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Revista Brasileira de Ensino de Fısica, vol. 39, nº 1, e1401 (2017)www.scielo.br/rbefDOI: http://dx.doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2016-0167
Pesquisa em Ensino de Fısicacb
Licenca Creative Commons
Proposta de laboratorio de fısica de baixo custo paraescolas da rede publica de ensino medio
Proposal for low cost physics laboratory for public high school
Jose Carlos Xavier Silva1, Carlos Eduardo dos Santos Leal∗2,3
1Instituto de Fısica, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ,Brasil2Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ,Brasil
3Engenharia, Universidade Veiga de Almeida, Rio de Janeiro, RJ,Brasil
Recebido em 26 de Julho, 2016. Revisado em 24 de Agosto, 2016. Aceito em 24 de Agosto, 2016
Apresentamos neste trabalho uma proposta de construcao de um laboratorio de Fısica utilizandomateriais reciclaveis e de baixo custo que proporcione aos professores e alunos da rede publica de ensinomedio a oportunidade de ter contato com experimentos de Fısica, sem que sejam necessarios grandesinvestimentos financeiros na aquisicao de equipamentos e de materiais de laboratorio. Com o uso demateriais de baixo custo sao propostos diversos experimentos referentes aos fenomenos fısicos nas areasda mecanica, optica, eletricidade, magnetismo, hidrostatica, termologia e fısica moderna que permitemde forma direta e intuitiva a verificacao dos conteudos apresentados nas aulas teoricas, assim como, odesenvolvimento de habilidades experimentais por parte dos estudantes. Alem disso, espera-se que aintroducao de experimentos demonstrativos tambem contribua como elemento fomentador da construcaode um pensamento cientıfico e o desenvolvimento da intuicao fısica no ambiente escolar.Palavras-chave: Laboratorio de Fısica de Baixo Custo, Experimentos de Fısica no Ensino Medio,Laboratorio com Materiais Reciclaveis e de Baixo Custo.
We present a proposal to build a physics laboratory using recyclable materials and low-cost to provideteachers and students of the public high school the opportunity to have contact with physics experiments,without the need for large investments in the acquisition equipment and laboratory materials. With theuse of low cost materials are proposed several experiments relating to physical phenomena in the fieldsof mechanics, optics, electricity, magnetism, hydrostatic, thermology and modern physics that allowdirect and intuitive verification of the content presented in the lectures, as well as the development ofexperimental skills on the part of students. Moreover, it is expected that the introduction of demonstrativeexperiments also contribute as developer component in the construction of a scientific thinking and thedevelopment of physical intuition in the school environment.Keywords: Physics Laboratory of Low Cost, Physics experiments in high school, Laboratory withRecyclable Materials and Low Cost.
1. Introducao
Observa-se no Brasil uma significativa dificuldadedos estudantes oriundos de classes sociais econo-micamente menos favorecidas, que normalmente seutilizam da rede publica de ensino fundamental emedio, obterem sucesso nos exames de admissao asuniversidades publicas. Iniciativas polıticas paliati-vas foram introduzidas nos ultimos anos, no sentido
∗Endereco de correspondencia: ceduardo [email protected].
de mitigar esse problema, ao adotar projetos faci-litadores de acesso as universidades, tais como oPro-Uni e/ou as reservas de vagas (sistema de co-tas), sem, entretanto, realizar medidas efetivas paraa melhoria do ensino basico. Consequentemente,as dificuldades encontradas por esses alunos persis-tem, pois, o problema reside fundamentalmente napessima formacao basica fornecida aos alunos darede publica de ensino medio [1].
Copyright by Sociedade Brasileira de Fısica. Printed in Brazil.
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Parte dessa precariedade de formacao se da, porexemplo, devido a limitada carga horaria destinadaa formacao das aulas teoricas de ciencias; a baixa dis-ponibilidade do uso de novas tecnologias na relacaoensino-aprendizado em salas de aula; e a uma quasenula atividade experimental em laboratorios didaticos,principalmente os de Fısica e de Quımica. Essesfatores dao origem a uma formacao cientıfica e tec-nologica bastante deficiente aos estudantes das esco-las brasileiras da rede publica de ensino, deixando-oscada vez mais defasados em relacao ao cenario dedesenvolvimento tecnologico mundial.
