Contribuições de uma sequência didática sobre vetor força para superação de obstáculos epistemológicos no ensino médio integrado em mecânica

Abstract

A organização curricular do Ensino Médio Integrado em Mecânica (EMIMEC), ofertado pelo Instituto Federal Catarinense (IFC) campus Luzerna, definiu que os conteúdos escolares da mecânica newtoniana (Força, vetor Força e torque) são estudados no 1º ano do curso, na disciplina de Física. No 2º ano, a disciplina Resistência dos Materiais exige dos alunos domínio desses assuntos. Isso implica em uma ordenação entre adquirir e aplicar o conhecimento sobre força em diferentes anos do curso. A partir desse contexto, a presente pesquisa foi motivada por uma inquietação quanto à eficácia do processo de ensino e aprendizagem desses conteúdos escolares, no âmbito do Ensino Médio Integrado, devido à necessidade de aulas de revisão no início da disciplina Resistência dos Materiais. Atrelada a essa necessidade, a presente tese visa discutir a influência de uma sequência didática (SD) no processo de reconstrução do conhecimento sobre força, em especial o vetor força e sua eventual decomposição. Para isso, uma SD foi elaborada na 1ª etapa da pesquisa, com base em diagnóstico a respeito do domínio de conhecimento sobre força e problemas quanto à superação de obstáculos epistemológicos bachelardianos. Na 2ª etapa da pesquisa, os dados da turma investigada (EMIMEC - 2022) foram coletados via questionário e entrevista para discutir a influência da SD implementada. A discussão sobre o ganho de conhecimento e a superação de obstáculo epistemológico abordados também foi pautada no desempenho dos alunos frente ao questionário padrão aplicado antes (pré-teste) e depois (pós-teste) da SD. Os resultados confirmam que a SD implementada favoreceu o processo de aprendizagem quanto à reconstrução do conhecimento do conteúdo vetor força na abrangência das aulas de revisão. As análises identificaram que a percepção de erros por parte dos alunos da turma EMIMEC - 2022, na realização de exercícios e experimentos, foi um fator importante para tornar o conhecimento reconstruído mais significativo. Também foi constatado um favorecimento do processo de aprendizagem sobre o vetor Força, sob influência dos condicionantes didáticos utilizados na SD implementada, com destaque para os equipamentos construídos. Nesta pesquisa, o ganho de conhecimento da turma EMIMEC - 2022 alcançou um patamar médio (g), conforme a metodologia Hake. As entrevistas sobre a SD implementada mostraram que o processo de ensino aplicado foi uma alternativa eficaz diante da complexidade de substituir uma representação metal por outra reconsiderada, em particular, os casos dos alunos que apresentaram médio ganho [0,3<(g)<0,7] de conhecimento. As análises também revelaram que a eficiência do processo de ensino proposto na SD está atrelada ao processo de aprendizagem dos investigados. Nos casos em que os estudantes obtiveram baixo ganho de conhecimento [(g)<0,3], os condicionantes didáticos não influenciaram a forma de estudar os conteúdos escolares abordados na pesquisa. Os resultados poderão ser discutidos com professores da área de Física do curso EMIMEC para melhorar o processo de ensino e aprendizagem desses conteúdos, em especial do vetor força. Com isso, uma metodologia de ensino modificada sobre esse vetor poderá ser aplicada, a fim de aumentar o índice da eficácia epistemológica, na etapa de construção do conhecimento. Possivelmente, assim, aulas de revisão sobre o vetor força no início da disciplina Resistência dos Materiais, poderão ser reduzidas, ou até mesmo eliminadas.

Abstract: The curricular organization of the Mechanics Technician course Integrated into High School (EMIMEC), offered by the Instituto Federal Catarinense (IFC) Campus Luzerna, determined that the school contents of Newtonian mechanics (Force, Force vector and torque) are studied in the 1st year of the course, in Physics. In the 2nd year of this course, the subjects of the Resistance of Materials discipline require students to master these contents. This implies a sequence between acquiring and applying knowledge about Force. From this context, the present research was motivated by a concern regarding the effectiveness of the teaching and learning process of these school contents, within the scope of integrated high school, due to the need for review classes of these contents at the beginning of the Resistance of Materials discipline. Linked to this necessity, this thesis will discuss the influence of a Didactic Sequence (DS) in the process of reconstructing knowledge about Force, especially the Force vector and its eventual decomposition. For this, an DS was prepared in the 1st stage of the research based on a diagnosis regarding the domain of knowledge about Force and problems regarding overcoming Bachelardian epistemological obstacles. In the 2nd stage of the research, data from the investigated class (EMIMEC-2022) were collected via questionnaire and interview to discuss the influence of the implemented DS. The discussion about gaining knowledge and overcoming the epistemological obstacles addressed was also based on the students' performance in the standard questionnaire applied before (pre-test) and after (post-test) the DS. The results confirm that the implemented DS favored the learning process regarding the reconstruction of knowledge of the Force vector content, within the scope of the review classes. The analyzes identified that the perception of errors by students in the EMIMEC-2022 class when carrying out exercises and experiments was an important factor in making the reconstructed knowledge more meaningful. It was also found that the learning process on the Force vector was favored, under the influence of the didactic constraints used in the implemented DS, with emphasis on the equipment built. In this research, the knowledge gain of the EMIMEC-2022 class was Medium (g), according to the Hake methodology. The interviews about the implemented DS showed that the teaching process applied was an effective alternative given the complexity of replacing a metal representation with another reconsidered, particularly in the cases of students who showed Medium gain [0.3<(g)<0, 7] of knowledge. The analyzes also revealed that the efficiency of the teaching process proposed in DS is linked to the learning process of the students investigated. In cases where students achieved Low knowledge gain [(g)<0.3], the didactic constraints did not influence the way of studying the school content covered in the research. The results obtained can be discussed with Physics teachers from the EMIMEC course to improve the teaching and learning process of these contents, especially the Force vector. With this, a modified teaching methodology on the Force vector can be applied, with the intention of increasing the index of epistemological effectiveness, in the knowledge construction stage. Maybe so, revision classes on Force vector at the beginning of the Resistance of Materials discipline may be reduced, or even eliminated.