que a pressão que mantinha a coluna de
mercúrio em equilíbrio naquela altura era a pressão atmosférica. A pressão de uma atmosfera (1
atm) equivale a pressão exercida por uma coluna de mercúrio de 76 cm de altura em relação ao
nível do liquido à temperatura do local é 0 ºC e a aceleração da gravidade local de
aproximadamente de 9,80 m/s² (SAMPAIO; CALÇADA, 2005).
A Figura 3 ilustra o experimento de Torricelli para determinar a pressão atmosférica ao
nível do mar.
9 SAMPAIO; CALÇADA, 2005, p. 84-85.
4 3
134
Figura 3 - Esboço da experiência realizado por Torricelli (1608-1647) em 1643. Fonte:
Sampaio e Calçada (2005, p. 85).
De acordo com Torricelli, a força que mantinha a coluna de mercúrio elevada no tubo
era simplesmente a pressão atmosférica, transmitida através do mercúrio no recipiente. O ar
pressiona a superfície do mercúrio no recipiente, e como praticamente não existe gás no espaço
vazio no topo do tubo, o mercúrio desce pelo tubo, mas somente até o ponto em que seu peso
equilibre a força exercida pelo ar sobre a superfície de mercúrio no recipiente. Torricelli realiza,
então, diversas vezes o experimento, utilizando tubos de diversos tamanhos e formatos, largos,
finos, com bulbos grandes e pequenos. Acaba chegando à conclusão de que a altura da coluna de
mercúrio no tubo é independente da largura do tubo ou de quanto mercúrio se encontra no
recipiente. De fato, pode-se analisar a situação matematicamente e mostrar que a altura da coluna
realmente independe da área.
Nesse contexto, define-se que os pilares da Hidrostática estão fundamentados em três
princípios básicos: o princípio de Stevin, o princípio de Pascal e princípio de Arquimedes
(DOCA; BISCUOLA; BÔAS, 2007), os quais são definidos nas sessões seguintes.
3.1. O princípio de Stevin
O princípio de Stevin deduzido experimentalmente pelo físico e matemático belga
Simon Stevin (1548-1620) estabelece que a diferença entre pressões em dois pontos no seio de
um liquido em equilíbrio é diretamente proporcional ao produto da massa especifica do líquido
Erro! Fonte de referência não encontrada., pelo modulo da aceleração da gravidade local g e a
diferença de profundidade Δh (SAMPAIO; CALÇADA, 2005). Considere, conforme demonstra a
Figura 4, um liquido em equilíbrio dentro de um recipiente. Na medida que afundamos em um
líquido, a pressão aumenta.
5
135
Figura 4 – Relação da pressão
com a altura. Fonte: adaptada
de Pauli et al. (1978).
Sejam as pressões nos pontos A e B, dadas por PA e PB e = hA – hB a diferença de
profundidade e, de acordo com o princípio de Stevin, conforme demonstram as Equações 4 e 5
temos:
(4)
(5)
Segundo Sampaio e Calçada (2005), este princípio estabelece as bases para o
entendimento dos vasos comunicantes, pois, pontos que estão no mesmo plano horizontal
suportam a mesma pressão independente do formato do recipiente, conforme pode ser observado
na Figura 5.
Figura 5 – Apresenta um sistema de vasos comunicante com
diferentes formas e contendo o mesmo fluido. Fonte: adaptada de
Catani e Aguiar (2012).
6
136
Os vasos comunicantes, representados na Figura 6 são apenas alguns dentre os variados
exemplos de utilização do princípio de Stevin presentes nos livros didáticos, sendo o fator
determinante na pressão apenas a altura da coluna de fluido escolhida.
Já os recipientes em forma de “U” são utilizados para determinar a densidade de um
fluido desconhecido quando conhecida a densidade de um deles. O processo se constitui de
misturar fluidos não miscíveis nesse recipiente e, em seguida aplicar o Teorema de Stevin, pois,
as alturas alcançadas pelos fluidos, contadas a partir da superfície de separação, são inversamente
proporcionais às massas especificas dos fluidos (PAULI et al., 1978).
Sejam então dois líquidos não miscíveis, 1 e 2, colocados em vasos comunicantes,
conforme é ilustrado na Figura 6.
Figura 6 – Esquema de um tubo em forma de U,
contendo dois líquidos não miscíveis. Fonte: adaptada
de Pauli et al. (1978).
Se os pontos A e B estiverem no mesmo plano horizontal e no mesmo líquido as
pressões exercidas sobre eles são iguais, ou seja, PA = PB, e PA’ = PB’ são as pressões exercidas
pela atmosfera sobre a superfície livre dos líquidos.
Substituindo estas igualdades na Equação 4, obtemos o exposto nas Equações 6 e 7:
(6)
(7)
E assim, subtraindo a Equação 6 da 10, temos o expresso na Equação 8:
(8)
7
137
Se confirmando assim, o enunciado sobre a determinação da densidade de um fluido
desconhecido, quando é conhecida a densidade de um deles.