Alem disso, esses fatos corroboram, de forma bas-tante significativa, para o baixo numero de profissio-nais incentivados em prosseguir carreiras de caratercientıfico e tecnologico e consequentemente, vir aocupar posicoes de trabalho existentes nos centrosde pesquisas, universidades e/ou nas industrias. Es-sas dificuldades se tornam evidentes na etapa detransicao entre o fim do ensino medio e a tentativade ingresso nas grandes universidades brasileiras,por parte dos alunos oriundos da rede publica deensino. Nessa etapa, verifica-se, em particular, quea ausencia de uma boa formacao na disciplina deFısica e um fator determinante na triagem dessescandidatos.
Ao longo dos anos dedicados ao ensino de Fısica te-mos acreditado, que grande parte da dificuldade en-contrada por esses alunos quanto ao aprendizado deFısica se da pela ausencia de laboratorios didaticos,que servem como instrumentos de verificacao dosfenomenos fısicos em complementaridade aos estudosteoricos realizados em sala de aula [2]. As atividadespraticas em laboratorios fomentam nos alunos umconhecimento unico a respeito da importancia doaprendizado de Fısica e de sua aplicacao no dia-a-dia,facilitando o seu aprendizado [3]. Surge, portanto,uma necessidade de aplicacao de varias iniciativasde modo que as lacunas oriundas dessa ma formacaoem Fısica possam ser minimizadas de maneira signi-ficativa, e que o interesse dos estudantes nas areasde ciencia e tecnologia possa ser estimulado e seusconteudos teoricos e praticos sejam assimilados commaior clareza.
Neste sentido, desenvolvemos neste trabalho umaproposta de construcao de laboratorios didaticosde Fısica voltados para atender as necessidadesdos conteudos das tres series do nıvel medio darede publica de ensino. A elaboracao de um con-junto de equipamentos de simples confeccao e a
realizacao de experimentos para a verificacao dediversos fenomenos fısicos utilizando materiais re-ciclaveis e de baixo custo tem apresentado resultadosmuito interessantes em termos de ensino de Fısica[4].
Cabe ressaltar que todo o material que compoeos kits de experimentos do laboratorio e de facilaquisicao, baixos custos e de grande facilidade demanuseio, podendo ser produzido por professorese pelos proprios alunos, o que contribui sobrema-neira para o desenvolvimento de habilidades expe-rimentais dos participantes e de sua implantacaoem escolas publicas que dispoem de poucos recursosfinanceiros para montagem de laboratorios didaticos.Com uma estrutura basica o laboratorio didaticode Fısica de baixo custo atende integralmente aosconteudos das tres series do ensino medio e permiteaos estudantes desenvolver experimentos quantita-tivos nas areas de Mecanica (estatica e dinamica),Eletricidade e Magnetismo, Optica, Hidrostatica,Termologia e ate de Fısica Moderna.
Por fim, a montagem de atividades de laboratoriode carater meramente qualitativa pode ser utilizadade forma complementar em sala de aula e tambemem apresentacoes em Feiras de Ciencias, como formade validar a ocorrencia dos fenomenos fısicos no dia-a-dia e tambem, para fortalecer a intuicao fısica noambiente escolar a partir do exercıcio do pensamentocientıfico.
2. Metodologia
A proposta de implementacao de um laboratoriodidatico de Fısica utilizando materiais de baixo custoem escolas publicas do ensino medio visa prestar umservico direto a escola, aos seus professores e alunosao procurar suprimir deficiencias dessas escolas emtermos de atividades praticas de laboratorio, propor-cionando aos estudantes um ensino de melhor quali-dade nas aulas de Fısica. Outro aspecto relevantedessa proposta e auxiliar na capacitacao e aprimora-mento dos professores de Fısica dessas instituicoesde ensino quanto a construcao de equipamentos debaixos custos e a realizacao de experimentos simplesvoltados para a realizacao de praticas de laboratorioe apoio as aulas teoricas. Alem disso, de forma in-direta o projeto agrega valor a toda sociedade porcontribuir para melhoria da formacao cientıfica dasnovas geracoes.
