Cinemática

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INTRODUÇÃO

A presença do conhecimento de Física na escola média ganhou um novo sentido a partir das diretrizes apresentadas nos PCN. Trata-se de construir uma visão da Física que esteja voltada para a formação de um cidadão contemporâneo, atuante e solidário, com instrumentos para compreender, intervir e participar na realidade. Nesse sentido, mesmo os jovens que, após a conclusão do ensino médio não venham a ter mais qualquer contato escolar com o conhecimento em Física, em outras instâncias profissionais ou universitárias, ainda assim terão adquirido a formação necessária para compreender e participar do mundo em que vivem.

A Física deve apresentar-se, portanto, como um conjunto de competências específicas que permitam perceber e lidar com os fenômenos naturais e tecnológicos, presentes tanto no cotidiano mais imediato quanto na compreensão do universo distante, a partir de princípios, leis e modelos por ela construídos. Isso implica, também, na introdução à linguagem própria da Física, que faz uso de conceitos e terminologia bem definidos, além de suas formas de expressão, que envolvem, muitas vezes, tabelas, gráficos ou relações matemáticas. Ao mesmo tempo, a Física deve vir a ser reconhecida como um processo cuja construção ocorreu ao longo da história da humanidade, impregnada de contribuições culturais, econômicas e sociais, que vem resultando no desenvolvimento de diferentes tecnologias e, por sua vez, por elas impulsionado.

No entanto, as competências para lidar com o mundo físico não têm qualquer significado quando trabalhadas de forma isolada. Competências em Física para a vida se constroem em um presente contextualizado, em articulação com competências de outras áreas, impregnadas de outros conhecimentos. Elas passam a ganhar sentido somente quando colocadas lado a lado, e de forma integrada, com as demais competências desejadas para a realidade desses jovens. Em outras palavras, a realidade educacional e os projetos pedagógicos das escolas, que expressam os objetivos formativos mais amplos a serem alcançados, é que devem direcionar o trabalho de construção do conhecimento físico a ser empreendido. O vasto conhecimento de Física, acumulado ao longo da história da humanidade, não pode estar todo presente na escola média. Será necessário sempre fazer escolhas em relação ao que é mais importante ou fundamental, estabelecendo para isso referências apropriadas.

Os critérios que orientam a ação pedagógica deixam, portanto, de tomar como referência primeira “o quê ensinar de Física”, passando a centrar-se sobre o “para que ensinar Física”, explicitando a preocupação em atribuir ao conhecimento um significado no momento mesmo de seu aprendizado. Quando “o quê ensinar” é definido pela lógica da Física, corre-se o risco de apresentar algo abstrato e distante da realidade, quase sempre supondo implicitamente que se esteja preparando o jovem para uma etapa posterior: assim, a cinemática, por exemplo, é indispensável para a compreensão da dinâmica, da mesma forma que a eletrostática o é para o eletromagnetismo. Ao contrário, quando se toma como referência o “para que” ensinar Física, supõe-se que se esteja preparando o jovem para ser capaz de lidar com situações reais, crises de energia, problemas ambientais, manuais de aparelhos, concepções de universo, exames médicos, notícias de jornal, e assim por diante.

DESENVOLVIMENTO

Discutir o processo escolarizado do ensino de Física requer uma identificação com as teorias cognitivas de aprendizagem, como forma de discutir os mecanismos que favorecem a compreensão dos conceitos e fenômenos físicos. Diversas são as teorias que tem sido propostas como forma de subsidiar o ensino nestes últimos anos, porém algumas podem ser vinculadas diretamente ao ensino de Física. Neste sentido, as teorias ditas construtivistas que buscam na construção do conhecimento o meio favorável a sua compreensão, parecem ser mais adequadas à proposta deste trabalho. Dentre as construtivistas, encontramos a teoria histórico-cultural que fornece insight sobre como, de fato, se efetiva uma aprendizagem baseada na apropriação do conhecimento, atribuindo enorme importância ao papel da interação social no desenvolvimento do ser humano. O desenvolvimento pleno do ser humano depende do aprendizado que ele realiza num determinado grupo cultural, a partir da sua interação com outros indivíduos. A teoria histórico-cultural evidencia a relação entre o social e a aprendizagem escolar. No ensino de Física, percebe-se a importância dessa interação social no processo de aprendizagem escolar. A teoria enfatiza a relação entre os conceitos científicos (ambiente escolar) e os conceitos espontâneos (apropriados no cotidiano), como forma de favorecer a formação dos conceitos. As proposições de Vygotsky a respeito deste processo de formação de conceitos possibilitam verificar a relação existente entre o pensamento, a linguagem, as relações estabelecidas entre os conhecimentos cotidianos e os científicos. O autor afirma: “A formação de conceitos é o resultado de uma atividade complexa, em que todas as funções intelectuais básicas tomam parte. No entanto, o processo não pode ser, reduzido a associação, à atenção, à formação de imagens, à interferência ou as tendências determinantes. Todas são indispensáveis, porém insuficientes sem o uso do signo, ou palavra, como o meio pelo qual conduzimos as nossas operações mentais, controlamos o seu curso e as canalizamos em direção à solução do problema que enfrentamos” (Vygotsky, 1999, p. 72).

