ALTERNATIVA DIDÁCTICA PARA O ENSINO PRÁTICO DA FÍSICA NOS CURSOS DE ENGENHARIA
Didactic Alternative for the Practical Teaching of Physics in Engineering Courses
Alternativa Didáctica para la Enseñanza Práctica de la Física en los Cursos de Ingeniería
Autor: Félix Máximo Varón Valera
Artigo original
RESUMO
O presente artigo versa sobre a implementação de uma alternativa didáctica para suprir a falta de laboratórios de Física nas instituições de ensino superior angolano, particularmente, no Instituto Superior Politécnico de Ciências e Tecnologia (INSUTEC). O propósito é mostrar através de exercícios contextualizados, que tomem em consideração fenómenos físicos do quotidiano, é possível chegar à pragmatização do conhecimento físico e desenvolver competências da disciplina com alta qualidade. A alternativa está sustentada numa tese de mestrado defendida e validada na prática educativa. Para o desenvolvimento da mesma, teve-se em conta quatro etapas: Diagnóstico, planificação, execução e avaliação das habilidades. Os métodos utilizados possibilitaram a avaliação do nível alcançado na aquisição de conhecimentos físicos pelos estudantes, o desenvolvimento de habilidades na resolução de exercícios e o papel da orientação na preparação dos estudantes para a realização de exercícios com um alto nível de exigência. A alternativa foi implementada no curso de Engenharia Informática do INSUTEC e os resultados na prática educativa mostram sua viabilidade no contexto educacional angolano.
Palavras-chave: Alternativa didáctica; Física; Insutec; Práticas de laboratório.
ABSTRACT
This article aims at the implementation of a didactic alternative to address the lack of physics laboratories in Angolan higher education institutions; particularly at the Higher Polytechnic Institute of Science and Technology (INSUTEC). The purpose is to show how through contextualized exercises, which take into account physical phenomena of everyday life, it is possible to reach the pragmatization of physical knowledge and develop discipline skills with high quality. The alternative is supported by a master's thesis defended and validated in educational practice. Four stages were taken into account for its development: diagnosis, planning, execution and evaluation of skills. The methods used allowed the evaluation of the level achieved in the acquisition of physical knowledge by students, the development of skills in the resolution of exercises and the role of guidance in preparing students to perform exercises with a high level of demand. The alternative was implemented in the Computer Engineering course of INSUTEC and the results in educational practice show its viability in the Angolan educational context.
Keywords: Didactic alternative; Insutec; Physics; Laboratory practices.
RESUMEN
Este artículo aborda la implementación de una alternativa didáctica para abordar la carencia de laboratorios de física en las instituciones de educación superior angoleñas, particularmente en el Instituto Superior Politécnico de Ciencias e Tecnología (INSUTEC). El objetivo es mostrar cómo, a través de ejercicios contextualizados, que tengan en cuenta los fenómenos físicos de la vida cotidiana, es posible alcanzar la pragmatización del conocimiento físico y desarrollar habilidades en la disciplina. La alternativa está respaldada por una tesis de maestría defendida y validada en la práctica educativa. Para su desarrollo se tuvieron en cuenta cuatro etapas: diagnóstico, planificación, ejecución y evaluación de habilidades. Los métodos utilizados permitieron evaluar el nivel alcanzado en la adquisición de conocimientos físicos por parte de los estudiantes, el desarrollo de habilidades en la resolución de ejercicios y el papel de la orientación en la preparación de los estudiantes para realizar ejercicios con un alto nivel de exigencia. La alternativa fue implementada en el curso de Ingeniería Informática de INSUTEC y los resultados en la práctica educativa muestran su viabilidad en el contexto educativo angoleño.
Palabras-clave: Alternativa didáctica; Física; Insutec; Práticas de laboratorio.
INTRODUÇÃO
A Física é uma ciência natural experimental, que trata do estudo das leis fundamentais do movimento, energia, fenómenos físicos, matéria, espaço e tempo que compõem o universo e para as quais os seres humanos podem viver e realizar actividades quotidianas. Devido à sua importância, o seu aprendizado deve ser de forma prática.