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A proposta se inicia a partir da execucao de umcronograma de atividades no qual sao definidas asexperimentacoes a serem realizadas para as diferen-tes series da escola de ensino medio. Em seguida,e realizado um levantamento bibliografico para aconfeccao de roteiros dos experimentos selecionados.A etapa seguinte consiste da tomada de preco eaquisicao de materiais necessarios para a construcaodos equipamentos referentes ao conjunto de experi-mentos para cada uma das tres series, a saber: 1a
serie – Termologia e Optica, 2a serie – Mecanica(estatica, dinamica e hidrostatica), e 3a serie (Ele-tricidade e Magnetismo e Fısica Moderna). Comas experiencias e roteiros prontos e testados, saoiniciadas as praticas referentes as experiencias delaboratorio de Fısica correspondentes a cada serieescolar. Por fim, e realizada a coleta de dados e aconfeccao de relatorios, pelos alunos, para os expe-rimentos realizados.
3. Resultados - Elaboracao deExperimentos
Nesta secao, apresentamos um conjunto basico deexperimentos factıveis de realizacao num laboratoriodidatico de Fısica para uma escola de ensino medio,sem a necessidade de grandes investimentos financei-ros por utilizar materiais de baixo custo, tais como,tubos de PVC, garrafas PET, fios, parafusos, reguas,dinamometros, apontador laser, entre outros.
A construcao de equipamentos para realizacaode experimentos e roteirizacao dos conteudos depraticas de Mecanica (estatica e dinamica) tem comobase a construcao de um “trilho de ar”, (vide Figura1), utilizando tubos e conexoes de PVC e diversos
Figura 1: Trilho de ar construıdo com tubos e conexoesde PVC e um compressor de ar
orifıcios de diametro de decimos de milımetro ligadosa um compressor de ar, que permite aos professo-res e alunos a realizacao de diversos experimentosrelacionados ao estudo dos movimentos retilıneo uni-forme e uniformemente variado, determinacao daaceleracao da gravidade e colisoes entre outros [5,6].
A facil construcao do equipamento “trilho opticoou banco optico”, (vide Figura 2), utiliza conexoestipo rosca (1/2, 3/4 e 1 polegada) e tubos de PVC(1,5 m de extensao e 3/4 de polegada) tendo basesde apoio e hastes moveis [7]. Este aparato permitea realizacao de diversas praticas de laboratorio deoptica geometrica, tais como: propagacao retilıneada luz, formacao de imagens em espelhos planos,concavos e convexos, camara escura, lei de Snell,entre outras.
As atividades de laboratorio de Termologia sao ba-seadas na construcao de equipamentos simples e defacil manuseio tais como calorımetros de baixo custoe coletor solar termico para aquecimento de aguautilizando garrafas PET e caixas Tetrapak [8]. Alemdisso, sao propostas experiencias para verificacao damudanca de fase das substancias, equilıbrio termico,1a e 2a leis da Termodinamica, transferencia de calorpor conducao, relacao pressao e temperatura, entreoutros.
O modulo basico referente as atividades de labo-ratorio de Eletricidade e Magnetismo e construıdoa partir do uso de varios equipamentos de facil ma-nuseio, como por exemplo: eletroscopios com tubode papelao e folha de alumınio; o uso de materiaissimples como canudos plasticos, ımas e resistores; ea aquisicao de equipamentos comerciais, tais como:transformadores e multımetros. Com essas ferra-mentas sao elaboradas atividades praticas para a
Figura 2: Trilho optico com tubos e conexoes de PVC
DOI: http://dx.doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2016-0167 Revista Brasileira de Ensino de Fısica, vol. 39, nº 1, e1401, 2017
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verificacao das leis e fenomenos fundamentais da ele-tricidade e do magnetismo: eletrizacao dos corpos;lei de Coulomb; lei de Gauss em corpos metalicos;lei de Ohm; lei de inducao de Faraday; leis de Kir-chhoff em circuitos eletricos; lei de atracao e repulsaomagnetica; associacao de resistores em serie e emparalelo, entre outras.
