Brincando com Carrinhos: Associando Conceitos da Física às Atividades Lúdicas no Ensino Fundamental - anos finais

Um dos grandes problemas do ensino da Física nas séries finais do Ensino Fundamental em Ciências Naturais e do Ensino Médio é a dificuldade dos estudantes relacionarem os conceitos formais da dessa disciplina aos fatos cotidianos. Para minimizar esse problema e melhorar a compreensão do tema é necessário que o aluno reconheça e estabeleça um contato lógico entre as brincadeiras infantis e a Física, possibilitando, no futuro, a construção de conhecimento significativo que ampare com maior tranquilidade o arcabouço matemático que a matéria almeja. Esse trabalho busca mostrar aos estudantes de 11 e 12 anos, um caminho que relacione as brincadeiras infantis ao campo conceitual da Física, permitindo-os que, desde cedo, traduzam esses conceitos para a realidade.

 

Observando o currículo do ensino de ciências naturais das escolas públicas do Distrito Federal, temos que o ensino de Física inicia-se no 9º ano do Ensino Fundamental. Neste período os estudantes são apresentados aos conceitos básicos da Física, levados a realizar cálculos a partir de fórmulas pré-concebidas e pressionados a responder questionamentos sobre fenômenos que somente fazem sentido quando são frutos de uma experimentação e observação metódica. O que se observa dessa prática é o desenvolvimento do medo por parte do estudante em relação ao estudo dessa disciplina. Nesse sentido, é necessário mudar a visão do ensino de Física. É preciso desenvolvêlo desde as series iniciais do ensino fundamental fazendo com que o aluno construa os conceitos fundamentais da Física para que tenha maior tranquilidade ao utilizar o arcabouço matemático que envolve a matéria. 

A construção dos conceitos no campo da Física ou de quaisquer outros campos do conhecimento não pode ser mecânica ou repetitiva, ou seja, a apropriação do saber não pode ser arbitrária, mas sim, deve ser armazenado de tal forma que possa fazer conexões significativas. Nesse sentido Ausubel (1982), pensador norte americano, preconiza que um conhecimento novo deve se subsumir a um conhecimento pré-existente para que possa ter significado, formando o que denominou de aprendizagem significativa.

A aprendizagem significativa ocorre quando duas condições são satisfeitas: a vontade de aprender do estudante e o significado que aquele conteúdo tem para ele. Assim, um estudante motivado em contato com conteúdo significativo tem como resultado a aprendizagem significativa. Mantendo essa lógica podemos inferir que se os conceitos básicos de Física forem trabalhados nas séries iniciais pelo estudante, esse terá uma maior facilidade em relacionar os conceitos da Física à matemática que permeará essa disciplina desde as séries finais do ensino fundamental e durante todo o ensino médio.

Continuando o pensamento delineado e compreendendo que todo conhecimento deve apoiar-se em outro pré-existente, podemos facilmente identificar que o aluno que chega às séries finais do ensino fundamental está no fim da infância ou início da adolescência, sendo assim, o conhecimento que o mesmo possui está referenciado nas brincadeiras e brinquedos infantis, entre eles o carrinho de brinquedo.

O carrinho de brinquedo é um objeto de diversão amplamente utilizado pelas crianças, antes, mais pelos meninos, hoje, indistintamente. Esse brinquedo permite a observação de vários fenômenos físicos ligados à mecânica como: impulsão (força), energia potencial, energia cinética, movimento, velocidade, aceleração, desaceleração, atrito, distância percorrida, tempo, entre outros. Sendo assim, acreditamos que a utilização de brinquedos infantis (carrinho de brinquedo) na formação dos conceitos iniciais da Física é uma ferramenta que possibilita a construção da aprendizagem significativa proposta por Ausubel uma vez que permite o relacionamento dos conhecimentos prévios ao novo conteúdo que se busca dominar.

No caminho descrito, os Parâmetros Curriculares Nacionais - PCNs preconizam: 

“A abordagem dos conhecimentos por meio de definições e classificações estanques que devem ser decoradas pelo estudante contraria as principais concepções de aprendizagem humana, como, por exemplo, aquela que a compreende como construção de significados pelo sujeito da aprendizagem, debatida no documento de Introdução aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Quando há aprendizagem significativa, a memorização de conteúdos debatidos e compreendidos pelo estudante é completamente diferente daquela que se reduz à mera repetição automática de textos cobrada em situação de prova”.

Nesse sentido compreendemos que o desenvolvimento cognitivo do estudante não é algo que seja aprendido no simples ato de folhear um livro, mas que sua construção ocorre a partir das experiências vividas e da compreensão do contexto histórico e cultural da humanidade.