No dia a dia é possível observar diversas aplicações dos vasos comunicantes,
estabelecido pelo princípio de Stevin, como ilustrado na Figura 7.
Figura 7 – Esboço de situações cotidianas em que se aplica o princípio dos vasos comunicantes.
A Figura 7 pode ser descrita da seguinte maneira:
Ao se construir um reservatório de água para abastecer uma cidade, procura-se colocá-lo
num ponto mais alto possível, de modo que, pelo princípio dos vasos comunicantes, a
água atinja todas as residências. Quando isso não é possível, como no caso de um
edifício, há a necessidade de usar uma bomba que eleve a água do nível da rua para uma
caixa situada no teto do edifício. Os poços artesanais são outro exemplo de aplicação dos
vasos comunicantes. (SAMPAIO; CALÇADA, 2005, p. 72).
Essas e outras situações comuns no cotidiano, onde são visíveis as caixas d’água
interligadas por canos, são denominadas de vasos comunicantes.
3.2. O princípio de Pascal
O princípio de Pascal foi estabelecido pelo físico e matemático francês Blaise Pascal
(1623 - 1662) que pode ser enunciado como: o acréscimo de pressão em qualquer um ponto, no
seio de um líquido em equilíbrio, se transmite integralmente a todos os pontos do líquido.
Considere o recipiente contento um líquido em equilíbrio expresso na Figura 8 e supondo que as
pressões nos pontos A e B sejam PA e PB.
8
138
Figura 8 - Recipiente contento um líquido
em equilíbrio. Fonte: adaptado de PAULI et
al. (1978).
De acordo com princípio de Pascal, temos a Equação 9:
(9)
Suponha que por meio de um embolo seja comprimido o líquido, produzindo um
acréscimo de pressão na pressão do ponto B. A pressão no ponto A’ passa a ser expresso
através da Equação 10:
(10)
Para determinar a pressão no ponto A’ podemos escrever conforme demonstram as
Equações 11 e 12:
(11)
(12)
Substituindo a equação 11 na equação 12 temos, obtém-se as Equações 13, 14 e 15:
(13)
Mas,
(14)
9
139
Portanto:
(15)
Ou seja, o acréscimo de pressão exercida no ponto B se transmitiu
integralmente para o ponto A, confirmando o princípio de Pascal.
3.3. O princípio de Arquimedes
O princípio de Arquimedes foi estabelecido pelo grego físico e matemático que viveu no
século III a. C., enquanto se banhava em uma banheira na cidade de Siracusa. Sabemos que
qualquer corpo colocado num líquido, nem sempre afunda, por exemplo: um pedaço de madeira
ou um barco em um rio ou lago. As explicações para estes fenômenos podem ser feitas pelo
princípio de Arquimedes. Os autores, Pauli et al. (1979), afirmam que formalmente, o princípio
de Arquimedes pode ser enunciado da seguinte maneira: todo corpo mergulhado ou flutuante
num fluido (liquido ou gás), fica sujeito à ação de uma força vertical e para cima, imposta pelo
fluido denominada de empuxo, com as características I) O módulo do empuxo é igual ao módulo
do peso do volume do líquido deslocado; II) A direção do empuxo é vertical; III) O sentido do
empuxo é de baixo para cima.
Seja então, o empuxo, o peso e massa especifica do fluido, representados por E, P e µ,
esquematizados na Figura 9.
Figura 9 – Esquema da aplicação da força de
empuxo em um cilindro. Fonte: adaptado de
Pauli et al. (1978).
Suponha que seja o volume do fluido deslocado pelo corpo e a sua
massa. Simbolicamente, escreve-se através da Equação 16:
10
140
(16)
De acordo com o princípio de Arquimedes o empuxo é igual ao peso do líquido
deslocado pelo corpo. Portanto expressa na Equação 17:
(17)
Associado às aplicações matemáticas descritas, o ensino dos temas da hidrostática no
ensino médio se constitui em fazer com que os estudantes compreendam na prática, a importância
desta unidade didática, pois, percebendo o quanto a física se faz presente no dia a dia, poderão
relacionar a hidrostática ao cotidiano, através da aplicação de metodologias a serem propostas.
4. Atividades avaliativas somativas em grupos:
4.1. - O professor propõe a confecção de roteiros para apresentação de experimentos
demonstrativos simples em grupos, com a retomada dos conteúdos abordados, dos MC e de
trechos do vídeo. A Figura 10 apresenta sugestões de experimentos demonstrativos:
Figura 10 – Sugestão de experimentos demonstrativos.
11
141
Conforme os grupos vão apresentando os experimentos através do roteiro previamente
elaborado, o professor pode ir indagando o restante da turma sobre os fenômenos físicos
presentes e assim procedendo avaliação individual.
O Quadro 2 apresenta um modelo de roteiro para experimentos demonstrativos, o qual
pode sofrer adaptações, conforme a vontade do professor ou pode ser utilizado aquele que o
professor já disponibilize.