Nas universidades angolanas actuais e, não só, exigem aos estudantes uma alta dose de trabalho mental, raciocínio, iniciativa, independência cognitiva e criatividade; possibilidades que se manifestam tanto no que diz respeito à actividade de aprendizagem em sala de aula e quanto nas diversas situações que surgem em seu quotidiano.
A compreensão consciente do conteúdo de Física pelos estudantes deve desenvolver o pensamento transformador da realidade, as capacidades de pensamento lógico e ampliar o seu desenvolvimento mental, com base no pressuposto de que o conteúdo de Física tem de responder às expectativas dos estudantes, ser útil e prático; deve resolver, se não todas as situações quotidianas, pelo menos, as do seu ambiente imediato, de forma a favorecer um espírito crítico, analítico, reflexivo, activo, criativo e inovador. (Figueiredo, 2018)
Considerando que as práticas de laboratório constituem a via idónea para o ensino prático da Física, é necessário procurar alternativas para diminuir o efeito negativo da carência dos mesmos nas instituições educacionais; pelo que se assume como objectivo do presente artigo a elaboração de uma alternativa didáctica para o ensino prático da disciplina de Física através da resolução de exercícios relacionados ao quotidiano no contexto angolano.
A alternativa foi implementada aos estudantes de primeiro ano de Engenharia Informática do Instituto Superior Politécnico de Ciências e Tecnologia (INSUTEC).
DESENVOLVIMENTO
Dentro do sistema de conhecimento da disciplina de Física, destacam-se as grandezas, tais como: deslocamento, força, velocidade, aceleração, massa, pressão, quantidade de movimento, energia, trabalho, calor, eficiência energética, entre outros.
Fenómeno como: mudança de posição no espaço, movimentos, que são particularizados quando se trata de pessoas e meio de transporte utilizado por eles.
Todo esse sistema de conhecimento dá um amplo espectro para a criação de exercícios relacionados ao quotidiano no contexto do estudante angolano.
A aplicação desta alternativa não implica um esquema rígido, nem a sucessão de acções numa ordem inalterável; pelo contrário, as ações acções aparecem relacionadas entre si e podem ser enriquecidas pela actividade criativa dos professores, o que significa que se pode ou não escolher para dar-lhe solução a uma situação dada.
Segundo o Dicionário Online de Português, o termo Alternativa significa:
Escolha
entre duas possibilidades;
O
que pode ser usado no lugar de outro;
Que
oferece a possibilidade de escolha, de opção.
O mesmo Dicionário explana o termo Didáctica como:
Arte
de ensinar, de transmitir conhecimentos por meio do ensino.
Conjunto
de teorias e técnicas relativas à transmissão do conhecimento.
Procedimento
pelo qual o mundo da experiência e da cultura é transmitido pelo educador ao
educando, nas escolas ou em obras especializadas.
Tendo em conta o que precede, pode-se já salientar como Alternativa Didáctica o conjunto de acções, variantes, formas ou procedimentos flexíveis para organizar, desenvolver e direccionar as actividades dos estudantes, de modo que lhes permitam adquirir conhecimentos, de acordo aos objectivos propostos, conseguindo desenvolver a teoria a partir da prática; influenciando na qualidade do processo ensino-aprendizagem. (Varón, 2009)
A alternativa didáctica é desenhada com uma abordagem sistémica estrutural funcional; constitui uma modalidade de organização do ensino e aprendizagem, articula a formação teórica à prática educativa, alternando uma e outra. Implica um processo de fundação, organização e planeamento das transformações a serem empreendidas com base nas características do estado actual e potencial do objecto.
Explicação da alternativa didáctica proposta.
Para a sua implementação, o palco principal é a sala de aula, embora existam outros espaços que podem ser utilizados dependendo do objectivo.
A sua estrutura está representada no gráfico, sobre o qual foram concebidas quatro etapas:
Etapa I: Diagnóstico de preparação para as aulas de resolução de exercícios de Física.
Etapa II: Planeamento e organização das aulas de exercícios de Física.
Etapa III: Execução das acções para a realização das aulas de e exercícios de Física.