 

Questão de pesquisa 

Estudantes do 6º ano do Ensino Fundamental compreendidos na faixa etária de 11 a 12 anos, que não tiveram contato formal com conceitos do campo da Física, são capazes de relacionar esses conceitos aos fenômenos físicos que vivenciam no dia a dia? 

Para restringir o campo de observação, delimitamos a vivência desses estudantes às brincadeiras infantis, sendo mais específicos, às brincadeiras com carrinhos (modelo Hot Wheels) em competições de velocidade em rampa, tendo a energia potencial como única propulsora

Justificativa 

A introdução da Física como ciência formal ocorre no 9º ano do Ensino Fundamental e acompanha o estudante até o final do Ensino Médio. Nessa fase, dentro do estudo de Ciências Naturais, os estudantes são levados a aprender novas palavras e seus significados, relacionar essas palavras a um fenômeno físico e abstraí-lo na forma de número por meio de cálculos matemáticos. Para a maioria dos adolescentes, e não sem razão, é muito complicado fazer essas relações. Se compreender o significado de uma palavra nova já é um desafio para muitas pessoas, relacioná-la a um fenômeno e deduzi-la em forma matemática é quase um absurdo. 

Alguns estudantes conseguem realizar, por método próprio, associações que permitem a retenção de informações, mas aos vários outros que não conseguem relacionar esses novos conceitos às vivências anteriores, restará o caminho da memorização, ou seja, o velho decoreba. Sendo assim, descobrir quais os conceitos fundamentais da Física podem ser percebidos, compreendidos e descritos pelos estudantes do 6º ano é de suma importância para se definir o quanto do ensino dessa ciência pode ser desenvolvido nas séries seguintes, minimizando ao máximo o uso da memorização e potencializando a aprendizagem significativa. 

Por fim, muito se fala no uso de experimentos voltados ao ensino da Física como forma de embasar os conceitos da disciplina. No 9º ano do ensino fundamental existe uma gama de possibilidades, mas quase nada1 foi escrito sobre o ensino de Física no inicio desse ciclo.

Objetivo Geral 

Compreender as brincadeiras infantis (brincando com carrinhos de brinquedos) como uma importante ferramenta para a internalização de conceitos básicos da Física pelos estudantes do 6º ano do ensino fundamental. 

Objetivos Específicos 

Fazer com que o aluno: 

1. Observe as brincadeiras a partir de um olhar crítico buscando compreender porque determinados fenômenos ocorrem; 

2. Utilize e compreenda a função dos instrumentos de medidas como forma de auxiliar na compreensão desses eventos; 

3. Desenvolva o hábito de compartilhar observações como forma de construir conclusões. 

Revisão da Literatura 

Ausubel (1982) nos traz a ideia de que todo o conhecimento deve emergir de outro pré-existente sob o risco de construir no estudante uma aprendizagem mecânica, ou seja, “quando falta ao aluno o conhecimento prévio, relevante e necessário para tornar a tarefa potencialmente significativa” (Idem, 1982). Esse conhecimento anterior que deve servir de base ao estudante não precisa ser um pré-requisito, mas deve manter relação estreita com o novo conhecimento. No caso de estudantes de ensino fundamental do 6º ano, esses conhecimentos estão diretamente vinculados à infância, ou seja, são as brincadeiras tradicionais e até mesmo os videogames que permeiam a imaginação da criança que se aportam como subsunçores para o desenvolvimento de outros conhecimentos. 

Nesse mesmo sentido Paulo Freire (2009), que realiza toda uma construção pedagógica voltada à libertação do trabalhador por meio do desenvolvimento de uma consciência crítica e da contextualização do conhecimento compreende que ensinar não é depositar conhecimentos nos alunos como fazemos com dinheiro em bancos, mas levá-los a uma avaliação crítica do momento histórico em que vivem para que possam perceber a necessidade do conhecimento a partir da relação entre o saber anterior e o novo (Freire, 2009). 

Acreditamos que para um estudante de 11 ou 12 anos, que está desfrutando do início da adolescência, os conhecimentos mais significativos e prazerosos que ele tem são as brincadeiras infantis. Segundo Kishimoto (1999) brincar constitui uma conduta livre que traz prazer, satisfação, descoberta e divertimento. Seguindo a ideia de que o conhecimento de um préadolescente deve está totalmente ligado a sua infância, não há como desvincular o desenvolvimento de um novo conhecimento das brincadeiras infantis.