Quadro 2 - Modelo de roteiro para experimentos demonstrativos.
n Roteiro para experimentos demonstrativos
1 Título do experimento: Procurar dá um título ao experimento.
2 Questões iniciais: Elaborar questões norteadoras do experimento; conversar
com os colegas do grupo sobre como vai ser o
experimento e seguida levantar questionamentos, como:
o que? quando ocorrer? qual a função do experimento?
É importante respeitar as opiniões dos colegas de grupo.
3 Material necessário: Listar e informar todos os materiais para a realização do
experimento.
4 Procedimento: Expor o procedimento da experiência escrita no quadro
branco e folha de papel ofício, colocando o passo a
passo.
5 Levantamento de
hipóteses:
Levantar as hipóteses necessárias para a realização do
experimento, bem como justificar o porquê de sua
realização e propor a verificação por parte da pesquisa.
6 Registro de observações: Estimular um momento de discussões onde os estudantes
possam apresentar suas opiniões sobre os fenômenos
observados.
7 Discussão dos
resultados:
Registros das observações feitas durante o experimento.
Deve-se registrar a situação inicial do experimento e
todas as alterações que estão ocorrendo ao longo das
observações, indicando sempre o momento da
observação.
8 Texto final: Relato em forma de relatório explicando o processo e o
passo a passo do experimento e apresentar as conclusões.
4.2. - Manuseio do material curricular (kit didático), através do qual é possível
descrever os princípios de Stevin, Pascal e Arquimedes, na uniformidade dos líquidos
homogêneos e incompressíveis, no princípio da conservação da energia, na viscosidade de
líquidos, sendo feita analogia com as alavancas e polias que são exemplos de multiplicadores de
força. Com a medida do diâmetro dos êmbolos e o seu respectivo deslocamento é possível
determinar a superfície lateral da seringa. Sabendo a força que é aplicada sobre o êmbolo e a
área ocupada pelo líquido no interior da seringa, pode-se determinar a pressão que é distribuída.
12
142
O material curricular (kit didático), manipulado pelos estudantes, auxilia na condução e fixação
dos conteúdos, na combinação entre teoria e prática.
São descritas a seguir as peças do kit didático, as etapas de construção, o material
necessário e sua utilidade no cotidiano.
4.2.1. O braço hidráulico – O braço hidráulico executa movimentos transferindo
grandes massas de um ponto para outro, diminuindo o esforço humano através de conexões
hidráulicas.
No protótipo, cada movimento, desde o abrir a garra e movimentar e mover em direções é
gerado pela passagem do fluido que gera a pressão em uma seringa, usada como pistão. Executa
movimentos no espaço com seringas para deslocar objetos de um local para outro, sendo
manuseado por um controlador que segura às seringas na extremidade do braço.
A partir da grandeza pressão é possível entender o desempenho do braço, em que uma
pequena força aplicada de um lado pode deslocar um grande peso de outro, ou no caso do braço,
fazer um movimento grande no braço com uma ação pequena. Podemos notar que ao
manusearmos as seringas, o movimento correspondente está relacionado à transferência de
pressão entre as mesmas, de acordo com o princípio de Pascal.
A lista dos materiais (quantidade/tipo) para confecção de um protótipo do braço
hidráulico (Figura 11) foram: (1) braçadeira de plástico, (1) cola araldite, (1) cano de pvc de
10mm de 1,0 metro, (1) cano de pvc de 200mm de 1 metro, (1) mangueira de aquário de 2,00
metros, (2) peça de madeira de vários tamanhos, (12) parafusos de vários tamanhos, (4) ruelas,
(1) raio de bicicleta, (1) rolamento de carro, (5) seringas descartáveis (20ml), (3) seringas
descartáveis (10ml), (2) seringas descartáveis (5ml), (1) tinta amarela.
A partir dos materiais elencados é possível a construção/montagem do braço hidráulico.
Na Figura 11 constam algumas peças e algumas informações de medidas.
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143
Figura 11 - Peças e braço hidráulico; (a) peças de 20cm x 3cm; (b) peças de 25cm x 3cm; (c) um triângulo
equilátero medindo 9cm; (d) duas peças de 5cm x 7cm; (e) duas peças de 7cm; (f) uma peça de 6,5cm x 8cm e
duas peças de 10cm x 7cm; (g) uma peça de 45cm x 38cm; (h) 8 peças de 2,5cm x 3cm e oito peças de 2cm x
2,5cm; (i) uma peça de 45cm x 38cm; (j) quatro seringas de 20ml; (k) duas seringas de 10ml; (l) duas peças
16cm x 4cm; (m) rolamento; (n) um triângulo equilátero medindo 9cm.
A Figura 11 mostra as principais peças do braço hidráulico e suas respectivas medidas,
visando a reprodução pelos professores. Constitui-se de um protótipo simples, passível de
aperfeiçoamento e incremento. Ilustra também o braço hidráulico montado. Ele foi construído
basicamente com madeira, tubos de pvc e seringas de injeção descartáveis. O princípio básico a
ser explorado é o potencial hidráulico que tem na manipulação de objetos reduzindo-se o esforço
humano. O mesmo possibilita aplicar de forma experimental os estudos em sala de aula com
orientação do professor.
