Uma proposta de sequência didática para a discussão de conceitos relacionados à cinemática e dinâmica através da modelização no primeiro ano do ensino médio

Abstract

A modelização pode ser uma estratégia pedagógica alternativa à abordagem tradicional para a discussão de conceitos. Este trabalho apresenta uma sequência didática construída a partir das propostas para o uso do processo para o ensino de Física, construídas por Hestenes (1987) e van Buuren (2014). Ela parte da questão; \"Qual o comportamento da velocidade de um atleta durante uma corrida de 100 metros rasos?\" para, através da construção de um modelo, discutir conceitos relacionados à cinemática e a dinâmica. A atividade foi aplicada em uma turma de primeiro ano do ensino médio. Durante as atividades e ao longo da sequência, discutimos as etapas necessárias para a construção do modelo que são: descrição, formulação, ramificação e validação. Na descrição da corrida de 100 metros rasos os estudantes identificaram as grandezas físicas presentes nessa situação. Na formulação, identificaram e representaram as grandezas relevantes que interferem no comportamento da velocidade. Para isso, deram ênfase na construção dos diagramas de forças para depois escreverem a equação do movimento. A ramificação foi pouco discutida. E na validação, foi testado o modelo e comparado com outros exemplos. Para a implementação dos modelos propostos pelos estudantes, foi utilizado o software Modellus que permite, sem o conhecimento de uma linguagem de programação, a obtenção de tabelas e gráficos para a comparação com resultados experimentais ou de outros trabalhos, como os realizados por Keller (1973) e Tibshirani (1997) que construíram modelos para o entendimento do comportamento da velocidade para essa prova. Para uma primeira avaliação dos resultados obtidos foi feita uma análise das avaliações realizadas pelos estudantes após a participação na sequência. A análise, que utilizou uma metodologia qualitativa e exploratória, permitiu a construção de categorias que possibilitaram, entre outros pontos identificar; principais acertos e erros cometidos pelos estudantes na resolução de problemas; e as etapas dos processos que foram mais entendidas e utilizadas pelos estudantes no tratamento de uma situação parecida com a que foi proposta na avaliação. Os resultados apontam que as situações relacionadas às etapas de descrição e formulação foram bem desenvolvidas pelos estudantes, pois foram capazes de identificar as grandezas relevantes e de escrever as equações de movimento, porém apresentaram alguns equívocos nos cálculos dos valores das forças. Entretanto, a abordagem da ramificação e da validação precisam ser repensadas, pois seus elementos não apareceram com frequência nas respostas dos estudantes.

Abstract: Modeling could be a pedagogical strategy for discussing alternative concepts to the traditional approach. This work presents a teaching and learning sequence for the discussion of concepts of kinematics and dynamics through the construction of a model for a 100 m race. The activity was applied to a class of first year of high school. During the activities along the sequence we discussed the necessary steps for the construction of the model, which are: description, formulation, branching and validation. In the description of the 100-meter dash, students identified the physical quantities present in this situation. In the formulation, they identified and represented the relevant quantities to understand behavior of speed. We gave an emphasis to the construction of force diagrams and formulation of motion equations. The ramification has been little discussed. In the validation, the students used the Modellus software to test their models and compared their results with those obtained by Keller (1973) and Tibshirani (1997). A first evaluation of the results obtained was carried out, through the analysis of the evaluations made by the students after participating in the teaching sequence. We use a qualitative and exploratory methodology to build categories that make possible to identify: the main successes and mistakes made by students in solving problems; and the stages of the processes that were most used by the students in the treatment of a situation similar to that proposed in the evaluation. The results show that the situations related to the description and formulation stages were well developed by the students, as they were able to identify the relevant quantities and to write the equations of motion, but they presented some mistakes in the calculation of the force values. Nevertheless, the ramification and validation approach need to be rethought, because its elements did not appear frequently in the student's answers.