VOLUMEN 34, NÚMERO 1 | ENERO-JUNIO 2022 | PP. 31-41
ISSN: 2250-6101
DOI: https://doi.org/10.55767/2451.6007.v34.n1.37946
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REVISTA DE ENSEÑANZA DE LA FÍSICA, Vol. 34, n.o 1 (2022) 31
Investigação científica em sala de aula:
uma análise dos problemas
apresentados em uma atividade
didática e as possibilidades para a
abordagem didático-científica
Scientific investigation in the classroom: an analysis
of the problems presented in a didactic activity and
the possibilities for a didactic-scientific approach
Dioni Paulo Pastorio 1*, Tainá Almeida Fragoso 1
1
Instituto de Física, Universidade Federal de Rio Grande do Sul, Av. Bento Gonçalves 9500 - Caixa Postal 15051 - CEP
91501-970 - Porto Alegre, RS, Brasil.
*E-mail: dionipastorio@hotmail.com
Recibido el 14 de agosto de 2021 | Aceptado 2 de mayo de 2022
Resumo
Neste trabalho iremos apresentar e analisar os problemas que foram desenvolvidos para uma atividade de Resolução de Problemas
(RP) implementada através da metodologia Problem-Based Learning, buscando identificar aspectos que possibilitem a utilização da RP
como introdução ao processo de modelagem científica, a partir da teoria da modelagem didático-científica.
Palavras-chave: Resolução de Problemas; Ensino de Física; Problem-Based Learning; Modelagem Científica.
Abstract
In this work we will present and analyze the problems that were developed for a Problem Solving (RP) activity implemented through
the Problem-Based Learning methodology, seeking to identify aspects that allow the use of RP as an introduction to the scientific
modeling process, from the theory of didactic-scientific modeling.
Keywords: Problem solving; Physics teaching; Problem-Based Learning; Scientific Modeling.
I. PANORAMA DO ENSINO DE FÍSICA NO BRASIL
A educação é parte de um processo de integração à sociedade, em que o compartilhamento de conhecimentos e
atitudes se faz necessária para o convívio social e o desenvolvimento pessoal, a complexidade dos diferentes setores
que regem a vida na atualidade, de acordo com Berbel (2011), “(...) tem demandado o desenvolvimento de
capacidades humanas de pensar, sentir e agir de modo cada vez mais amplo e profundo, comprometido com as
questões do entorno em que se vive.” Essa integração passa pelo entendimento, pela transformação do senso crítico,
pela capacidade de identificação de problemas e busca por soluções; nos dias atuais, de acordo com Bezerra, Gomes
e Souza (2009), exige-se a formação de cidadãos que questionem a realidade.
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No que diz respeito ao ensino de ciências no Brasil, mais especificamente da Física, é importante lembrar que esta
disciplina foi desmerecida no início da formação das instituições de ensino no Brasil, sendo bastante influenciada pelo
contexto econômico, social e político. Diversas medidas e reformas adotadas pelos governos, no âmbito educacional,
acabaram prejudicando o ensino de Física na educação básica, o que reflete diretamente na carência de conhecimento
dessa disciplina nos alunos que chegam no ensino superior, além da baixa procura pela carreira científica (Diogo e
Gobara, 2007; Rosa e Rosa, 2012).Pode-se dizer que o ensino de Física foi impulsionado a partir de 1960 com o início
da corrida espacial, que proporcionou grande desenvolvimento científico e tecnológico (Costa e Barros, 2015). Com
isso, o ensino de Física passou a ser observado como uma área a ser desenvolvida e diversas preocupações a respeito
do tema começaram a emergir. Ainda na década de 60, após a implementação do projeto Physical Science Study
Committee, nos Estados Unidos e depois na América Latina
1
, o ensino de Física começou a ser incentivado como parte
do progresso necessário para o desenvolvimento tecnológico do país. E então, foi nesse contexto que surgiram
também as preocupações relacionadas diretamente ao ensino de aprendizagem de física.
Embora o tema já tenha baseado diversos trabalhos e pesquisas desde o século XX, ainda assim, muitos dos
debates propostos e explorados no início da pesquisa no ensino de Física continuam ainda hoje, de forma que as
problemáticas seguem constantemente preocupando professores e pesquisadores (Rosa e Rosa, 2012). O final do
século XX foi marcado pela reforma do ensino no Brasil. A Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB) e a
elaboração dos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio – PCNEM –, apontam competências,
relacionadas ao ensino de Física, que são importantes referências para a evolução do ensino dessa disciplina e que,
apesar do enfoque na Educação Básica, apresentam importantes conceitos e práticas que também precisam ser
desenvolvidas no Ensino Superior. Essas competências visam transformar o ensino tradicional baseado na leitura
extensiva dos livros a manuais didáticos, dos conceitos e fórmulas desarticuladas com a realidade da natureza e com
a automatização das resoluções de exercícios como prática de aprendizagem (Rosa e Rosa, 2012). O ensino de Física
deve desenvolver o pensamento e a cultura científica, de forma a despertar o interesse do aluno acerca dos conteúdos
e do desenvolvimento da ciência, de acordo com Moreira (2018), o conhecimento da Física é importante para a
cidadania e “(...) aprender Física pode levar ao desenvolvimento de processos cognitivos, de uma consciência
epistemológica e crítica.” O trabalho do professor, além de apresentar conteúdos de determinadas disciplinas, é
também de compartilhar conhecimentos e experiências para a construção do aprendizado. Para discutir sobre o
ensino de Física, é importante ter a visão do professor sobre as práticas que proporcionam uma aprendizagem
significativa, com o intermédio de ferramentas educacionais como os livros didáticos e as tecnologias de informação
e comunicação (TDIC). A visão de que o professor é detentor do conhecimento absoluto já não tem suporte em um
mundo globalizado, em que há um grande dinamismo na obtenção de informações. Alunos e professores agora são
parceiros na busca pelo conhecimento e pelo entendimento (Bezerra, Gomes, Melo e Souza, 2009).