4.2.2. A prensa hidráulica - A prensa hidráulica, também conhecida como elevador
hidráulico, se constitui de um equipamento de grande ajuda para levantar grandes pesos, capaz de
multiplicar forças e é comum encontrá-la no dia a dia. É constituída de um tubo em U, sendo que
os ramos possuem áreas da secção transversal diferentes. Um tubo une esses ramos e o sistema é
preenchido com um líquido viscoso (em geral, óleo), aprisionado por dois pistões. Dessa forma,
exercendo uma força em um dos pistões o outro se move. Um dos conceitos físicos mais
importantes envolvidos em seu funcionamento é o princípio de Pascal.
Através do protótipo é possível a visualização do princípio de Pascal, que pode ser
obtida pelo simples movimento dos êmbolos, não dependendo da altura que ele suba. No
manuseio pelos estudantes será notável a diferença de força que deve se aplicar na seringa menor
para subir o êmbolo da seringa maior e procedendo de forma inversa apenas apertando os
êmbolos com o dedo. Porém, realizando o experimento será possível o estudante observará a
14
144
grande diferença de força que é necessária para movimentar os êmbolos. Assim, poderão
visualizar que a pressão é passada igualmente a todos os pontos da seringa, ou seja, o princípio de
pascal, que satisfaz o objetivo da atividade experimental.
A lista dos materiais (quantidade/tipo) para confecção de um protótipo da prensa
hidráulica (Figura 12) foram: (4) peças de madeira de vários tamanhos, (1) seringa descartável
(10ml), (1) seringa descartável (20ml (1) cola araldite, (1) mangueira de aquário ou similar de
aproximadamente 20 cm e (1) tinta amarela.
A partir dos materiais elencados é possível a construção/montagem da prensa hidráulica.
Na Figura 12 constam as peças e informações de medidas.
Figura 12 – Peças e elevador hidráulico;
(a) 2 peças de 35cm x 13,5cm; (b) 2 peças
de 15cm x 13,5cm; (c) 2 seringas sendo
uma de 20ml e outra de 10ml; (d)
mangueira de aquário ou similar medindo
aproximadamente 20cm de comprimento e
11mm de diâmetro.
Na Figura 12 é demonstrada sua construção, a partir de quatro peças de madeira, sendo a
superior contendo dois furos, com diâmetro compatível ao das duas seringas de injeção, onde as
mesmas são colocadas, sendo uma de 10 ml e outra de 20 ml. Com o pedaço de mangueira de
aproximadamente 20 cm, liga-se as seringas sem os êmbolos. Enche-se de água o conjunto;
coloca-se o êmbolo na seringa maior, baixando-o até o fundo. Assente então o êmbolo na seringa
menor, deixando-o bem próximo da água mais alto possível. É importante certificar-se de que
não fiquem bolhas de ar dentro das seringas e da mangueira. Uma sugestão é que se coloque um
pedaço de papel cartão colado sobre o êmbolo das seringas, para servir de apoio quando puser os
pesos que serão levantados pelo elevador hidráulico ou servindo para equilibrar os mesmos.
Assim como o braço hidráulico, possibilita aplicar de forma experimental os estudos em sala de
aula com orientação do professor.
15
145
4.2.3. A escavadeira hidráulica - A escavadeira hidráulica é fundamental para
desempenhar funções de força e agilidade, pois devido ao sistema hidráulico integrado no seu
interior consegue obter grande quantidade de força.
O protótipo funciona adicionando água nas seringas que, conforme injetada para dentro
ou puxada para fora da tubulação, permite movimentar a escavadeira. São necessárias quatro
seringas para manipular as articulações da mesma, que opera como se fosse uma escavadeira de
verdade.
A lista dos materiais (quantidade/tipo) para confecção de um protótipo da escavadeira
hidráulica (Figura 13) foram: (4) seringas descartáveis de 10 ml (4) seringas descartáveis de 20
ml que serão as controladoras dos movimentos, (4) mangueiras de aquário ou similar de
aproximadamente 1 m de comprimento cada uma, (4) canos de pvc de uns 5 cm de comprimento
cada um, (2) pedaços de madeira para as esteiras, (1) tábua para a base de sustentação, (1) cola
quente e supercola, tinta amarela, tinta preta e alguns pedaços de papel cartão – sendo esses
últimos itens e cores opcionais, (8) parafusos de 40 mm de comprimento, com 16 arruelas e 8
porcas, (3) pitões ou uns 20 cm arame de 1 mm de diâmetro, (1) parafuso de 15 mm de
comprimento, cano de PVC de 5 cm, (1) cola quente e supercola, (1) tinta amarela e preta ou nas
cores desejadas.
A partir dos materiais elencados foi realizada a construção/montagem da escavadeira
hidráulica. Na Figura 13 constam algumas peças e algumas informações de medidas.