4. Estudo de caso
No perıodo 2007-2008 foi implementada a propostaLaboratorio Didatico de Fısica de Baixo Custo numaescola da rede publica de ensino medio no Rio de Ja-neiro. O projeto foi realizado a partir de recursos daFAPERJ, segundo o programa de Apoio a Melhoriado Ensino nas Escolas Publicas/RJ, 2007. A unidadeescolar atendida foi o Colegio Estadual Joao Alfredo– CEJA, que apresentava uma grande carencia deequipamentos e atividades no laboratorio didaticode ciencias.
O projeto contou com a participacao efetiva dedois professores de Fısica do Colegio Joao Alfredo,como bolsistas da FAPERJ, e de um grupo de estu-dantes do curso de licenciatura em Fısica-UERJ, queparticiparam com bolsas de Iniciacao a Docencia.Esses estudantes atuaram na construcao dos equi-pamentos, na confeccao dos experimentos e dos ro-teiros das experiencias, assim como, no auxılio aosprofessores durante as aulas praticas de laboratorio.
Essa integracao Universidade-Escola contribuiu deforma bastante significativa para estimular o desen-volvimento de habilidades experimentais nos futuroslicenciados de Fısica e na melhoria da formacao ex-perimental dos professores da escola de ensino medioatendida pelo projeto. Alem disso, foram observadassignificativas melhorias no aproveitamento dos alu-nos do nıvel medio na relacao teoria-experimentacaodurante as aulas de Fısica.
A proposta de implementacao do laboratorio deFısica no Colegio Estadual Joao Alfredo atendeu acerca de mil alunos, distribuıdos nas diversas tur-mas/turnos das tres series, conforme Quadro I.
No intuito de fortalecer a construcao de um pen-samento cientıfico e o desenvolvimento da intuicao
fısica naquele ambiente escolar foram realizadas di-versas outras atividades praticas qualitativas, commateriais simples e de baixo custo, para fins de uti-lizacao e apoio em salas de aula, como tambem emapresentacoes em Feiras de Ciencias, a saber: Figurasde Lissajous, Torre de Pisa, Pendulos Ressonantes,Relogio Solar, Giroscopio, Efeito Fotoeletrico etc.
Os indicadores extraıdos desse trabalho de pes-quisa estao ligados ao expressivo numero de alunosdas tres series da escola de ensino medio que forambeneficiados com o projeto. Segundo os questionariosde avaliacao aplicados, os relatorios elaborados ea opiniao dos professores envolvidos foram percebi-dos uma melhoria de desempenho nas aulas teoricasda disciplina de Fısica estimulados pela verificacaopratica dos fenomenos fısicos no laboratorio, esta-belecendo um ganho significativo na relacao ensino-aprendizado.
5. Conclusao
A implementacao de laboratorios didaticos de Fısica,tendo como base a construcao de equipamentos e arealizacao de um conjunto de experimentos qualita-tivos e quantitativos, utilizando materiais reciclaveise/ou de baixo custo pode se tornar uma excelenteoportunidade pedagogica e de grande incentivo aodesenvolvimento cientıfico nas escolas publicas deensino medio. Alem disso, o trabalho visa a melhoriada participacao e do aprendizado dos alunos, nasaulas teoricas de Fısica, estimulado pela verificacaodos fenomenos fısicos nas atividades de laboratorio,melhoria da capacitacao dos professores responsaveispela disciplina de Fısica, no que concerne a formacaoem Fısica Experimental e a preparacao de experi-mentos simples e de baixos custos para a preparacaodas aulas praticas.
Apresentamos uma breve descricao de um estudode caso de implementacao de um laboratorio deFısica, de baixo custo, no Colegio Estadual Joao Al-fredo, no Rio de Janeiro. Esta iniciativa possibilitouuma forte integracao entre docentes e estudantesuniversitarios da UERJ com os professores e alunosda referida escola. Alem disso, cerca de 1.000 (mil)
Quadro 1: Relacao turmas atendidas no laboratorio de FısicaNumero de turmas por turno 1a serie 2a serie 3a serie(laboratorio de Fısica) (calor e optica) (mecanica) (eletricidade e magnetismo)Turmas/manha 03 03 01Turmas/tarde 13 06 –
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alunos das tres series escolares tiveram a oportu-nidade de desenvolver habilidades na confeccao deequipamentos cientıficos e de verificar a ocorrenciade fenomenos fısicos durante a realizacao das ativi-dades experimentais, o que contribuiu significativa-mente para a melhoria do nıvel de conhecimentoscientıficos desses alunos nas areas de mecanica, ter-mologia, eletricidade, magnetismo, optica e fısicamoderna.