Um dos grandes problemas no ensino de Física do Brasil é a falta de contextualização dos conteúdos, de acordo
com Moreira (2018), um erro bastante comum no ensino de Física é começar a ensinar sem utilizar situações que
tenham sentido para os alunos. O desenvolvimento dos conteúdos de Física devem apresentar situações que sejam
identificadas pelos alunos, que façam parte das suas realidades e de seus contextos sociais. O estudo baseado em
situações do cotidiano faz o aluno desenvolver não somente o conhecimento dos conteúdos, mas também a
capacidade de pensar em soluções para problemas que podem surgir ao longo de sua vida pessoal e profissional,
tornando a aprendizagem significativa (Bezerra et al., 2009). É claro que a aprendizagem não pode ser baseada
somente nas situações cotidianas, de acordo com Moreira (2000, p. 95), “(...) é um erro ensinar Física sob um único
enfoque, por mais atraente e moderno que seja. Por exemplo, ensinar Física somente sob a ótica da Física do cotidiano
é uma distorção porque, em boa medida, aprender Física é, justamente, libertar-se do dia-a-dia.” Por isso, esta é
apenas uma maneira de incentivar o estudo da disciplina, de forma que, posteriormente, novas situações mais
complexas ou mais abstratas possam ser compreendidas também. Além disso, a contextualização dos conteúdos torna
as aulas mais atraentes para os alunos, que se sentem mais motivados, pois o desejo de compreender o mundo ao seu
redor é uma característica dos indivíduos modernos (Bezerra et al., 2009).
A. A Física no Ensino Superior
Nos cursos de Física do Ensino Superior, são várias as problemáticas que surgem em relação aos métodos utilizados
pelas instituições de ensino e pelos professores. As universidades parecem ter uma dificuldade muito maior em se
libertar das aulas expositivas, dos planos de ensino obsoletos e imutáveis, e das longas e cansativas listas de exercícios,
resultado de uma cultura de ensino essencialmente tradicional (Oliveira, 2016; Lacerda e Santos, 2018), baseado
naquilo que Paulo Freire determinou como Educação Bancária. De acordo com Moreira (2000, p. 95), “Possivelmente,
os estudantes que sobrevivem acabam saindo bacharéis ou licenciados em Física nem precisassem ter tido o ensino
1
Trazido ao Brasil em 1962 por meio do Instituto Brasileiro de Educação, Ciência e Cultura (IBCC) com apoio do Ministério da Educação.
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que tiveram. Trata-se muito mais de seleção natural do que de aprender em função do ensino.” Ainda em conformidade
com Moreira (2000), a Física Geral oferecida aos alunos da graduação é, muitas vezes, conteudista e massificada, como
se o fundamental esteja no cumprimento do plano da disciplina, sem que exista a preocupação sobre o processo de ensino
e aprendizagem desenvolvido, somado ao fato de representar conteúdos elementares do longo processo formativo
ao qual estarão expostos em sua graduação. Como disciplina introdutória, a Física Geral colabora para que os discentes
percebam a importância da integração das teorias com o laboratório, entendam as diferentes possibilidades que se
encontram dentro da pesquisa ou na docência e, principalmente, como se dá o processo de construção do
conhecimento científico colaborativo; levando essas questões para dentro de sua formação, muitas vezes, para além
da conclusão de seus estudos.
Por isso, é fundamental buscar transformações no ensino de Física, as quais passam pela adoção de práticas que
transformem o processo de ensino-aprendizagem. Pensar em formas de incentivar os alunos ao pensamento crítico, à
resolução de problemas com o uso do conhecimento adquirido – de forma que eles consigam levar esses
conhecimentos para um contexto além da sala de aula – e motivá-los a complementar seus estudos através das
ferramentas disponíveis, faz parte da aprendizagem significativa que oferecem as diferentes metodologias ativas de
ensino, propostas estas que apresentam perspectivas reais em relação à melhoria do ensino de Física no Brasil e no
mundo.
II. A IMPORTÂNCIA DA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS NO ENSINO DE FÍSICA
Neste trabalho, iremos abordar os problemas que foram desenvolvidos em uma das atividades didáticas (AD) de
resolução de problemas (RP) implementada em uma turma de Física Geral uma universidade pública brasileira no
contexto de um projeto de ensino voltado para combater a evasão dos alunos de graduação em Física, utilizando
metodologias ativas como prática de ensino primordial. Antes de apresentar os detalhes específicos da atividade, no
entanto, definiremos o que são, em nossa perspectiva, problemas e qual a diferença destes em relação aos exercícios.
Um problema apresenta uma situação na qual não há a disposição de procedimentos automáticos para solucioná-
la sem que haja um processo de reflexão ou de tomada de decisões sobre os passos a serem seguidos (Echeverría e
Pozo, 1998), ele necessita da análise da situação para identificar as ferramentas, modelos e conhecimentos que podem
ser utilizados para a solução, esses fatores não se mostram claros de forma instantânea, eles devem ser pensados e
desenvolvidos conforme o objetivo estabelecido após o entendimento do problema.
A distinção entre problemas e exercícios é bastante sutil e não pode ser apresentada em termos absolutos, ou seja,
dependerá de cada indivíduo, dos seus conhecimentos prévios e entendimento das situações (Peduzzi, 1997).