A brincadeira é definida como “uma atividade livre, que não pode ser delimitada e que, ao gerar prazer, exaure-se em sim mesma” (idem, 1999) e o brinquedo é simplesmente o objeto suporte da brincadeira. Logo, se conseguimos relacionar os conceitos da Física às brincadeiras infantis, no caso específico aos carrinhos de brinquedos, estaríamos dando significado ao novo conhecimento e oferecendo ao estudante uma possibilidade de se criar novas âncoras para os conhecimentos futuros. 

Caracterização da Pesquisa 

A pesquisa foi desenvolvida dentro de uma perspectiva qualitativa, ou seja, o professor/observador foi o instrumento para coleta de dados e a análise foi intuitiva, não usando para isto métodos ou técnicas estatísticas. Buscamos utilizar um método de observação semisistemático e estruturado, definindo os tipos de dados que queríamos observar, a forma de captação e a conduta do observador. Por fim, buscamos relacionar as hipóteses pré-estabelecidas aos dados coletado. 

Metodologia A pesquisa foi realizada no dia 02/06/2014 e precisou de uma total de 6 horas para sua execução, sendo 4 horas para organização do material e espaço e 2 horas para coleta de dados.

Público Alvo 

Foram observados 12 estudantes do 6º ano do Ensino Fundamental do Centro de Ensino Fundamental 04 do Gama escolhidos de forma aleatória. 

Instrumentos de coleta de dados 

Foi utilizada como instrumento de coleta de dados, uma câmera de vídeo suspensa para gravar a explicação dos estudantes, pois foi premeditado que os mesmos não, necessariamente, teriam vocabulário para expressar o que pensavam. Também foi usado um gravador de voz e uma câmera fotográfica. 

Por fim, durante o desenvolvimento da pesquisa foi aplicado um questionário e ao final foi realizada uma entrevista coletiva, momento que se buscou perceber o entendimento ou não dos conceitos de Física que estavam por detrás da brincadeira.

Material 

No desenvolvimento do projeto foram utilizados os seguintes materiais. 

a) 20 carrinhos modelo Hot Wheels; 

b) 2 metros de comprimento de pista Hot Wheels; 

c) Uma trava de rampa modelo Hot Wheels; 

d) Um Data show; 

e) Um notebook; 

f) Quatro metros de anteparo de metal de 2 cm de altura; 

g) 16 metros de fio coaxial; 

h) Uma balança de precisão mínima de 1 miligrama e máxima de 200 miligramas. 

i) 3 cronômetros com precisão mínima de 1 centésimo de segundo e máxima de 99 minutos; 

j) Uma filmadora digital; 

k) Cinco hastes para marcação de posição; 

l) Um gravador digital;

m) 4 fitas métricas de 1,5 metros; 

n) Uma máquina fotográfica digital; 

o) 8 folhas de papel A4. 

p) 50 centímetros de fita dupla face. 

Método 

Organização do material e do espaço 

a. Foi instalada uma rampa Hot Wheels a 1m (um metro) de altura em uma sala com piso liso de 9 m de comprimento. A rampa Hot Wheels ficou com 2,0 m de comprimento e após essa medida os carrinhos passavam a andar pelo piso da sala. Como os carrinhos não foram preparados para manter um movimento retilíneo, anteparos foram colocados na pista por 8m evitando com que os mesmos fizessem curvas significativas, fato que impediria que a medida de distância fosse realizada de forma simplificada como era o desejado. Esses anteparos nos primeiros dois metros eram constituídos por estruturas de 2 cm de altura, pois devido à velocidade alcançada, os carrinhos pulavam os anteparos mais baixos. No restante do comprimento foram usados fios coaxiais. O percurso que o carrinho passaria foi numerado metro a metro. A partir dos quatro metros, tendo como referência o inicio da rampa, a pista foi marcada com fita métrica para permitir a observação dos centímetros. 

b. Foram usados 20 carrinhos modelo Hot Wheels. Os carrinhos foram numerados de 1 a 20 vinte e colocados em ordem uma garagem marcada por barbantes. 

c. Foi disponibilizada uma balança para pesagem dos carrinhos. Sobre ela foi colocado um prato para permitir uma maior distribuição do peso do carrinho e realizada a tara com este objeto. 

d. Três cronômetros com o objetivo de marcar o tempo de duração do movimento dos carrinhos.

e. Os carrinhos não foram pesados anteriormente, pois, embora o peso fosse uma das características que possibilitaria um grupo ganhar ou não a disputa, não era esse o interesse da pesquisa, mas entender se os estudantes percebiam os conceitos de Física que emanavam da brincadeira. 

