Tecnologia aliada ao ensino de física revoluciona o estudo da queda de corpos
Com forte caráter experimental, nova proposta de ensino pretende corrigir ideias equivocadas que ainda são comuns nas salas de aula de forma simples, acessível e eficiente
Pintura sem título de Joseph Wright (1734–1797), conhecida como The Orrery. A experimentação é uma das ferramentas mais eficazes para transformar conceitos científicos em experiências de aprendizagem – Foto: Derby Museum and Art Gallery / Wikimedia Commons
Por que uma bolinha de papel e uma esfera de chumbo caem praticamente ao mesmo tempo quando abandonadas da mesma altura? Embora a física responda a essa pergunta há mais de quatro séculos, pesquisas em ensino mostram que muitos estudantes ainda acreditam que objetos mais pesados caem mais rapidamente do que objetos leves. Foi justamente para enfrentar esse desafio que pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP e da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira da Universidade Estadual Paulista (Unesp) desenvolveram uma proposta didática inovadora, publicada na revista internacional IEEE Revista Iberoamericana de Tecnologías del Aprendizaje.
A ideia de que objetos pesados caem mais rapidamente, bastante intuitiva, foi defendida por Aristóteles por volta do século 4 AEC (Antes da Era Comum) e permaneceu aceita durante muitos séculos. Somente no final do século 16, Galileu Galilei demonstrou que, desprezando a resistência do ar, todos os corpos caem ao mesmo tempo, independentemente de sua massa. Apesar desse conhecimento estar consolidado na ciência, diversos estudos mostram que essa concepção alternativa – termo técnico no campo da educação para designar conhecimentos prévios e explicações intuitivas que os alunos constroem antes da instrução formal – persiste entre estudantes de diferentes níveis de ensino.
Utilizando tecnologias de baixo custo, a proposta didática dos pesquisadores estimula os próprios estudantes a investigar, experimentalmente, o movimento de queda livre e construir suas conclusões a partir de evidências obtidas em tempo real. A atividade experimental foi desenvolvida utilizando um microcontrolador Arduino para controlar o sensor óptico (photogate). Durante o experimento, uma barra contendo faixas alternadas claras e escuras atravessa o sensor enquanto cai livremente.
O sistema experimental registra automaticamente os tempos de passagem de cada faixa e envia os dados diretamente para um computador, onde gráficos são gerados instantaneamente. O diferencial da proposta está na possibilidade de modificar facilmente a massa do corpo em queda.
Pequenos pesos metálicos são fixados na base da barra, aumentando sua massa sem alterar significativamente sua geometria. Dessa forma, os estudantes podem comparar experimentalmente quedas realizadas com diferentes massas e verificar, por meio dos próprios dados obtidos, que a aceleração da gravidade permanece praticamente a mesma.
“Hoje existem muitos microcontroladores e sensores que são muito baratos ou até estão disponíveis como ferramentas do celular. Alguns professores podem utilizar essas novas tecnologias para propor atividades experimentais ou fazer demonstrações”, conta Luiz Antônio de Oliveira Nunes, docente do IFSC, ao Jornal da USP. Segundo ele, a intenção dos pesquisadores é criar um material que seja totalmente acessível e que qualquer professor, em qualquer escola ou universidade, consiga reproduzir.
Uma ciência experimental
De acordo com os pesquisadores Luiz Antonio e Jéssica Fabiana M. dos Santos, coautora do artigo, observar essa evidência experimental ajuda os estudantes a confrontarem uma ideia bastante comum: a de que objetos mais pesados caem mais rápido. Em vez de apenas ouvir essa explicação durante a aula, eles passam a testá-la utilizando instrumentos de medida e análise de dados.
Outro aspecto importante da proposta é a utilização de estratégias de aprendizagem ativa. Antes da realização dos experimentos, os estudantes são convidados a prever o que acontecerá quando a massa da barra for alterada. Muitos afirmam que o objeto mais pesado deverá atingir o solo primeiro. Somente depois dessas previsões é que o experimento é realizado.
Ao compararem suas hipóteses com os resultados obtidos automaticamente pelo sistema, os alunos são incentivados a discutir as diferenças entre suas expectativas e as evidências experimentais. Esse processo favorece a reconstrução de conceitos e promove uma aprendizagem mais significativa, baseada na argumentação científica e na análise de dados.
“Eu já fiz várias experiências em sala de aula de, por exemplo, mostrar vídeos para tentar explicar os conceitos, e vi que isso não funciona. O interessante é mostrar o experimento, porque tem conceitos de física que o aluno absorve para se proteger de prova, mas ele não entende aquilo”, afirma Luiz Antônio Nunes.
“Dá pra perceber que os alunos não se convencem de que corpos com massas diferentes caem ao mesmo tempo somente explicando a teoria. Quando fazemos os experimentos, é notório que a percepção do aluno muda”
Essa abordagem aproxima a sala de aula da forma como a ciência realmente funciona: formular hipóteses, realizar experimentos, interpretar resultados e revisar explicações sempre que necessário. Além de facilitar a compreensão dos conceitos físicos, a utilização de microcontroladores torna a aula mais dinâmica e estimula os alunos a adotarem uma perspectiva investigativa diante dos fenômenos.
Para os autores, integrar tecnologias digitais ao ensino de Física significa muito mais do que modernizar o laboratório. Trata-se de incentivar o uso de tecnologias em sala de aula e criar situações em que os estudantes participem ativamente da construção do conhecimento científico, compreendendo não apenas os conceitos envolvidos, mas também como a ciência produz evidências e valida suas explicações.
O artigo Integrating Microcontrollers and Data Analysis in Mechanics Education: A STEM Approach to Free Fall foi publicado na revista internacional IEEE: Revista Iberoamericana de Tecnologías del Aprendizaje e pode ser acessado neste link.
Mais informações: e-mail luizant@ifsc.usp.br, com Luiz Antonio de Oliveira Nunes
*Estagiária sob orientação de Tabita Said
**Estagiária sob orientação de Simone Gomes
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