Enquanto a solução de problemas requer a reflexão e a análise citadas anteriormente, os exercícios podem ser
resolvidos de forma automatizada, seguindo uma sequência de passos conhecida que não necessita de um
pensamento crítico dos alunos, de acordo com Clement e Terazzan (2012, p. 100), “Numa atividade envolvendo apenas
exercícios(...) o que se observa é o uso de rotinas/passos automatizados, quer dizer, as situações com as quais o
indivíduo se depara já são por ele conhecidas, podendo ser resolvidas por meios ou caminhos habituais.” Os problemas
têm o objetivo de oferecer uma aprendizagem mais completa; ainda que o conhecimento dos procedimentos
abordados na resolução de exercícios seja importante, devem ser apenas uma parte do processo de resolução de
problemas, que requer uma análise de casos de forma a aprofundar os conceitos aprendidos.
Esse debate acerca das diferenças entre problemas e exercícios tem sido um importante motor para o
desenvolvimento de metodologias que envolvam as RP dentro do ensino de Física, em que existe a utilização massiva
de exercícios como ferramenta de aprendizagem – para a qual se memorizam expressões, leis e sequências de
resolução –. É importante ressaltar que o uso de atividades com resolução de exercícios não deve ser condenada, mas
sim ampliada, de forma a não ser a única maneira de colocar em prática os conhecimentos adquiridos; visto que, através
da resolução de exercícios, os alunos podem desenvolver a consolidar habilidades que os preparem para situações mais
elaboradas (Peduzzi, 1997), como as atividades de resolução de problemas abertos, investigativos e em forma de
colaboração com os demais pares.
Além da diferenciação entre problemas e exercícios, pode-se também caracterizar os problemas em duas diferentes
classes, os problemas abertos e os fechados. Os problemas fechados podem oferecer dados numéricos e apresentar
de forma explícita os tópicos que devem ser abordados em sua solução. Já os problemas abertos são caracterizados
por uma contextualização mais abrangente, mais próxima da realidade e não apresentam de forma específica os
dados, proporcionando ao aluno a experiência de refletir sobre o processo de construção dessa solução. De acordo
com Oliveira, Araujo e Veit (2020, p. 3) a resolução de problemas abertos:
É uma sequência de ações na qual o solucionador se envolve em um diálogo com os elementos do problema. Nesse modelo,
deve-se reconhecer as perspectivas divergentes, coletar evidências para apoiar ou rejeitar propostas, e sintetizar o próprio
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entendimento da situação, em vez de buscar uma solução exemplar, automatizada.
Apesar de oferecer as vantagens destacadas, em um contexto de desenvolvimento de habilidades diversas dentro
de uma proposta de tarefa de resolução de problemas, a forma como essas atividades são desenvolvidas deve ser
cuidadosa, para que não ocorra um desvio dos objetivos da aplicação. O professor não deve tratar a resolução de
problemas como uma atividade comum, de resolução linear, que não gere dúvidas ou não exija tentativas por parte dos
alunos; essas atividades precisam mobilizar conhecimentos já construídos e desenvolver outros novos (Peduzzi, 1997),
aproximando a aprendizagem aqui definida daquilo que a comunidade científica define como aprendizagem
significativa.
Assim sendo, é essencial que as atividades que envolvam resolução de problemas sejam planejadas com foco nas
habilidades que os alunos precisam desenvolver no processo de solução, funcionando como um instrumento de
aprendizagem e de retomada dos conhecimentos adquiridos durante o processo educacional, assim como oferecer
um dinamismo em que aspectos da investigação científica estejam presentes.
III. AS METODOLOGIAS ATIVAS PARA SUPERAR O INSUCESSO NO ENSINO DE FÍSICA
A discussão sobre os processos de ensino-aprendizagem vem sendo realizada há vários anos, passando por diferentes
contextos sociais, culturais e tecnológicos, de forma que se tornam indispensáveis alternativas metodológicas que
estejam em consonância às necessidades da sociedade (Pasqualetto, Veit e Araujo, 2017).
O modelo tradicional de ensino se fundamenta em uma visão enciclopedista, em que o conhecimento se divide em
disciplinas e é transmitido pelo docente, além disso, esse modelo se baseia na memorização e reprodução dos
conteúdos (Lacerda e Santos, 2018). Todas essas características, no entanto, podem se resumir à passividade do corpo
discente em relação ao processo de aprendizagem. Os estudantes permanecem, na maior parte das vezes, alheios às
discussões em sala de aula e, portanto, não são participantes da própria aprendizagem. Esse modelo é utilizado há
vários anos, tanto na Educação Básica, quanto no Ensino Superior (para Freire, educação bancária), porém, não
acompanhou as diversas mudanças pelas quais a sociedade passou, principalmente nos últimos quase trinta anos da
popularização da internet. De acordo com Morán (2015, p. 16),
Os métodos tradicionais, que privilegiam a transmissão de informações pelos professores, faziam sentido quando o acesso
à informação era difícil. Com a Internet e a divulgação aberta de muitos cursos e materiais, podemos aprender em qualquer
lugar, a qualquer hora e com muitas pessoas diferentes.
Nesse contexto, surge a necessidade de discutir, desenvolver e pôr em prática novas metodologias de ensino que
estejam não somente de acordo com as transformações da sociedade, mas também com as características do cidadão
e do profissional que se quer educar para o mundo. As metodologias precisam guiar-se pelo que se espera que seja
desenvolvido através delas; se queremos alunos proativos, necessitamos propor metodologias em que os alunos
precisam refletir sobre situações complexas, tomar decisões e avaliar resultados (Morán, 2015). Dessa forma, se no
processo pedagógico os alunos se envolvem de maneira a perguntar, discutir, fazer e ensinar, então será sujeito
principal da própria aprendizagem, construindo seu conhecimento de forma ativa e não apenas recebendo
passivamente do professor (Gewehr, Strohschoen, Marchi, Martins e Schuck, 2016).