Por fim, temos em mente que inciativas voltadaspara a promocao e estımulo do desenvolvimentocientıfico nas escolas publicas, tais como a imple-mentacao de laboratorios didaticos de baixo custoem Ciencias (Fısica, Quımica e Biologia), devam serincentivadas e apoiadas pelos orgaos de fomento esejam tratadas como polıticas educacionais juntoa rede publica de ensino. De outra forma, estare-mos condenando nossos alunos, em pleno seculoXXI, a viverem excluıdos do conhecimento cientıficoque precede as grandes descobertas e invencoes tec-nologicas e a assistirem a chegada do futuro e odesenvolvimento tecnologico mundial na condicaode meros expectadores.
Agradecimentos
Os autores agradecem a FAPERJ (Processo n° E-26/110.222/2007) por ocasiao do apoio financeiropara realizacao dessa proposta no Colegio EstadualJoao Alfredo (CEJA) no Rio de Janeiro, e aos pro-fessores do CEJA e alunos do Instituto de Fısica daUERJ que participaram de sua implementacao.
Referencias
[1] J.C. Xavier, in XV Simposio Nacional de En-sino de Fısica, Curitiba, 2003, disponıvel emhttp://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xv/trabalhos/trabupload/R138421.pdf.
[2] W.C.S. Eiras, in IV Encontro Nacional de Pesquisaem Educacao em Ciencias, Bauru, 2002, disponıvelem http://fep.if.usp.br/˜profis/arquivos/ivenpec/Arquivos/Orais/ORAL093.pdf.
[3] M.G. Sere, S.M. Coelho, A.D. Nunes, Caderno Bra-sileiro de Ensino de Fısica 20, 30 (2003).
[4] J.C. Xavier, C.E.S. Leal e L.P. Brandao,in Anais do 4° Congresso Brasileiro de Ex-tensao Universitaria, Dourados, 2009, disponıvelem http://portal.ufgd.edu.br/arquivos/apresentacoes_posteres.pdf.
[5] J.C.X. Silva, C.E.S. Leal, L.F. Barbosa, L.F.Santos, M.B. Correa, P.R. Pessanha, S.R. Azeredo,
A. Alves, L.P. Brandao, S.M. Lanes, T. Fejoloe W.J. Silva, in XVIII Simposio Nacional deEnsino de Fısica, Vitoria, 2009, disponıvel emhttp://www.cienciamao.usp.br/dados/snef/_trilhodeardepvcparaoestu.trabalho.pdf.
[6] L.F. Barbosa, J.C.X. Silva, C.E.S. Leal, A.Alves, M.B. Correa e N.S. Dias, in 62a
Reuniao Anual da SBPC, Natal, 2010, dis-ponıvel em http://www.sbpcnet.org.br/livro/62ra/resumos/resumos/973.htm.
[7] A.A. Oliveira Junior, J.C.X. Silva, C.E.S. Leal,M.B. Correa, L.F. Barbosa e N.S. Dias, in62a Reuniao Anual da SBPC, Natal, 2010, dis-ponıvel em http://www.sbpcnet.org.br/livro/62ra/resumos/resumos/1059.htm.
[8] J.A. Alano, Aquecedor Solar Composto de ProdutosDescartaveis. Manual de Construcao e Instalacao(Celesc Distribuicao S.A., Florianopolis, 2009),disponıvel em http://novoportal.celesc.com.br/portal/images/arquivos/manuais/manual-aquecedor-solar.pdf.
DOI: http://dx.doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2016-0167 Revista Brasileira de Ensino de Fısica, vol. 39, nº 1, e1401, 2017