16
146
Figura 13 – Peças e escavadeira hidráulica; (a) braços de sustentação – os moldes são
disponibilizados; (b) base e cabine de controle; (c) esteiras, base retangular, parafuso do eixo central e
cano de sustentação da seringa (d) rolamento da base central, seringa de 10 ml, parafusos de fixação
dos braços (e) parafuso de sustentação da caçamba e faces da caçamba (f) seringas controladoras da
escavadeira.
Na Figura 13 é demonstrada sua construção: A base foi construída em duas partes, a
primeira parte foi a partir de dois pedaços de madeira que simulam a esteira da retroescavadeira,
esses dois pedaços de madeira são ligados por um pedaço de mdf que pode ser também três
pranchetas comuns (10cm de largura por 25cm de comprimento colado e parafusado) que tem um
furo no centro onde através de um parafuso e ligado a segunda parte que é uma plataforma de
base da retroescavadeira (pedaço de chapa de pvc de 25cm por 25cm com furo no centro para
encaixe do rolamento que será fixo na primeira parte da plataforma por parafusos, arruelas e
porcas). Em seguida foi feito a montagem do braço, esse por sua vez foi fixo na plataforma
através de um pedaço de chapa de pvc colada e parafusada na base, nesse pedaço de pvc contém
um rolamento onde e encaixado e fixado o braço através de parafusos, arruelas e porcas
(colocados nos furos devidamente indicados nos moldes do projeto), para fazer os espaçadores
que separam as chapas de pvc que constituem o braço, foram utilizados pedaços de madeira de
medida 2cm por 2cm. Após o braço montado e fixo juntamente com a caçamba, agora e posto a
parte hidráulica. Inicialmente são usadas seringas de 20ml e 10ml, porém para respeitar o
princípio de Pascal e para um melhor encaixe na estrutura da retroescavadeira, as seringas de 20
ml são cortadas no mesmo comprimento das seringas de 10ml. A parte hidráulica consiste em
encaixar as duas seringas através de canos (flexíveis) e encher com água de forma que os
êmbolos da seringa de 10ml não saiam para fora derramando a água. Após encher os quatro
conjuntos de seringas foi feito o encaixe das seringas de 20ml no protótipo de escavadeira, em
pontos estratégicos como e mostrado nas Figuras. Assim como a prensa hidráulica, possibilita
aplicar de forma experimental os estudos em sala de aula com orientação do professor.
4.2.4. O sistema de freio hidráulico - O sistema de freio hidráulico permite explorar a
aplicação do princípio de Pascal, mostrando a transmissão de forças através de líquidos.
No manuseio do protótipo, exploramos mais uma aplicação tecnológica da hidrostática -
o processo hidráulico utilizado em muitos tipos de freios de veículos, demonstrando que com
pouco esforço se consegue parar um carro, onde o acréscimo ou redução da pressão pode ser
17
147
demonstrado através do sistema de seringas contendo água. O mesmo, assim como os demais,
possibilita aplicar de forma experimental os estudos em sala de aula com orientação do professor.
A lista dos materiais (quantidade/tipo) para confecção de um protótipo do sistema de
freio hidráulico (Figura 14) foram: (10) peças de madeira de vários tamanhos, (1) uma roda de
velocípede, (2) seringas descartáveis (5 ml), (1) seringa descartável (10 ml), (2) mangueira de
aquário ou similar de aproximadamente 30 cm e (1) cola araldite, (1) tinta amarela, (1) conector
com 3 entradas, (1) rolamento, (8) porcas com 4 arruelas.
Figura 14 – Peças e sistema de freio hidráulico; (a) 4 peças de madeira de 30cm x 4,5cm; (b) 2 peças de
madeira de 16cm x 4,5cm; (c) 2 peças madeira de 13,5cm x 10cm (d) 2 duas peças de madeira de 30cm x
10cm; (e) uma roda de velocípede com diâmetro de 17,5cm; (f) duas seringas descartáveis de 5 ml; (g)
uma seringa de injeção descartável de 10 ml e uma mangueira de aquário ou similar medindo
aproximadamente 20cm de comprimento e 11 mm de diâmetro; (h) 2 mangueiras de aquário ou similar
medindo 30cm e 1 conector com 3 entradas; (i) um rolamento; (j) um parafuso “rosca sem fim” medindo
25cm de comprimento e aproximadamente 3mm de diâmetro e 8 porcas com 4 arruelas compatíveis com
o parafuso.
A partir dos materiais elencados foi realizada a construção/montagem do sistema de
freio hidráulico. Na Figura 14 constam algumas peças e algumas informações de medidas, e
procurou-se mostrar as principais peças do sistema de freio hidráulico e suas respectivas medidas,
visando a reprodução por outros professores. Constitui-se de um protótipo simples, passível de
aperfeiçoamento e incremento. Na Figura 4 é ilustrado o sistema de freio hidráulico montado. Ele
foi construído basicamente com madeira, seringas de injeção descartáveis e um pneu de
velocípede. O princípio básico a ser explorado é o princípio de Pascal na demonstração da
transmissão de forças através de líquidos. No manuseio desse equipamento, exploramos mais
uma aplicação tecnológica de hidrostática - o processo hidráulico utilizado em muitos tipos de
freios de veículos, demonstrando que com pouco esforço se consegue parar um carro, onde o
18
148
acréscimo ou redução da pressão pode ser demonstrado através do sistema de seringas contendo
água. O mesmo, assim como os demais, possibilita aplicar de forma experimental os estudos em
sala de aula com orientação do professor.