As metodologias ativas de ensino proporcionam ferramentas e conceitos que auxiliam nas mudanças didático-
pedagógicas necessárias para uma profunda modificação dos preceitos relacionados à sala de aula e à atuação de
alunos e professores. Essas metodologias apontam que a forma mais eficaz de aprender é combinando atividades,
desafios e informações contextualizadas; com elas, o aprendizado acontece por meio de problemas e situações
reais ou simuladas, muitas das quais os alunos irão experimentar em suas vidas profissionais, no futuro (Morán, 2015).
De forma geral, essas metodologias “(...) baseiam-se em formas de desenvolver o processo de aprender (...)”,
conforme Berbel (2011, p. 29).
O ensino de Física no Ensino Superior traz diversos debates sobre a relação método tradicional versus métodos
ativos de ensino, visto que a universidade é um ponto de partida fundamental na formação dos profissionais. Dessa
forma, os alunos precisam de uma educação continuada e que dê conta não somente dos conteúdos exigidos, mas
também da formação sócio-interacionista (Wall, Prado e Carraro, 2008). De acordo com os autores, essas propostas
pedagógicas devem ter enfoque no sujeito, em que o professor é um facilitador da aprendizagem, desenvolvendo
fundamentalmente uma ação de mediação entre os entes envolvidos no processo de ensino (conteúdo/estudantes).
Essas são características construtivistas como as citadas por Lacerda e Santos (2018) em seu trabalho sobre a
integralidade na formação do Ensino Superior; os autores afirmam que uma grande parte do insucesso nesse nível de
ensino (evasão, repetência e deformação profissional) decorre da insuficiência da Educação Básica, por isso também
é tão importante buscar esse desenvolvimento dentro das universidades, sanando alguns dos problemas causados
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pelas experiências pedagógicas anteriores dos alunos.
Em relação aos docentes, a formação dos professores é um debate recorrente quando o assunto é a eficácia das
metodologias de ensino e a evolução das ferramentas educacionais (Moreira, 2018). Apesar do progresso na pesquisa
em ensino de Física, ainda são grandes os problemas enfrentados pelos docentes para se adaptarem a novas formas
de ensinar, às diferentes propostas didáticas e, principalmente, ao uso das TDIC. Por isso, a mudança nos parâmetros de
ensino-aprendizagem deve se voltar não somente à sala de aula ou aos diferentes métodos de ensino, mas também
para a formação de professores, a fim de que os futuros professores estejam preparados para participar do processo
de ensinagem no contexto atual da educação.
Por parte do professor, as metodologias ativas requerem flexibilidade e a capacidade de alcançar o aluno, de forma
que este compreenda a importância de tornar-se protagonista da própria aprendizagem, ativo e crítico. Para isto, de
acordo com Wall et al. (2008, p. 517),
...as técnicas de ensino utilizadas, devem propiciar que se trabalhe a representação do conjunto das questões, estimulando
a comunicação, o trabalho em equipe, os contratos que se fazem, bem como as formas de convivência, permitindo a
manifestação e levando em conta o tempo de aprendizagem de cada aluno.
Diante do que foi exposto, a aprendizagem baseada em problemas (PBL, do inglês Problem-Based Learning)
mostra-se como uma modalidade das metodologias ativas de ensino-aprendizagem, que se diferencia de outras
propostas por apresentar elementos essenciais para o ensino técnico-científico (Berbel, 2011). Essa metodologia se
baseia no desenvolvimento de atividades de resolução de problemas, com o objetivo de que o aluno estude, pratique
e, consequentemente, aprenda os conteúdos. O PBL, de acordo com Studart (2019, p. 18), “(...) em suma, consiste em
situações-problemas ou problemas pouco estruturados, visando a aprendizagem de conceitos, teorias e
desenvolvimento de habilidades na solução destes dentro da sala de aula.” A metodologia, apesar de pressupor um
conhecimento prévio em relação ao assunto que será abordado nos problemas, guia o aluno através dos
conhecimentos e habilidades que precisam ser resgatados ou aprendidos para a análise e solução dos problemas
apresentados. O PBL baseia-se no pressuposto de que a forma como os conhecimentos estão estruturados na
memória os tornam mais ou menos acessíveis, de forma que a metodologia parte desse pressuposto para auxiliar os
alunos a reestruturarem o conhecimento aprendido para que se ajustem a diferentes situações problemas e contextos
(Ribeiro, 2010).
Ainda de acordo com Ribeiro (2010), o PBL pode estimular a motivação dos alunos através dos processos e
discussões contempladas e que são relevantes para suas formações profissionais, e aqui está um dos principais fatores
que fazem dessa metodologia uma ferramenta pertinente para superar o insucesso no ensino de física. Além disso, a
atuação dos alunos dentro das atividades que envolvem o PBL são, justamente, carregadas dos preceitos citados
anteriormente e se relacionam com os objetivos principais dessa metodologia, dentre eles, promover aprendizagem
com uma base integrada de conhecimentos e que se constituem em torno de problemas reais, juntamente com o
desenvolvimento de habilidades em relação ao aprendizado e ao trabalho em grupo. Para Ribeiro (2010), então, os
alunos são motivados a cumprir algumas tarefas dentro do PBL, dentre elas a exploração do problema, o levantamento
de hipóteses, a identificação de questões de aprendizagem, as tentativas e erros aos tentar solucionar os problemas,
a identificação dos saberes necessários e a própria reflexão a respeito da atividade, tarefas essas que são importantes
a medida que confrontam alguns dos principais problemas observados no ensino e aprendizagem de física discutidos
nas sessões anteriores.
Cabe destacar, é claro, que não há apenas uma forma correta de ensinar, nem mesmo um conjunto de
metodologias ou práticas absolutas que garantem o sucesso da aprendizagem e da formação do aluno, pois tudo isso
depende de cada indivíduo. Não há como atingir todos os alunos ao mesmo tempo e por essa razão é tão importante
pesquisar e manter vivo o debate sobre os métodos de ensino e as práticas pedagógicas.