Apresentação das normas aos estudantes para realização das atividades 

1. Os estudantes foram orientados a brincar em grupos de quatro pessoas; 

2. O quarteto foi orientado a se comportar como uma equipe profissional que competiam usando carrinhos de brinquedos;

3. Os estudantes foram orientados a colocar os carrinhos sobre a rampa, mas não poderiam empurrá-los, mas soltá-los;

4. Cada equipe podia escolher qualquer carrinho que estiver estacionado. 

5. A equipe deveria devolver o carrinho para o estacionamento sempre que finalizasse o procedimento. 6. Cada carrinho somente poderia ser testado três vezes por cada equipe. 

7. O uso da rampa ocorreu de forma alternada, ou seja, primeiro a rampa foi usada pela equipe 1, em seguida pela equipe 2, depois pela equipe 3 e assim sucessivamente. 

8. As equipes podiam liberar os carrinhos das rampas quantas vezes quisessem no tempo de 30 minutos. 9. Após os 30 minutos, as equipes tiveram 5 minutos para escolher com qual carrinho iriam competir e responder o questionário que lhes foi entregue. 

10. Foi definido que após a escolha do carrinho as equipes não poderiam mais trocá-lo. 

11. Durante a competição cada equipe podia liberar o carrinho por três vezes seguidas sendo descartadas as duas piores colocações. 

12. Coube ao professor cronometrar o tempo na competição final. 

13. Em casso de empate na distância percorrida, ficou definido que o tempo seria usado para realizar o desempate.

14. Foi considerada campeã a equipe que na competição final escolheu o carrinho que chegou mais distante na pista. 

Após a exposição das regras os grupos foram numerados por sorteio e conduzidos até a rampa, momento em que foi realizado um breve treinamento do uso dos equipamentos (tabela, cronômetro, balança e fita métrica). 

Realização da Atividade 

a) Os grupos alternaram-se por 30 minutos, sempre usando o mesmo procedimento: 

i. Anotar o número do carrinho; 

ii. Pesar o carrinho; 

iii. Cronometrar e anotar o tempo até o repouso do carrinho; 

iv. Anotar o espaço percorrido.

b) Finalizado o tempo, os estudantes tiveram que indicar qual o carrinho seria usado na competição. 

Após indicação dos carrinhos pelos grupos, os mesmos foram levados a responder duas perguntas por escrito.

Questionamento a respeito de conceitos formais de Física 

Os estudantes foram orientados a prestarem atenção à projeção dos slides. Esses traziam os seguintes conceitos de Física: energia potencial, velocidade, aceleração, atrito e desaceleração. 

Os conceitos foram lidos duas vezes pelo professor e não houve explicação dos mesmos. Para cada conceito que era apresentado, os estudantes eram submetidos a um conjunto de perguntas que deviam ser respondidas oralmente ou por meio de marcações. Por fim, os estudantes foram informados que a qualquer momento poderiam mudar uma resposta informada. 

Resultados e Discussão 

Um dos objetivos dessa pesquisa era observar a habilidade dos estudantes em relação ao uso de instrumentos de medidas e a capacidades dos mesmos de tomar decisões a partir dos dados obtidos. 

Interpretando as tabelas de medições e a escolha dos carrinhos 

Conforme informado, todos os grupos puderam trocar os carrinhos por seis vezes e entre as trocas deveriam anotar em uma tabela as informações de cada carrinho. No quinto teste, os estudantes foram avisados que poderiam usar a pista por uma última vez. Após o uso da pista pelas três equipes eles tiveram cinco minutos para escolher os carrinhos.

Os grupos 1 e 2 escolheram o carrinho com a segunda maior massa. Percebeu-se que a escolha foi condicionada apenas pela distância percorrida, ou seja, a massa e o tempo não foram considerados. Buscaram apenas alcançar o objetivo definido no inicio da atividade. 

O grupo 3 escolheu o carrinho com maior massa, realizando uma ação que estava dentro do esperado. No entanto, o grupo avaliou o carrinho em dois momentos distintos: primeiro durante os testes e, em segundo, quando foi avisado que usaria a pista pela última vez. Uma avaliação superficial do comportamento do grupo nos faz acreditar que o mesmo não quis contar com a sorte buscando observar um novo carrinho, pelo contrário, resolveu apostar nos dados que já possuía. Essa lógica parece se fundamentar quando o grupo escolhe o carrinho para a disputa. Mesmo percebendo que ele não alcançou o objetivo esperado, percorrendo, inclusive, uma distância menor que outros dois já testados, o mantem como escolhido. 

Por fim, o grupo 3 logrou-se vencedor fazendo seu carrinho percorrer 8,49 metros contra 8,17 metros do grupo 2 e 7,35 metros do grupo 1.