4.2.4. O ludião - O ludião tem como finalidade demonstrar os princípios da hidrostática
de Pascal e Arquimedes. Com o manuseio do aparato pode-se observar o empuxo variável e o
peso constante, como também, o empuxo constante e o peso variável. Através desse aparato
podemos entender o funcionamento do submarino, além dos princípios da hidrostática. O mesmo,
assim como os demais, possibilita aplicar de forma experimental os estudos em sala de aula com
orientação do professor.
São elencamos ainda os materiais (quantidade/tipo) para confecção do protótipo do
ludião: um tubo de pvc/tampa de uma caneta/pincel, uma porca ou arruela, pedaços de luva em
látex, uma garrafa pet 2l ou garrafa de água ou um vidro de azeitonas ou palmito (de preferência
em material transparente).
A partir dos materiais elencados é realizada a construção/montagem do ludião. Na
Figura 15 constam três modelos de ludião, suas respectivas peças e informações de medidas.
Figura 15 – Peças e modelos de ludião; (a) tampa de caneta com um pequeno parafuso preso em sua
extremidade; (b) frasco de vidro cheio de agua; (c) luva de látex presa com tiras da própria luva; (d) luva
de látex presa com elástico de escritório; (e tampa de caneta com um pequeno parafuso preso em sua
extremidade; (f) garrafa pet 500 ml; (g) garrafa pet 2 l; (tampa de pincel com uma pequena porca presa).
A partir dessas informações são descritos o procedimento experimental e a construção
do protótipo, visando a reprodução por outros professores.
19
149
Constitui-se de um protótipo simples, passível de aperfeiçoamento e incremento.
Construído basicamente com um tubo de pvc/tampa de uma caneta/pincel, uma porca ou arruela,
para que dê estabilidade ao ludião, servindo também como ponto de equilíbrio para centro de
gravidade, uma garrafa pet 2 l (de preferência em material transparente).
Inicialmente é feita a montagem das peças (a), (é) e (h), fixando um parafuso pequeno
utilizando cola ou fita adesiva, em seguida é feito o preenchimento do recipiente com agua, nos
itens (c) e (d) foram cortadas luvas de látex e presas utilizando pedaços da própria luva.
4.3 - Se possível, programar visita com os estudantes, a um canteiro de obras na cidade
(que pode ser um trecho de asfaltamento de rua próximo a escola, um ramal, etc.) ou oficina
mecânica, na qual os mesmos possam observar as máquinas trabalhando e até fazerem
perguntas aos operadores das máquinas e assim visualizarem os conteúdos da hidrostática sendo
aplicados no cotidiano.
5. Revisão: Ao longo dos encontros o professor pode estimular os estudantes a discutir o novo
conhecimento. Essas discussões possibilitam aos estudantes externalizar os significados dos
conceitos abordados, aceitos ou não no contexto do tema de ensino. Em seguida, retomar as
características mais relevantes dos conteúdos apresentados. Se necessários, retomar a explanação
do conteúdo e aplicação das demais atividades para que se cruzem com os conhecimentos prévios
e se constituam em uma possível aprendizagem significativa.
6. Atividade somativa individual: desenvolver aula expositiva dialogada integradora final com a
retomada do conteúdo da UEPS, resgate dos mapas conceituais construídos pelos estudantes nos
primeiros encontros para discussão, revisão e a devida correção dos possíveis erros, e pôr fim a
avaliação da aprendizagem na UEPS, com a aplicação de um teste. A partir das respostas
fornecidas pelos estudantes, buscar averiguar quais as principais dificuldades encontradas por
eles no ensino e aprendizagem dos conteúdos da hidrostática. Esta atividade, deve ser anunciada
para os estudantes; não deve ser de surpresa.
7. Avaliação da aprendizagem da UEPS: será baseada em todas as atividades realizadas (mapa
conceitual, apresentação dos experimentos simples e seus devidos roteiros, manuseio do kit
didático e no resultado do teste).
20
150
8. Avaliação da UEPS: o professor avaliará a forma como foram abordados os conteúdos da
hidrostática em função de seus resultados e da avaliação dos estudantes e se necessário
reformular algumas etapas.
9. Avaliação da temporalidade de fixação dos conteúdos: Passadas três semanas da aplicação
dos conteúdos em sala de aula, já em andamento uma nova unidade de ensino, deve haver
reaplicação do teste, agora denominado de pós-teste, visando averiguar a temporalidade de
fixação dos conteúdos estudados, com a comprovação ou não da eficiência do produto proposto,
relacionados com a teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel. O pós-teste
constitui-se das mesmas perguntas do teste aplicado anteriormente e deve ser seguido da
socialização de seu gabarito aos estudantes, como forma de esclarecer possíveis dúvidas ainda
existentes.