Na formação dos conceitos, salienta-se o confronto entre o conhecimento cotidiano e os científicos, que embora pareçam antagônicos, não o são; apenas pertencem a diferentes níveis de desenvolvimento da criança, ou seja, enquanto criança, ela, de fato, entra em conflito com os conhecimentos cotidianos e os discutidos na escola, porém, à medida que ela se desenvolve, tais divergências deixam de existir, dando lugar a um relacionamento mais abrangente, no qual se torna importante a busca pela proximidade entre esses tipos de conhecimento. Vygotsky acredita que esses dois conceitos se relacionam e se influenciam constantemente, fazendo parte de um único processo: o desenvolvimento da formação dos conceitos. Pode-se dizer que a formação de conceitos é afetada por diferentes condições, tendo no aprendizado escolar a força que impulsiona o desenvolvimento mental da criança. No entanto, cabe salientar que, como os conceitos científicos e cotidianos são formulados em condições diferenciadas, produzirão também desenvolvimento diferenciado na mente da criança. Considera-se que, por trás de qualquer conceito científico, existe um sistema hierarquizado do qual ele faz parte e que, por sua vez, pressupõe uma relação consciente e consentida entre sujeito e objeto do conhecimento. O ambiente escolar é considerado o espaço ideal para a aquisição desse tipo de conceito. No entanto, ele se apresenta vinculado ao espontâneo, cujo cerne se encontra na convivência do indivíduo com o mundo que o cerca. Vygotsky (1999) mostra que, à medida que os conceitos científicos avançam, os espontâneos também progridem, permitindo que a relação se dê cada vez mais de forma integrada e associada. Para ele, a tarefa principal do professor é de mediador entre o aluno e o objeto de conhecimento.

Quanto à internalização concreta e verdadeira de um conceito por parte de um aluno, Vygotsky (apud Moysés, 1997, p.36) mostra que “[...] o professor, trabalhando com o aluno, explicou, deu informações, questionou, corrigiu o aluno e o fez explicar”. A última expressão "e o fez explicar", é a essência do mecanismo de internalização do conhecimento. No momento em que o professor solicita que um aluno explique o conceito desenvolvido em aula, conseguirá detectar se, de fato, ele se apropriou do conceito. Pode-se, entretanto, dizer que os conceitos científicos estão apoiados em bases sólidas dos conceitos cotidianos. Acrescenta-se a essa concepção a importância da escola no processo, a qual tem a tarefa de tornar os conhecimentos cotidianos (espontâneos) mais abstratos e abrangentes, permitindo abstrações graduais, com diferentes graus de generalizações, avançando na formação completa do pensamento do aluno. As relações entre os conhecimentos científicos e os adquiridos no cotidiano são particularmente de grande importância para o processo ensino aprendizagem em Física. Como exemplo da importância desta relação entre o conceito espontâneo trazido pelo aluno para o ambiente escolar e o científico desenvolvido na escola, pode-se analisar o estudo da dilatação dos corpos. O aluno já traz consigo, como fruto de sua relação cotidiana com o meio social, a convicção de que, à medida que um corpo é aquecido, aumenta de tamanho (volume), porém é no ambiente escolar que ele amplia esse conceito, na busca pela sua cientificidade, analisando fatores que interferem nesse aumento; o que significa o aquecimento do corpo; a diferença existente em função da natureza da substância; ou, ainda, a possibilidade de que, ao contrário de se expandir, ele se contraia.

Destaca-se, conforme Heineck (1999), os resultados de uma pesquisa, pela qual se constata, por meio de investigação didática, que um bom número de alunos perde o interesse pela Física (e ciências afins) durante o período de escolarização, pois, é fato conhecido, que uma boa parte dos alunos tem dificuldades na assimilação e compreensão dos fenômenos físicos, conforme reforça Fiolhais (2002). Essa pesquisa aponta que isso ocorre pelo tipo de ensino que se lhes propõem, onde muitas vezes os conceitos trabalhados distanciam-se da prática, pois pouco ou nenhum relacionamento com os fatos do cotidiano são apresentados, até porque as escolas carecem do uso de recursos didáticos adequados, que motivem e auxiliem a aprendizagem. Conforme ainda Heineck, as aulas de Física com apoio de métodos experimentais, organizados e adaptados, proporcionam o estímulo, favorecem a aprendizagem e aumentam as expectativas de que os estudantes desenvolvam técnicas de investigação. Portanto, neste caso, o experimento e outros recursos didáticos são considerados como uma ferramenta para a compreensão de conceitos, princípios e leis específicas da Física. Segundo Barbosa apud Vinchiguerra (2001), as vantagens oferecidas pelo ensino experimental que ampliam as possibilidades de interação professor-aluno e aluno-objeto, se apresentam na perspectiva de se obter eficiência no processo ensino-aprendizagem. Ainda neste sentido, Fiolhais (2002) afirma que a experimentação desempenha um papel insubstituível no ensino da Física, ou seja, somente através de experiências reais é possível criar entre os alunos um ambiente particularmente rico do ponto de vista pedagógico, que ajude a substituir conceitos teóricos por constatações científicas.