Relacionando os conceitos de Física à ludicidade dos carrinhos de brinquedos 

No momento da apresentação dos conceitos e da observação da capacidade dos estudantes interpretá-los à luz da brincadeira, foi trabalhado cinco conceitos da mecânica clássica, sendo eles: energia potencial, velocidade, aceleração, atrito e desaceleração. A escolha desses conceitos foi aleatória, ou seja, não foram avaliados grau de complexidade, relação de dependência ou qualquer outro fator, apenas se os mesmos emergiam da brincadeira. 

A apresentação dos conceitos ocorreu após a competição por meio de projeção por slides e leitura oral pelo professor. Os dados foram gravados por meio de áudio e vídeo e o resultado passa a ser descrito a seguir.

Energia potencial 

A energia potencial pode ser definida como sendo: a energia armazenada em um objeto a partir da interação por meio da força gravitacional com a terra e que tem a potência de se transformar em energia cinética (Serway, 2009). Reestruturando o conceito para compreensão dos estudantes, a energia potencial ficou definida como: 

Sempre que um objeto se encontra no alto falamos que ele tem energia potencial. A energia potencial pode fazer um objeto se movimentar. 

Velocidade 

A velocidade média pode ser definida como a razão do deslocamento de uma partícula para um determinado intervalo de tempo (Serway, 2009). Reestruturando o conceito para compreensão dos estudantes, a velocidade ficou definida como: 

Todas as vezes que um objeto se move, ele sai de um lugar para outro. Esse movimento pode ser cronometrado, ou seja, pode-se medir o tempo. A distância percorrida pelo carrinho nesse tempo chama-se velocidade.

Aceleração 

A aceleração pode ser definida como a rapidez com que a velocidade muda em relação a um intervalo de tempo (Serway, 2009). Reestruturando o conceito para compreensão dos estudantes, a aceleração ficou definida como: 

Acelerar o carrinho é variar sua velocidade no decorrer do tempo. Quanto mais rápido fica o carrinho, mas acelerado ele está. Aceleração é o aumento da velocidade. 

Desaceleração 

A desaceleração pode ser definida como a aceleração negativa ou o momento em que o vetor velocidade e o vetor aceleração têm direções opostas (Serway, 2009). Reestruturando o conceito para compreensão dos estudantes, a desaceleração ficou definida como: 

Desacelerar o carrinho é diminuir a velocidade. Quanto mais desacelerado, mais o carrinho perde a velocidade. 

Atrito 

A força de atrito pode ser definida como a resistência que um meio exerce sobre objeto em movimento (Serway, 2009). Reestruturando o conceito para compreensão dos estudantes, a força de atrito ficou definida como: 

Atrito é uma força que faz com que o carrinho que está em movimento pare. Quanto mais áspera for a pista, mais forte é o atrito e mais rápido o carrinho em movimento para. 

Conclusão 

Diante do agregado concluímos que crianças de 11 a 12 anos conseguem compreender conceitos de física a partir de atividades lúdicas quando são conduzidas com essa finalidade. Acreditamos que o estudante, ao acostumar-se a realizar esse tipo de correlação (prazer/aprendizado), mude o seu olhar em relação à aprendizagem, passando naturalmente a compreender o porquê determinados fenômenos ocorrem, a importância dos instrumentos na compreensão desses e como seus pares podem auxiliar na construção de conclusões. Essa prática também possibilita que os estudantes percebam o motivo do avanço da tecnologia e da criação de aparelhos mais sofisticados, ou seja, compreendam que as ferramentas são apenas meio para se alcançar um objetivo, o conhecimento.

Nesse sentido, entendemos que a captação dos conceitos da Física pelos estudantes do ensino fundamental (anos finais) por intermédio de brincadeira com carrinhos de brinquedo é possível. Acreditamos que os conceitos que não foram compreendidos pelos alunos, assim ocorreram, não por erro do método, mas por erro de questionamentos. A busca dos questionamentos corretos indubitavelmente leva ao conhecimento e, um aluno que entende o sentido de energia potencial, energia cinética, velocidade, aceleração atrito etc. terá, certamente, tranquilidade em relacionar esses conceitos à matemática.

Com isso, podemos concluir que se esses conceitos forem apresentados a estudantes do ensino fundamental por meio de estímulos que eles reconheçam como prazeroso, e se esses estímulos forem revestidos por um arcabouço técnico permeado por questionamentos previamente construídos para realizar essa inter-relação, entendemos que o estudante, necessariamente, reconhecerá o conceito da Física nas brincadeiras que outrora considerava infantis, ou seja, tornará o conceito, antes frio, agora significativo.