Total de encontros (50 min): 12 a 14 encontros
Referências:
BERTOLO, Y. Mapa conceitual de hidrostática, 2017. Disponível em:
<http://blogdoprofyurybertolo.blogspot.com/2017/01/mapa-conceitual-de-hidrostatica.html>.
Acesso em: 29 abr. 2018.
CATANI, A.; AGUIAR, J. B. Para Viver Juntos: Ciências, 6º ano - Ensino Fundamental. 3 ed.
São Paulo: Edições SM, 2012. 272f.
DOCA, R. H.; BISCUOLA, G. J.; VILLAS BÔAS, N. Física 1. 2 ed. São Paulo: Saraiva, 2007.
GASPAR, A. Física – Volume 1. São Paulo: Ática, 2000. 496f.
GLOBO. Mudanças Climáticas no Brasil. 2006, 6 min, son., color. São Paulo: Globo, 2006. (6
min). Disponível em: <http://br.youtube.com/watch?v=Nm8tPLcLn84>. Acesso em: 11 mai.
2018.
MOREIRA, M. A. Teorias de Aprendizagem. 2. ed. São Paulo: EPU, 2011. 248f.
NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Física Básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (Volume
2). 4 ed. São Paulo: Edgar Blucher, 2002. 314f.
PAULI, R. U.; MAJORANA, F. S; HEILMAN, H. P.; CHOHFI, C. A. Física 1 – Mecânica.
São Paulo: EPU, 1978. 62f.
SAMPAIO, J. L.; CALÇADA, C. S. Universo da Física. 2 ed. São Paulo: Editora Atual. 2005.
518f.
21
151
APÊNDICE A – QUESTIONÁRIO I – PRÉ-TESTE
PRÉ-TESTE - RESPONDIDO
1) Ao tomar banho em um ambiente aquático (piscina, rio, lago ou igarapé), com uma boia de câmara de
ar, quais forças estão atuando nessa boia?
a) ( ) empuxo e peso
b) ( ) massa e aceleração
c) ( ) pressão e densidade
d) ( ) volume e pressão
e) ( ) peso e massa
2) Compressão é:
a) ( ) ato ou efeito de reduzir o volume de um objeto por meio da variação de pressão.
b) ( ) ato ou efeito de aumentar o volume de um objeto por meio da variação de pressão.
c) ( ) ato ou efeito de reduzir a massa de um objeto por meio da variação de pressão.
d) ( ) ato ou efeito de aumentar a massa de um objeto por meio da variação da pressão.
e) ( ) nenhuma das alternativas anteriores.
3) Descompressão é:
a) ( ) ato ou efeito de diminuir a pressão de um objeto.
b) ( ) ato ou efeito de aliviar o que está sob efeito de pressão.
c) ( ) ato ou efeito de aumentar a massa de um objeto.
d) ( ) ato ou efeito de diminuir a massa de um objeto.
e) ( ) nenhuma das alternativas anteriores.
4) Os líquidos como os gases são muitas vezes chamados de fluidos, porque:
a) ( ) aumentam o volume quando comprimidos.
b) ( ) aumentam sua massa quando comprimidos.
c) ( ) tem a capacidade de fluir.
d) ( ) apresentam transparência quando comprimidos.
e) ( ) aumenta seu peso.
5) O peso de um corpo é maior no ar do que na água, porque:
a) ( ) a densidade do ar é maior do que a da água.
b) ( ) a densidade do ar é menor que a da água.
c) ( ) a densidade do ar é igual à da água.
d) ( ) o volume do corpo é maior no ar do que na água.
e) ( ) o volume do corpo é menor do que o volume na água.
7) Ao desenganchar a tarrafa em um rio, lago ou igarapé, você tem a sensação de estar sendo pressionado.
Quanto mais fundo maior a sensação de estar sendo pressionado. Por que isso ocorre?
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
07) Por que o óleo flutua na água?
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
22
152
8) Você conhece máquinas que usam sistema hidráulico? Cite algumas?
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
9) O sistema de respiração humana pode ser considerado um sistema hidráulico? Por quê?
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
10) Ao mergulhar em um ambiente aquático, você já sentiu dor no ouvido? Você poderia explicar a causa
dessa dor?
............................................................................................................................. ..............................................
...................................................................................................................................
11) Quando uma carreta carregada, na estrada, passa perto de você, há a sensação de ser sugado para a
estrada? Comente.
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
12) Por que o gelo flutua na água?
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
13) Dentre as grandezas citadas nas questões anteriores, cite as que você considera grandeza escalar:
............................................................................................................................. ..............................................
...................................................................................................................................
14 Dentre as grandezas citadas nas questões anteriores, cite as que você considera grandeza vetorial:
…………………………………………………………………………………………………..……………
……………………………………………………………………………………...
15) Da linguagem do dia a dia, a direção e o sentido parecem não ter diferença e em alguns casos essas
palavras são tratadas como sinônimas. Existe diferença entre essas palavras? Em caso afirmativo ou
negativo justifique.