Definidos, discutido e caracterizados os métodos e ferramentas didáticas utilizadas, seguimos agora com um relato
sobre a construção das atividades didáticas.
IV. METODOLOGIA E OBJETIVOS
Neste trabalho tratamos de uma pesquisa descritiva qualitativa, que não se preocupa com representatividade
numérica, mas sim em trazer uma análise a respeito de problemas propostos em uma AD e que podem ser relevantes
diante da discussão sobre ensino-aprendizagem de física e as possibilidades da modelagem didático-científica.
A metodologia utilizada foi a análise de conteúdo de Bardin (2010), cuja intenção é inferir conhecimentos a
respeito das condições de produção (ou recepção) das mensagens. Essas inferências auxiliam a responder questões a
respeito da motivação de determinados enunciados e as consequências destes enunciados, em termos dos possíveis
efeitos que eles podem causar. Para Bardin (2010, p. 44) a análise de contúdo é “Um conjunto de análise das
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comunicações visando obter por procedimentos sistemáticos e objetivos de descrição do conteúdo das mensagens
indicadores[...] que permeiam a inferência de conhecimentod relativos às condições de produção/recepção [...]dessas
mensagens.”
A análise, portanto, segue os passos definidos por Bardin (2010): pré-análise, organização do material; exploração
do material; tratamento dos dados, em que serão identificadas caracteríticas que colocam os problemas em duas
possíveis categorias (aberto ou fechado); inferência, cujas análises serão qualitativas e baseadas nos invariantes
operatórios apresentados e, por fim, a interpretação. Vale ressaltar que, apesar da autora sugerir uma abordagem
quantitativa para a análise de conteúdo, deixa claro que o método não é necessariamente quantitativo.
A leitura realizada não é, portanto, unicamente literal, mas pretende buscar sentidos que podem estar associados
a objetivos específicos da produção da mensagem, no caso deste trabalho, as habilidades e conhecimentos que se
mostram necessárias para a resolução de problemas abordados em um AD e que caracterizam, ou não, problemas
abertos como definidos na seção 2, além disso, como se relacionam com a modelagem científica quando
compreendem invariantes operatórios utilizados em ambas situações, em menor ou maior grau de complexidade.
O presente trabalho, portanto, tem como problema de pesquisa a identificação de aspectos que possibilitem a
utilização da RP – empregada em uma AD através do PBL, conforme descrito – como introdução ao processo de
modelagem científica, a partir da teoria da modelagem didático-científica, através da análise dos problemas
propostos. Além disso, temos com objetivos específicos (a) caracterizar os problemas propostas na perspectiva da
modelagem didático-científica; (b) proporcionar possibilidades de abordagens para atividades didáticas como a
apresentada; e (c) delinear problemas de pesquisa futuros.
V. A AD CONSTRUÍDA
A AD apresentada neste trabalho faz parte de um conjunto de atividades que foram desenvolvidas em turmas de Física
Geral I – A em um curso de Física do Ensino Superior de uma universidade pública do Brasil. Durante dois semestres
foram implementadas diferentes metodologias ativas de ensino, como citado na seção 3, como parte de um programa
de combate à evasão de alunos, principalmente da licenciatura. Para auxiliar no desenvolvimento dessas propostas, a
disciplina contava com monitores que estavam envolvidos na maioria dos processos de planejamento e aplicação, tais
como o desenvolvimento de problemas para as AD.
Como uma forma de apresentar aos alunos as AD de RP que seriam desenvolvidas ao longo do semestre, uma
atividade inicial foi proposta, em que foram dispostos em grupos a fim de resolver uma tarefa de RP. Mais tarde, um
dos problemas dessa tarefa foi analisado e solucionado em aula com os monitores. Uma apresentação foi montada
para exemplificar uma tarefa de RP, mostrando estratégias de resolução de problemas em física básica, quais
caminhos e percepções poderiam auxiliar na análise das situações.
As estratégias expressas em etapas, baseadas na sequência apresentada por Clement e Terazzan (2012),
propunham formas de abordar o problema de maneira a conduzir um pensamento crítico da situação utilizando
concepções da Física. Entre essas etapas estavam:
• Listar os dados, quando existentes e expressar as grandezas envolvidas;
• Listar a(s) grandeza(s) incógnita(s);
• Analisar qualitativamente a situação problema, elaborando as hipóteses necessárias;
• Situar e orientar o sistema de referência de forma a facilitar a resolução do problema;
• Quantificar a situação-problema, escrevendo uma equação de definição, lei ou princípio em que esteja
envolvida a grandeza incógnita e que seja adequada ao problema;
• Desenvolver o problema literalmente, fazendo as substituições numéricas, se necessário, apenas ao final;
• Analisar criticamente o resultado indicado.
Visto isso, essas mesmas estratégias foram utilizadas para resolver o problema proposto apresentado, já
oferecendo aos alunos um feedback da atividade de RP que eles haviam realizado. Por fim, explicou-se como seriam
realizadas as AD de resolução de problemas ao longo do semestre.
Ao todo, cinco atividades de RP foram realizadas, incluindo a primeira, introdutória, já mencionada. Essas tarefas
eram propostas após o desenvolvimento do conteúdo da disciplina, que era dividida com base no livro texto de
referência
2
. Ou seja, os conteúdos abordados sempre estavam relacionados com aquela etapa específica da disciplina.
Baseada na metodologia descrita na seção 4, as atividades de RP eram realizadas em grupos que podiam ou não
serem organizados pelo professor ou monitores. Após a formação dos grupos, os problemas propostos eram entregues
2
Halliday, D., Resnick, R. & Walker, J. Fundamentos de Física, Vol. 1.