Etapa IV: Controle e avaliação das habilidades na resolução de exercício de Física.
Em cada uma das etapas, estão estabelecidos os objectivos parciais a alcançar durante sua a implementação.
Seguindo esta filosofia se propõe a seguinte alternativa:
Alternativa didática para elaborar e resolver exercícios de Física.
Primeira etapa: Diagnóstico da preparação para as aulas de resolução de exercícios.
Objectivo: Determinar o nível dos conhecimentos de física logrados nos estudos precedentes e o desenvolvimento das habilidades na resolução de exercícios de Física.
Indicadores
Níveis
de conhecimentos de física alcançados nos estudos
precedentes.
Nível
de desenvolvimento das habilidades na resolução de exercícios de Física.
Papel
da orientação para a preparação dos estudantes na resolução de exercícios de
Física.
Segunda etapa: Planificação e organização dos exercícios de Física.
Objectivo: Planear as actividades que possibilitarão realizar o trabalho para elaborar e resolver os exercícios de Física, como variantes objectivas que contribuam a favorecer a preparação dos estudantes.
Para o desenvolvimento de esta etapa, estiveram em conta os seguintes elementos:
1-. Revisão aprofundada do programa de Física I para a cadeira de Engenharia Informática em Sistemas de informação (EISI).
2-. Elaborar, procurar e seleccionar exercícios que tenham a ver com um fenómeno de física que ocorre no quotidiano no contexto universitário ou fora dele e, que, cumpra com os objectivos e exigências do programa da disciplina.
3-. Preparação do professor que inclui as seguintes tarefas:
Elaboração
dos objectivos e os exercícios a serem resolvidos pelos estudantes, tendo em
conta a análise profundo dos mesmos, o tópico a que pertence a determinação do
nível de profundidade, o método e os procedimentos a aplicar em sua resolução,
os meios a utilizar, as habilidades gerais e específicas a cumprir, assim como
a bibliografia a utilizar.
Determinação
das capacidades que foram cumpridas na resolução dos exercícios para dar
cumprimento aos objectivos do programa.
A preparação dos estudantes se direcciona para:
Alcançar
os objectivos propostos e desenvolver óptimas habilidades na resolução
de exercícios de Física.
Orientá-los
na preparação para a resolução de exercícios de Física.
Incentivar
a motivação, criatividade e independência cognitiva.
Vincular
o conteúdo com exemplos da vida quotidiana, à ciência e a tecnologia
Seleccionar
estratégias e procedimentos para usá-los no momento certo.
Elaborar
sebenta, fascículos e guias com exercícios de Física a fim de
facilitar a sua preparação.
Nas acções também inclui-se:
Determinar
qual parâmetro ou grandeza Física a calcular.
Aplicar
leis Físicas, métodos e procedimentos apropriados para resolver exercícios de
Física, aplicando correctamente o método para a sua solução.
Responder
com antecedência e qualidade as tarefas independentes e as propostas na sebenta
e guias de exercícios de Física.
Terceira etapa: Execução de acções para resolver exercícios de Física.
Objectivo: Desenvolver as acções que estimulem à resolução de exercícios de Física.
Nesta etapa, os estudantes resolvem os exercícios de Física.
Para atingir os objectivos propostos, o professor deve lograr a motivação necessária e uma satisfatória orientação e preparação, para que neste processo de execução, os estudantes analisem com atitude reflexiva e ofereçam a melhor solução da resolução de exercícios.
Para a execução por parte dos estudantes, a etapa inclui:
1. Compreensão e interpretação.
O
estudante lê várias vezes o exercício e analisa palavras-chave.
2. Análise da via de solução.
O
estudante extrai os dados do exercício e verifica as grandezas físicas que
são
o Incógnitas.
Identifica
o tipo de movimento que pode resolver o exercício.
3. Solução.
Segundo
os dados que se tem, planta-se a fórmula que corresponde a solução do
exercício.
Caso necessário, se isola as grandezas físicas incógnitas.
Substituem-se
os dados.
Fazem-se
os cálculos matemáticos correspondentes.
Modela-se
a situação dada com tabelas e gráficos.