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
23
153
APÊNDICE B – QUESTIONÁRIO II – TESTE
TESTE - RESPONDIDO
1) (adapta de Cesgranrio) pessoa está em pé, quando decide fazer uma experiência simples. Seja Erro!
Fonte de referência não encontrada. a pressão média sobre o chão debaixo das solas dos sapatos. Se
essa pessoa suspender um pé, equilibrando-se numa perna só, essa pressão média passa a ser:
a) ( ) p
b) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
c) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
d) ( ) 2p
2) (adaptada de PUCC–SP). Estudando a pressão em fluidos, vê-se que a variação da pressão nas águas do
mar é proporcional à profundidade h. No entanto, a variação da pressão atmosférica quando se sobe a
montanhas elevadas, não é exatamente proporcional à altura. Isto se deve ao seguinte fato:
a) ( ) a aceleração gravitacional varia mais na água que no ar.
b) ( ) a aceleração gravitacional varia mais no ar que na água.
c) ( ) o ar possui baixa densidade.
d) ( ) o ar é compressível.
3) (adaptada de UFU-MG). A figura ao lado demonstra um gato ao tomar refrigerante utilizando um
canudinho. É correto afirmar que o gato, ao puxar o ar pela boca:
a) ( ) aumenta a pressão fora do canudinho
b) ( ) reduz a aceleração da gravidade dentro do canudinho
c) ( ) reduz a pressão dentro do canudinho
d) ( ) reduz a pressão fora do canudinho
4) (adaptada de UFRN). O princípio de Pascal diz que qualquer aumento de pressão num fluido se
transmite integralmente a todo o fluido e às paredes do recipiente que o contém. Na experiência realizada
em sala de aula verificou-se esse princípio e a influência da pressão atmosférica sobre a água. Foram
feitos três furos, todos do mesmo diâmetro, na vertical, na metade superior de uma garrafa pet, com um
dos furos a meia distância dos outros dois. A seguir, encheu-se a garrafa com água, até um determinado
nível acima do furo superior; tampou-se a garrafa, vedando-se totalmente o gargalo, e colocou-se a mesma
em pé, sobre uma mesa. Abaixo, estão ilustradas situações a representar como ocorreria o escoamento
inicial da água através dos furos. Assinale a opção correspondente ao que ocorreu na prática.
24
154
5) (adaptada de UERJ). O Tony Stark “Homem de Ferro” quer saber o peso do incrível Hulk, para isso
precisou utilizar uma prensa hidráulica, já que a uma balança normal quebraria com o seu enorme peso.
Assim, o Hulk se equilibra sobre um pistão de Erro! Fonte de referência não encontrada. de área,
exercendo uma força vertical F equivalente a 200 N, de cima para baixo, sobre o outro pistão da prensa,
cuja área é igual a Erro! Fonte de referência não encontrada.. Ao realizar os cálculos, o Tony Stark
chegou ao seguinte peso do Hulk.
a) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
b) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
c) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
d) ( ) Erro! Fonte de referência não encontrada.
6) Do porto no Rio Iaco, o professor Bruno observou um pescador em uma canoa. A explicação para o
fato de a canoa flutuar é que o empuxo recebido pela canoa é:
a) ( ) igual ao volume deslocado
b) ( ) igual ao peso da canoa
c) ( ) maior que o peso da canoa
d) ( ) menor que o peso da canoa
e) ( ) igual ao dobro do peso da canoa
7) (adaptada de Unipa-MG). No fundo de uma piscina, de temperatura constante, um balão é preenchido
com um certo gás ideal. O balão é então fechado e solto. Uma banhista que acompanhou o movimento do
balão fez as seguintes afirmações:
I – O movimento do balão é do tipo acelerado uniforme.
II – O empuxo sobre o balão foi máximo quando a pressão sobre ele era máxima.
III – O balão poderia explodir quando atingisse a superfície.
Em relação às afirmações feitas pela banhista é correto dizer que:
a) ( ) apenas I é correta
b) ( ) apenas III é correta
c) ( ) apenas I e II são corretas
d) ( ) apenas I e III são corretas
e) ( ) todas são corretas
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8) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Por que os faquires - pessoas que se deitam sobre cama de
pregos, não se ferem em suas proezas?
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9) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Por que, quando fazemos um furo na tampa de uma lata de
óleo, não conseguimos despejar o líquido nele contido?
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10) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Por que quando um furacão atinge uma casa só o telhado
dela é levado pelo vento?
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11) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Por que os sapatos para andar na neve têm uma grande
área na base?
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12) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Por que é mais fácil jogar futebol no Rio de Janeiro do que
em La Paz (capital da Bolívia).
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13) (extraída de LATEC/UFRJ & GEA/UFRJ). Existe alguma relação entre a velocidade do vento com a
pressão? Caso exista, que relação é esta?
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14-a) Um conjunto de vasos comunicantes precisa necessariamente, possuir três tubos?
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14-b) Explique:
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