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aos grupos e eles possuíam o período da aula para desenvolver suas soluções, sempre promovendo o debate e a
pesquisa com o intuito da melhor resolução possível . Ao finalizar a atividade, os grupos entregavam suas soluções
para quem pudessem ser analisadas e, posteriormente, recebiam um feedback com um dos caminhos possíveis de
solução, específicamente aquele escolhido pelo grupo, explicitando a todos os participantes que esta é apenas uma
dentre as múltiplas possibilidades de resolução, afinal, estamos tratando da definição de problemas, os quais não
detêm uma única forma de abordagem.
A articulação teórica apresentada na conjuntura deste artigo não acompanha os resultados empíricos da aplicação
das AD, no entanto, está apoiada pelos estudos realizados previamente no contexto do Programa de
Acompanhamento Discente, mostrados no trabalho de Ribeiro, Pigosso e Pastorio (2019), que apresenta os resultados
de uma implementação utilizando as perspectivas de situações problemas.
Vamos agora apresentar e analisar, do ponto de vista teórico, umas das atividades de resolução de problemas que
foi desenvolvido no contexto apresentado anteriormente.
VI. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS PROBLEMAS
Os problemas propostos nas atividades de RP podiam ser originais ou baseados em existentes, sempre trazendo
situações contextualizadas que pudessem ser compreendidas pelos alunos como uma forma de transposição dos
conteúdos estudados para o mundo real. Além disso, os problemas têm aspectos diferentes em relação às estratégias
que podem ser utilizadas para sua solução, podendo apresentar características de situações-problema mais abertas
ou mais fechadas.
Com essa premissa, primeiramente, escolhemos uma das atividades de RP desenvolvidas para analisar os problemas
propostos, cujos conteúdos conceituais envolvem vetores, movimento bidimensional e relativo. A partir desses problemas,
buscamos identificar em cada um deles as características de problemas abertos e fechados, de forma a poder classificá-los
nessas duas categorias de problemas discutidas na seção 2. As características selecionadas para esse processo foram:
• Apresenta/ou não contextualização;
• Oferece/ou não dados explícitos;
• Necessita de reflexões sobre as condições do problema;
• Necessita de um levantamento de hipóteses;
• Necessita de estimativas;
• Espera soluções bem específicas;
• Espera soluções com reflexões a cerca do problema.
O Quadro I apresenta os problemas abordados e identifica quais características previamente selecionadas são
encontradas em cada um deles, de forma a podermos definir em qual categoria de problemas eles se encontram.
Quadro I. Apresentação dos problemas e categorização.
Problema proposto
Características
Categoria
P. 1
1. No dia 6 de maio de 2018 o vulcão Kilauea, no Havaí, entrou em erupção. Esse vulcão
tem apenas 1456 m e está a cerca de 15km da região habitada mais próxima. Nessa
erupção específica cerca de 30 casas foram destruídas e 2mil pessoas evacuadas.
Suponha que as casas sejam destruídas por “bombas de lava” lançadas a partir do vulcão.
a) Com que ângulo mínimo uma rocha deve ser lançada para atingir as casas mais
próximas? Qual será a velocidade nesse ângulo? Essa velocidade é possível?
b) No caso em que o ângulo fosse de 35°, qual seria o tempo de percurso?
Qual o raio você sugeriria que fosse evacuado, considerando a velocidade máxima de 200
m/s?
Apresenta
contextualização
Problema
fechado
Oferece dados explícitos
Espera soluções bem
específicas
P. 2
2. Um índio, com uma zarabatana quer atingir um coco pendurado em um coqueiro,
porém ele não vê que um macaco já havia pegado aquele coco. O índio mira diretamente
para o alvo. O macaco, ao ver a flecha deixar a arma, solta o coco no mesmo instante.
Mostre que o coco será atingido, qualquer que seja a velocidade inicial do dardo, desde
que ela seja suficiente para cobrir a distância horizontal à árvore, antes de atingir o solo.
Apresenta
contextualização
Problema
aberto
Não oferece dados
explícitos
Necessita de reflexões
sobre as condições do
problema
Necessita de um
levantamento de
hipóteses
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Problema proposto
Características
Categoria
Necessita de
estimativas
Espera soluções com
reflexões a cerca do
problema
P. 3
3. “Um cruzeiro vindo dos Estados Unidos com mais de 4.200 pessoas a bordo está à
deriva no litoral do México pelo segundo dia consecutivo, após um incêndio na sala de
máquinas da embarcação, informou a polícia marítima americana.
O MS Carnival Triumph, com bandeira das Bahamas, encontra-se acerca de km da
península de Yucatán, enquanto espera a chegada de um navio-rebocador para levá-lo
ao porto mexicano de Progreso.
Nenhum dos 3.143 passageiros e dos 1.086 tripulantes a bordo ficaram feridos no
incêndio. A companhia responsável pelo cruzeiro disse que todos estão recebendo
alimentos e bebidas procedentes de um segundo navio Carnival na região.”
(Fonte:http://g1.globo.com/mundo/noticia/2013/02/cruzeiro-com-4200-pessoas-
bordo-ficaderiva-no-litoral-do-mexico.html)
Enquanto esperam pelo resgate, o governo do México enviou um avião com suprimentos
para os passageiros e tripulantes ilhados. Suponha que, para acertar o alvo, o avião deve
estar na direção horizontal, com velocidade constante e a uma altura específica para
acertar o alvo. A correnteza do mar faz com que o barco tenha uma velocidade
aproximadamente constante. Qual deve ser a distância entre o avião e o cruzeiro, no
momento em que o suprimento é largado, para atingir o cruzeiro se:
a) O avião está no mesmo sentido que o da correnteza?
b) O avião está no sentido contrário da correnteza?
c) Analise os dois resultados. Qual o motivo da diferença entre as equações?