Quarta etapa: Controlo e avaliação das habilidades na resolução de exercícios.
Objectivo: Verificar a efectividade da aplicação da alternativa didáctica proposta.
Esta etapa permite verificar a eficácia dos procedimentos utilizados por meio do controle e avaliação do desempenho dos estudantes. Está integrado nas diferentes etapas, na medida em que as percorrem desde o início da implementação da alternativa didáctica até ao diagnóstico inicial.
1. Avaliação diagnóstica:
Dentro desse tipo está a avaliação diagnóstica inicial, que serve para determinar os conhecimentos que os estudantes possuem antes de iniciar o processo de aprendizagem e é realizada pelo professor.
Na primeira etapa desta alternativa didáctica, faz-se referência ao que o diagnóstico possui e as características declaradas pelo autor; , cujo o objectivo é conhecer o grau de desenvolvimento das competências precedentes dos estudantes, pelo que no início de cada aula de resolução de exercícios, deve-se avaliar o seu nível de preparação por ser um processo contínuo que se afecta ao longo do ano lectivo, sendo considerada também como uma avaliação contínua.
1. A Avaliação Formativa: tem duas direcções:
Determinar
o nível de desenvolvimento alcançado pelo estudante no objectivo formulado.
Determinar
as dificuldades do estudante em atingir os objectivos propostos.
O mais importante neste tipo de avaliação, é que permite determinar as dificuldades dos estudantes e até que ponto se sabe que a alternativa aplicada a eles é eficaz, permitindo ao professor modificar os aspectos que se mostrem deficientes.
Este tipo de avaliação pode ser de diferentes tipos:
a) Avaliação abrangente: avalia, além de conhecimentos, atitudes, desenvolvimento da física e habilidades na resolução de problemas e exercícios, avalia também interesses e habilidades criativas, entre outros.
Sugestões e exemplificações para a implementação da alternativa didáctica no processo de ensino-aprendizagem no contexto do Instituto Superior Politécnico de Ciências e Tecnologias.
Para se ter uma ideia de como implementar a alternativa didáctica proposta, utilizando a etapa três, o autor exemplificará de forma geral a execução das acções, levando em consideração alguns indicadores e acções para resolver exercícios de Física:
Objectivo: Interpretar gráfica e analiticamente uma situação que ocorre no quotidiano, baseado em um MRUV, que facilitará cálculo da aceleração, a velocidade e o deslocamento.
Método: Trabalho independente.
O problema planta o seguinte:
1.-A figura a seguir mostra uma caixa de 50 kg de massa com projécteis que inicialmente encontra-se em repouso sobre uma superfície horizontal rugosa. Se sobre a caixa se aplica uma força de 250 N paralela à superfície e se conhece que o valor do coeficiente de atrito cinético é de 0,3:
a) Realiza o diagrama das forças que actuam sobre a caixa.
b) Determina o valor da força que se opõe ao movimento da caixa.
c) Calcula o valor da aceleração da caixa.
d) Calcula o deslocamento da caixa aos 5s do início do movimento.
e) Se a superfície pela qual se move à caixa, fora menos rugosa, a aceleração com respeito a calculadora será: __maior __ menor __ igual.
2.- O seguinte gráfico e figura, mostra a entrada ao parque ou em retrocesso, de uma peça de artilharia BM-21. Responda:
a) Diga o tipo de movimento que desenvolvido pela peça no troço C-D?
b) Diga o valor que possui a aceleração no troço B-C?
c) Calcula a aceleração do carro BM-21 no troço A-B?
d) Diga o tempo que durou o movimento da peça?
Começa-se por fazer um diagnóstico dos estudantes para avaliar o nível de preparação e o domínio que têm sobre os conceitos e fórmulas que possibilitem a solução dos exercícios. Neste caso, precisa-se ter o domínio dos seguintes conceitos: Movimento Rectilíneo Uniforme (MRU), Movimento Rectilíneo Uniformemente Variado, Acelerado (MRUA), Movimento Retilíneo Uniformemente Variado, Retardado (MRUR), assim como dos gráficos que identifiquem cada movimento e as suas principais características, o qual possibilite a interpretação do fenómeno físico dado, plantear as fórmulas Físicas fundamentais e resolver os exercícios.
