Integrando aspectos teóricos e experimentais no ensino de física através da investigação científica

Abstract

Quando se considera tópicos de estudo da Física, percebe-se que alguns deles são tratados de maneira bastante idealizada. Como é o caso da abordagem do tema força de atrito. Com o intuito de evitar uma abordagem apenas em cenários ideais, os quais não representam aplicações reais, buscamos desenvolver um produto educacional caracterizado por uma sequência didática que visa incentivar os estudantes dos anos finais do ensino fundamental e etapas subsequentes, a expandir e aprimorar a capacidade de investigação científica. Dentro disto, será possível uma melhor compreensão da força de atrito, tendo em vista que as atividades experimentais relacionadas a determinação de ambos, o coeficiente de atrito estático e o coeficiente de atrito cinético, usualmente praticadas nos laboratórios didáticos, são bastante imprecisas. Assim, surge a necessidade de desenvolver um equipamento confiável, capaz de realizar experimentos relacionados à natureza da força de atrito estática entre duas superfícies sólidas, no que se refere ao controle das variáveis para as quais os respectivos desvios estejam dentro de limites aceitáveis. Dessa maneira, relativamente a parte experimental, foi desenvolvida uma rampa de inclinação variável, que em sua versão mais completa, é totalmente automatizada no controle do ângulo de elevação, favorecendo os processos de aquisição dos dados. O controle da elevação é realizado por um conjunto de sensores conectados a um motor, cujo passo angular é extremamente reduzido. De modo semelhante, apresenta-se também uma versão mais simples dessa rampa, que é operada de maneira completamente manual, e cuja construção pode ser realizada com materiais de custo reduzido. Essa versão mais simples pode ser utilizada para uma primeira aproximação dos estudantes com os procedimentos de investigação científica, pois permite grande interação com o equipamento. O produto educacional, em sua totalidade, pode ser caracterizado como uma ferramenta pedagógica para estudar a natureza da força de atrito entre superfícies sólidas, cuja simplicidade e precisão permitem implementar uma sequência didática que integra os aspectos teóricos e experimentais. Visando preencher as lacunas no que se refere ao ensino/aprendizagem nas leis clássicas de atrito, para a sequência didática aqui proposta, será empregado o roteiro de estudo iterativo de Richard P. Feynman. Esse roteiro induz o estudante nas estratégias de construção da própria aprendizagem a efetuar práticas de investigações, tanto teóricas, como experimentais, em que o conteúdo não é apenas revisado, mas também questionado e reformulado, tal como em qualquer processo de pesquisa científica.

When we consider topics of study of Physics, we can notice that some of them are treated in a very idealized way. As it is the case of the approaching of the theme of frictional force. With the purpose to avoid an approach only in ideal scenarios, which do not represent real applications, we seek to develop an educational product characterized by a didactic sequence that aims to encourage students in the final years of elementary school and subsequent stages, to expand and improve their ability to scientific investigation. Within this, a better understanding of the friction force will be possible, considering that the experimental activities related to the determination of both the static friction coefficient and the kinetic friction coefficient, usually practiced in teaching laboratories, are quite imprecise. Thus, the need arises, to develop a reliable equipment, capable of carrying out experiments related to the nature of the static frictional force between two solid surfaces, with regard to the control of variables for which the respective deviations are within acceptable limits. Thus, in relation to the experimental part, a variable inclination ramp was developed, which in its most complete version, is fully automated in controlling the elevation angle, favoring the data acquisition processes. Elevation control is performed by a set of sensors connected to a motor, whose angular pitch is extremely reduced. Similarly, a simpler version of this ramp is also presented, which is operated completely manually, and whose construction can be carried out with low cost materials. This simpler version can be used for a first approach of students with the procedures of scientific investigation, as it allows great interaction with the equipment. The educational product, in its entirety, can be characterized as a pedagogical tool to study the nature of the frictional force between solid surfaces, whose simplicity and precision allow to implement a didactic sequence that integrates theoretical and experimental aspects. In order to fill the gaps regarding teaching / learning in the classical friction laws, for the didactic sequence proposed here, the iterative study script by Richard P. Feynman will be used. This script induces the student in the strategies for building his own learning to carry out investigative practices, both theoretical as well as experimental, where the content is not only revised, but also questioned and reformulated, as in any scientific research process.