Apresenta
contextualização
Problema
aberto
Não oferece dados
explícitos
Necessita de reflexões
sobre as condições do
problema
Necessita de um
levantamento de
hipóteses
Necessita de
estimativas
Espera soluções com
reflexões a cerca do
problema
De acordo com Brandão, Araujo e Veit (2011), os conceitos de idealização, aproximação, referente, variável,
parâmetro, domínio de validade, grau de precisão, expansão e generalização de modelos científicos, que são
entendidos como referências na estruturação de modelos e no processo da modelagem científica, “(...) compõem o
que se entende por campo conceitual da modelagem científica em Física (...)” (Brandão et al., 2011, p. 527).
Utilizando a metodologia de análise empregada no trabalho de Brandão et al. (2011) e Oliveira, Araujo e Veit
(2020), vamos buscar identificar nos caminhos do processo de resolução dos problemas as características da
modelagem de problemas de física a partir da modelagem didático-científica (MDC). De acordo com a definição
dada por esses autores e revisitada por Oliveira et al. (2020) em termos da MDC, o campo conceitual da modelagem
didático-científica em Física é constituído por três conjuntos:
• Conjunto das situações que dão sentido aos conceitos associados à noção de modelo e ao processo de
modelagem científica em Física;
• Conjunto de invariantes operatórios de caráter geral e de caráter específico;
• Conjunto de representações simbólicas que podem ser usadas para indicar esses invariantes, as situações e os
procedimentos de modelagem para lidar com elas.
Pretendemos mostrar, através dessa análise, que os problemas desenvolvidos nessas atividades podem ajudar no
desenvolvimento do pensamento científico, em menor ou maior grau, de acordo com suas características estruturais,
baseando-se nas constatações de Oliveira (2018), que permite “(...) enxergar as atividades didáticas de problemas
abertos em Física como atividades de construção, exploração, uso e validação de modelos” (Oliveira, 2018, p. 156).
No Quadro II analisamos os problemas do ponto de vista dos invariantes operatórios gerais e específicos
apresentados no Brandão et al. (2011). A identificação dessas características deve exemplificar como o processo de
resolução de problemas abertos pode ser entendido como um processo de modelagem didático-científico.
Quadro II. Invariantes operatórios identificados no processo de resolução.
Invariantes Operatórios
Aplicações
P. 1
Representar a situação física de modo esquemático
considerando conceitos físicos apreendidos.
Utilizar as informações dadas para esquematizar o problema.
Posicionar o vulcão, descrever sua altura e a posição da
aldeia em relação ao vulcão.
Identifica-se o sistema físico e a partir disso apreende-se
conceitos e formulações chaves
Trata-se de uma questão que envolve lançamento oblíquo,
MRU e MRUV. Utilizar equações de movimento.
Identificado o sistema físico idealizado, decidir quais
Ignorar resistência do ar, a natureza dos vulcões, o complexo
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Invariantes Operatórios
Aplicações
simplificações serão assumidas.
de movimentos na erupção e a composição dos materiais, por
exemplo.
Identificar as variáveis necessárias para representar o sistema
físico, quais delas possuem valores numéricos e quais
precisam ser calculadas.
Ângulo mínimo de lançamento, velocidade inicial, velocidades
horizontal e vertical, tempo de percurso, alcance.
Identificar os parâmetros fixos no tempo e as variáveis.
O ângulo de lançamento das rochas, assim como a aceleração
gravitacional e a componente horizontal da velocidade são
fixas. Da mesma forma, a posição da aldeia é fixa. A velocidade
vertical das rochas é variável.
Analisar a razoabilidade dos resultados obtidos através do
modelo e do sistema explorado.
Tal como na questão sobre a velocidade ser possível ou se o
ângulo mínimo é razoável para uma situação como a que foi
proposta.
P. 2
Formular hipóteses e questões sobre a situação que podem
auxiliar na resolução do problema.
O dardo é lançado fazendo um certo ângulo com a horizontal
e parte de uma certa altura vertical, o coco é lançado também
de certa altura vertical. O que poderia ocorrer se não
houvesse a aceleração gravitacional? Em que momento o
dardo e o coco se cruzam?
Decidir que tipo de representação construir para responder às
questões.
Adotar um referencial, perceber a questão do lançamento
oblíquo.
Representar a situação física de modo esquemático
considerando conceitos físicos apreendidos.
Utilizar as informações dadas para esquematizar o problema.
Escolher uma posição favorável para esquematizar os objetos
do sistema no referencial adotado (posição inicial do dardo e
posição inicial do coco).
Identifica-se o sistema físico e a partir disso apreende-se
conceitos e formulações chaves
Trata-se de uma questão que envolve lançamento oblíquo,
MRU e MRUV. Utilizar equações de movimento.
Identificado o sistema físico idealizado, decidir quais
simplificações serão assumidas.
Ignorar resistência do ar e composição dos materiais, por
exemplo.
Identificar as variáveis necessárias para representar o sistema
físico, quais delas possuem valores numéricos e quais
precisam ser calculadas.
Ângulo de lançamento, altura do lançamento, altura inicial do
coco, posição final horizontal e posição final vertical dos
elementos.
Identificar os parâmetros fixos no tempo e as variáveis.
O ângulo de lançamento do dardo é fixo, assim como a
aceleração gravitacional e a componente horizontal da
velocidade. As posições vertical e horizontal do dardo são
variáveis no tempo, assim como a posição vertical do coco.
Expandir o sistema físico para a situação concebida.
Trazer os conceitos e formulações do movimento
bidimensional para o caso em questão, qual a influência da
aceleração gravitacional para esse tipo de problema? O que
são as componentes da velocidade inicial e porque se
comportam de diferentes maneiras?