Verifica-se também o nível alcançado pelos estudantes nos conhecimentos físicos e as competências na solução de problemas, questões necessárias para o desenvolvimento dos exercícios.
Posteriormente, é realizada a etapa de planeamento e organização, para a qual se deve considerar que:
O exercício a ser realizado corresponde à segunda unidade do programa de Física I, de primeiro ano e segundo o nível de complexidade, deve ser proposto para que o seu possível momento de resolução segundo a planificação, seja na terceira hora-aula, ficando fixo sua posição dentro do plano temático para desenvolvê-lo.
Considera-se importante que nas primeiras duas aulas antes da realização dos exercícios propostos, o professor tenha como objectivo realizar a orientação da metodologia da resolução dos exercícios de Física e brindar uma breve explicação sobre a importância da sua aplicação, pois eles respondem sempre a uma situação ou fenómeno físico do quotidiano.
Além disso, deve-se orientar tarefas para o estudo independente com exercícios que se correspondam em situações do quotidiano e oferecer a bibliografia a ser utilizada, incluindo os guias elaborados, exercícios padrões e a utilização da sebenta de Física I, como bibliografia complementar importante a utilizar pelos estudantes.
Em seguida, passa-se para a etapa de execução das acções para resolver o exercício dado, para isso, é necessário e importante a preparação adequada dos estudantes; o que é verificado com as perguntas de entrada que podem ser orais, como as que estão no enunciado dos exercícios propostos ou outras, por exemplo:
a) P1. Realiza o diagrama das forças que actuam sobre a caixa.
b) Determina o valor da força que se opõe ao movimento da caixa.
c) Calcula o valor da aceleração da caixa.
d) Calcula o deslocamento da caixa aos 5 s do início do movimento.
e) Calcula o valor da velocidade da caixa aos 3 s do início do movimento.
f) Se a superfície pela qual se move a à caixa, fora menos rugosa, a aceleração com respeito à calculadora será: __maior __ menor __ igual.
g) Se a superfície pela qual se move a caixa, fora mais rugosa, a aceleração com respeito à calculada será: __maior __ menor __ igual.
h) P2. Diga o tipo de movimento que desenvolvido pela peça no troço C-D?
i) Diga o valor que possui a aceleração no troço B-C?
j) Calcula a aceleração do carro BM-21 no troço A-B?
k) Diga o tempo que durou o movimento da peça?
l) Calcula a distância percorrida pela peça de artilharia BM-21, segundo ao movimento indicado pelo gráfico no segmento BC?
m) Indique se as seguintes proposições são verdadeiras (V) ou falsas (F):
---- Nos primeiros 2 s, a peça de artilharia BM-21, desacelerou.
---- Aos 4 s, a peça de artilharia BM-21 estava se movendo com um movimento rectilíneo uniforme.
---- Aos 7,5 s, a peça de artilharia BM-21 estava se mover com um movimento retilíneo rectilíneo uniformemente variado, com aceleração negativa.
---- A aceleração na seção CD é constante.
---- A velocidade inicial da peça é 0 m /s.
---- A velocidade final da peça, expressa em km/h, é 1,38 km/h.
---- O tempo que durou o movimento da peça foi de 7 s.
Valoração da efetividade da aplicação da alternativa didáctica.
Para a operacionalização das variáveis se procedeu da seguinte forma:
Variável independente: Se considera a planificação dos objectivos e acções alternativas dentro do processo pedagógico, dirigidas a uma melhor preparação e orientação para resolver os exercícios propostos na unidade # 2 do programa de Física I (primeiro ano) para a cadeira de EISI.
Variável dependente: Disposição e desenvolvimento demostrado pelos estudantes na realização dos exercícios de Física de maneira sistemática em suas três funções fundamentais: orientação, preparação e execução.
Além disso, pela importância que tem neste processo, também se trabalham os seguintes termos: orientação, preparação e execução.