Sabe-se, por pesquisa realizada, que a maioria das escolas não possui ou não consegue adquirir materiais didáticos para esse ensino, por serem estes de custo muito elevado, ou não oferecerem aquelas espaço físico para sua montagem e utilização. Tampouco utilizam outros recursos didáticos que simulem fenômenos físicos e permitam a realização de experimentos, como por exemplo, os softwares educativos. Tais dificuldades, geralmente, levam muitos professores a adotar metodologias tradicionais de simples repasse de conteúdos (com uso de recursos como o quadro, o giz e livros didáticos) sem que com isso seja possível empregar metodologias através das quais os alunos possam testar, na prática, os conceitos teóricos advindos dos conteúdos e construir, assim, seu próprio conhecimento. Quanto a isso, Vinchiguerra (2001) destaca o ensino da Física, realizado mediante a apresentação de conceitos, leis e fórmulas, de forma desarticulada, distanciando-se do mundo real em que alunos e professores vivem, privilegiando a teoria e a abstração; enfatiza a utilização de fórmulas em situações artificiais, desvinculando a linguagem matemática de seu significado físico real; e insiste na repetição de soluções de exercícios, desenvolvendo um aprendizado pela automação e memorização, e não pela construção do conhecimento. Portanto, a realização de experiências, a utilização de meios audiovisuais e o aproveitamento de softwares educativos adequados podem, apesar de não ser a razão única da consecução do sucesso, facilitar o processo de ensino-aprendizagem desses conteúdos.

A discussão sobre as competências e os conhecimentos a serem promovidos não deveria ocorrer dissociada das estratégias de ensino e aprendizagem desejadas, na medida em que são essas mesmas estratégias que expressam, de forma bem mais concreta, o que se deseja promover.

Fazer opções por determinadas formas de ação ou encaminhamento das atividades não é tarefa simples, já que exige o reconhecimento do contexto escolar específico, suas características e prioridades, expressas nos projetos dos professores e alunos e nos projetos pedagógicos das escolas. Discutir estratégias não deve, também, confundir-se com a prescrição de técnicas a serem desenvolvidas em sala de aula. Mesmo reconhecendo a complexidade da questão, será sempre possível apresentar alguns exemplos, com o objetivo de reforçar o significado último que se deseja do trabalho escolar, no que diz respeito mais de perto ao fazer da Física.

O ensino da cinemática nos cursos de física do ensino médio tem, ultimamente, recebido sérias restrições de pesquisadores da área. Estas restrições, embora não consensuais, são agravadas pela má qualidade da abordagem que dela se faz em grande parte dos livros didáticos adotados em nossas escolas, sobretudo em relação ao seu caráter vetorial. Os pesquisadores dizem que a cinemática tem sido ensinada de forma que os estudantes não desenvolvem seu raciocínio e sua visão crítica, baseando-se apenas na memorização de equações e substituição de variáveis sem praticamente nenhuma relação com a experimentação e o cotidiano (Da Rosa & Da Rosa, 2005).

Estudar os movimentos requer, inicialmente, identificá-los, classificá-los, aprendendo formas adequadas para descrever movimentos reais, de objetos - carros, animais, estrelas ou outros. Mas requer, sobretudo, associá-los às causas que lhes dão origem, às interações que os originam, as suas variações e transformações. Como prever trajetórias ou movimentos após colisões, freadas, quedas? Que materiais escolher para minimizar os efeitos de uma colisão? Quais recursos utilizar para aumentar a eficiência do trabalho mecânico humano, em termos de máquinas e ferramentas? Para isso, será preciso desenvolver competências para lidar com as leis de conservação (da quantidade de movimento linear e angular e da energia), compreendendo seu sentido, e sabendo utilizá-las para fazer previsões e estimativas. Assim, as leis de Newton podem comparecer como um caso particular da conservação da quantidade de movimento, abrindo espaço para uma compreensão mais ampla de interações reais, nas quais o tempo de colisão tem um papel preponderante. Nessa abordagem é possível dar significado às variações dos movimentos, através dos conceitos de velocidade e aceleração. O estudo dos movimentos inclui também acompanhar as conquistas do ser humano para locomover-se, desenvolvendo tecnologias que permitem seu deslocamento de forma cada vez mais rápida de um lugar a outro do planeta, e até mesmo fora dele e, para isso, concebendo continuamente materiais, projetos de veículos e potências de seus motores. Também é desse âmbito a compreensão de evolução tecnológica relacionada às máquinas mecânicas e suas transformações ao longo dos tempos. Na cinemática, o objetivo é descrever como se processam os movimentos, isto é, estabelecer, num dado referencial, as posições que os corpos ocupam ao longo do tempo e as respectivas velocidades, independentemente das causas desses movimentos. A cinemática procura estabelecer as formas geométricas das trajetórias dos corpos no espaço se são retas ou curvas, e os intervalos de tempo levados para percorrer todos os segmentos dessa trajetória.

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