Analisar a razoabilidade dos resultados obtidos através do
modelo e do sistema explorado.
A solução obtida está de acordo com a afirmação do
enunciado? Se sim, pode-se pensar nos conceitos que se
aplicam, se não, o que ou onde pode estar o equívoco.
P. 3
Formular hipóteses e questões sobre a situação que podem
auxiliar na resolução do problema.
Velocidades do navio e do avião, o avião está a certa altura do
navio, a distância vai depender das velocidades relativas.
Decidir que tipo de representação construir para responder às
questões.
Adotar um referencial, esquematizar as duas situações.
Representar a situação física de modo esquemático
considerando conceitos físicos apreendidos.
Utilizar as informações dadas para esquematizar o problema.
Escolher uma posição favorável para esquematizar os objetos
do sistema no referencial adotado.
Identifica-se o sistema físico e a partir disso apreende-se
conceitos e formulações chaves
Velocidade relativa, independência dos movimentos.
Identificado o sistema físico idealizado, decidir quais
simplificações serão assumidas.
Resistência do ar, resistência da água, movimentos do navio
causados pela navegação etc.
Identificar as variáveis necessárias para representar o sistema
físico, quais delas possuem valores numéricos e quais
precisam ser calculadas.
Velocidade do avião, velocidade do navio, altura do avião em
relação ao navio, distância entre os corpos se o avião estiver
no mesmo sentido ou no sentido contrário da correnteza,
tempo de queda do pacote.
Identificar os parâmetros fixos no tempo e as variáveis.
Velocidade do avião e do navio constantes, as posições são
variáveis e as distâncias são relativas.
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Invariantes Operatórios
Aplicações
Expandir o sistema físico para a situação concebida.
A situação pode ser analisada de duas formas diferentes e
utilizando os mesmos princípios.
Analisar a razoabilidade dos resultados obtidos através do
modelo e do sistema explorado.
Como no questionamento sobre qual a razão da diferença
entre a análise se o navio e o avião estivessem no mesmo
sentido ou em sentidos opostos.
Para cada problema é possível identificar diferentes invariantes operatórios, que são conhecimentos concebidos
do processo de modelagem científica em Física e que são essenciais para a seleção de informações, inferência de
objetivos e decisão de procedimentos adequados para análise de situações-problema. Fazendo uso dessas estratégias
e raciocínios para atividades de resolução de problemas, o sujeito está trabalhando com conceitos que são
importantes no desenvolvimento do pensamento científico e do processo de modelagem.
VII. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Diante da apresentação e análise dos problemas, juntamente ao referencial teórico utilizado, buscamos mostrar que
atividades de resolução de problemas, principalmente abertos, podem ser encarados como formas de introduzir os
conceitos da modelagem científica em Física aos alunos de disciplinas como a Física Básica, visto que os invariantes
operatórios envolvidos no processo de modelagem oferecem estratégias que estão em consonância com aquelas
propostas para a resolução de problemas, como visto na seção 5.
Oliveira, Araújo e Veit (2020), argumentam a favor da ressignificação das atividades de resolução de problemas de
Física, no ensino médio, com a inserção se problemas abertos que possibilitam o desenvolvimento de diferentes
conteúdos conceituais – relacionadas aos conteúdos de física estudados – e procedimentais que envolvem as
habilidades requeridas para a análise e resolução de situações problema, mostrando que as etapas e estratégias
envolvidas no processo são compatíveis com a MDC. Com base nesse contexto e nas conclusões obtidas, conseguiu-
se constatar os conhecimentos e habilidades que podem ser desenvolvidos em uma atividade didática de RP através
da metodologia PBL em uma disciplina de Física Geral do Ensino Superior – cujas dificuldades de ensino-aprendizagem
foram discutidas nas seções iniciais – através da identificação de invariantes operatórios fundamentais para uma
associação entre a prática de resolução de problemas de lápis e papel, como introdução ao processo de modelagem
científica no Ensino Superior, a partir da teoria da modelagem didático-científica. A AD desenvolvida oferece um
conjunto de possibilidades de abordagem da MDC, desde as etapas de análise e resolução de problemas, formulação
de hipóteses, utilização de modelos e adoção de parâmetros até a colaboração, pesquisa e aprendizagem com os
pares no âmbito da PBL.
Evidentemente, as AD de RP propostas representam um nível de complexidade bastante inferior aos problemas
que serão enfrentados pelos alunos em suas carreiras na pesquisa científica em termos de modelagem, porém, assim
como nos cursos de graduação em que, em geral, as disciplinas oferecidas possuem uma organização baseada em
requisitos adquiridos e, consequentemente, níveis de complexidade, o mesmo pode ser concebido para o
desenvolvimento de atividades de RP em diferentes momentos do curso, de a forma a manter o aluno em contato
constante com as ferramentas da modelagem didático-pedagógica.
Dentro do debate sobre as metodologias ativas de ensino, esse tipo de atividade é respaldado pelas pesquisas
mostradas acerca da importância da contextualização e da aproximação do aluno com a Física aprendida, pois não
somente oferece problemas articulados com a realidade como também permite um vislumbre do trabalho realizado
na ciência, tanto pelo fator colaborativo – abordado no contexto da aplicação do Problem-Based Learning – quanto
pelo entendimento da modelagem científica.
Por fim, identifica-se a possibilidade de pesquisas futuras a respeito do tema abordado: destacamos a necessidade
de ampliar as propostas didáticas que envolvam resolução de problemas abertos no Ensino Superior, promovendo a
investigação científica e outras atividades didáticas que possam oferecer a abordagem didático-científica, e a
realização de estudos avaliados em sala de aula, a fim de obter análises empíricas para identificar as possibilidades
apresentadas neste trabalho, avaliando a perspectiva dos alunos a respeito delas.
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