Orientação: Para o seu desenvolvimento se supõe diagnosticar as necessidades educativas nos distintos níveis de expressão, ao ser um processo desencadeando os problemas educativos; portanto, se precisa desta etapa, para se chegar aos resultados desejados. Tem um enfoque psicológico para o domínio cognitivo, afectivo e motivacional. Este processo deve contribuir ao desenvolvimento integral do estudante, à conscientização da forma de actuar e o seu accionar como resultado de uma cultura adquirida; e dizer, a sua função é lograr a compreensão do que vai fazer.
Preparação: A partir da determinação das necessidades, planeiam e organizam-se as actividades que guiará o trabalho para a realização dos exercícios de Física; as acções deverão ser realizadas pelos estudantes e pelo docente como parte da sua função de direcção da actividade, para lograr a eficiência do processo de ensino aprendizagem e lograr os objectivos propostos.
Execução: Constitui o desenvolvimento das acções que estimulam a preparação dos estudantes e docentes para a realização dos exercícios de Física; é onde se aplicam os procedimentos previstos, com a finalidade de obter os resultados esperados e os objectivos propostos; pelo que se precisa de uma boa motivação e estimulação e assim o processo de execução, seja realizado com a análise e a reflexão, mantendo uma atitude de busca e solução à situação dada.
O nível de desenvolvimento na resolução dos exercícios de Física foi avaliado aplicando uma escala valorativa segundo os indicadores declarados, a partir de considerar a quantidade de respostas correctas e incorrectas nos diferentes instrumentos aplicados e, além disso, foram categorizados, tendo em conta os resultados quanto a desenvolvimento das habilidades do estudante na realização dos exercícios.
Resultados da implementação da alternativa didáctica
A insuficiente preparação dos estudantes devido a inexistência de exercícios de Física I que se relacionam com uma situação ou fenómeno físico do quotidiano no contexto angolano, levou à aplicação de uma alternativa para o ensino prático do conteúdo Físico.
Partiu-se de um diagnóstico inicial que demonstrou as carências cognitivas dos estudantes e aplicou-se a alternativa.
O primeiro contacto no processo avaliativo da efectividade da alternativa constituiu a primeira frequência, com os seguintes resultados: 25 estudantes alcançaram a categoria de alto, correspondendo 71,4 %; 7 estudantes a categoria de médio, com 20,0 %; e 3 alcançaram a categoria de baixo com o 8,5 %.
Os resultados da segunda frequência aplicada, mostram excelentes resultados, logrando-se o 100% de estudantes aprovados com uma qualidade do 82,8 %.
Observa-se um importante salto qualitativo e quantitativo ao ser evidentemente superiores os resultados para o caso da segunda avaliação, demonstrando a efectividade da aplicação da alternativa didáctica.
A
alternativa didáctica proposta e aplicada no contexto
do Instituto Superior Politécnico de Ciências e Tecnologia (INSUTEC), possibilitou
viabilizar uma solução para a carência de laboratório de Física na instituição.
A
efectividade da alternativa foi verificada ao comparar
os resultados obtidos na aplicação da primeira e segunda frequência do segundo
semestre da disciplina Física I, onde os indicadores mostraram que na segunda
avaliação, os resultados são superiores, não só quantitativamente, mas também,
qualitativamente, pois se acrescentou o interesse dos estudantes por disciplina,
foram mais criativos e independentes, elevou-se a auto-estima, utilizaram
bibliografia diversa, potenciou-se o espírito investigativo ao estarem mais
motivados e sentiram-se melhor orientados e preparados ao resolver exercícios
de Física I.
A
elaboração dos exercícios que tem a ver com uma situação ou fenómeno físico do
quotidiano, permitiu aos estudantes apropriar-se dos conhecimentos e
desenvolver competências da disciplina de Física I com alta qualidade. Todos os
exercícios elaborados e resolvidos, foram publicados na sebenta de Física I,
que também foi elaborada pelo próprio autor deste trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Dicio, Dicionário electrónico online em Português (2022). http//www.dicio.com.br
Figueredo, C. (2018). Dinâmica do processo interdisciplinar cultural das ciências exactas na educação pré-universitária. Teses presentada em opção ao grão científico de Doutor em Ciências Pedagógicas. Universidade de Granma. Cuba.