Como melhorar a eficiência dos laboratórios de ensino de física?

Claudio Macedo
18/01/2018

Laboratório de ensino de física. [1]
Os professores Natasha Holmes, da Universidade Cornell, e Carl Wieman, da Universidade Stanford (Prêmio Nobel de Física de 2001), descobriram que os tradicionais laboratórios universitários de ensino de física não atingem aos objetivos a que são propostos [2].

Os autores do trabalho analisaram a eficácia no cumprimento do principal objetivo que os laboratórios universitários de ensino de física normalmente se propõem: apoiar a aprendizagem de conteúdo nas disciplinas de física geral associadas ao laboratório. Foram examinados o desempenho de 3.000 alunos em laboratórios de ensino de física de três universidades dos EUA, envolvendo conteúdos de mecânica e eletricidade e magnetismo. Nas universidades em que ocorreram as análises, os laboratórios de ensino eram disciplinas optativas, assim, os pesquisadores puderam comparar o domínio de conteúdo entre os estudantes que frequentaram laboratórios de ensino de física e os que optaram por não frequentar. O indicador utilizado nessas análises foi o desempenho dos alunos nos exames das disciplinas teóricas de física geral. O resultado encontrado foi que as atividades dos laboratórios de ensino de física não mostram ter nenhum impacto mensurável no desempenho médio dos alunos em termos de domínio de conteúdo de física, isto é, os alunos que frequentaram o laboratório e os que não frequentaram demostraram ter o mesmo domínio do conteúdo de física tratado no laboratório. Esse resultado surpreendente se manteve mesmo quando os autores restringiram a análise a questões dos exames teóricos que requeriam apenas raciocínio conceitual e nenhum cálculo quantitativo. A grande surpresa é que conceitualmente, os laboratórios de ensino poderiam ajudar os alunos a compreender os conceitos de física, mas o que ocorreu é que em todos os casos analisados, apresentaram o mesmo resultado nulo para o benefício de laboratório.

Usualmente os laboratórios de ensino de física nas instituições universitárias são pensados com objetivos bem amplos: reforçar o conteúdo, aprender sobre a medição e a incerteza, praticar habilidades de comunicação escrita, desenvolver habilidades de trabalho em equipe e, finalmente, aprender que a física é uma ciência experimental. Nas instituições em a parte teórica de física geral e o correspondente laboratório são integrados em uma disciplina ou alinhados na estrutura curricular, o objetivo fundamental pretendido é melhorar a compreensão dos alunos do conteúdo da parte teórica, e a lógica subjacente é que os alunos entenderão melhor a física se conduzirem experimentos, e verem por si mesmos como funcionam os princípios da física na vida real. O que os autores desse trabalho estão mostrando é que isso não está acontecendo.

No mesmo trabalho, os pesquisadores realizaram uma avaliação das causas do problema através de entrevistas com alunos. Os alunos descreveram que em uma atividade de laboratório de ensino de física típica, toda a tomada de decisões envolvida na realização do experimento de física é feita antecipadamente para os alunos; as equações e princípios relevantes são apresentados no preâmbulo; os alunos são informados sobre o valor que devem obter para uma medida específica ou é dada a equação para prever esse valor; eles são informados sobre os dados a serem coletados e como coletá-los; e muitas vezes eles são informados sobre quais botões pressionar no equipamento para produzir a saída desejada.

Segundo os autores, embora os alunos estejam passando pelos movimentos da experimentação, seus cérebros não estão envolvidos no processo, e há pouca necessidade ou motivo para pensar sobre o conteúdo físico envolvido. Esse esforço mental é feito pelos professores de antemão, quando eles projetam o experimento e quando eles pensam sobre os fenômenos físicos e como testá-los. A pesquisa sugere que os professores estão erroneamente assumindo que os alunos passarão por um processo de pensamento comparável, pois seguem as instruções no manual do laboratório para completar a experiência no tempo alocado.

No trabalho, os autores indicam como alternativa ao laboratório de ensino de física tradicional, uma abordagem que envolve o abandono do objetivo de ensinar conteúdo e, em vez disso, pretende ensinar aspectos importantes do pensamento físico para os quais os laboratórios são eficazes. Esses aspectos relacionam-se ao processo de experimentação científica, como formular hipóteses e testá-los pela coleta de dados, descobrir como melhorar a qualidade dos dados, usar dados para avaliar a validade dos modelos e decidir os critérios adequados para tal avaliação. Os pesquisadores analisaram no trabalho, dois exemplos detalhados de atividades didáticas testadas com sucesso em seus laboratórios de ensino seguindo a abordagem alternativa por eles preconizada: o período de um pêndulo simples em função da amplitude e o fenômeno de um cone de luz produzido quando um laser verde passa através de um tanque de água e incide em uma folha de papel.

O fato é que um problema acadêmico muito importante está identificado! Os professores universitários da área de física precisam definir com precisão os objetivos dos laboratórios de ensino de física geral, as formas de atingir esses objetivos e como aferir o atendimento desses objetivos.

[1] Crédito da imagem: MGB (Public domain) / Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Matemati%C4%8Dka_gimnazija_-_Mathematical_Gymnasium_Belgrade_-_MGB_-_Physics_Laboratory_1.jpg.

[2] NG Holmes, CE Wieman. Introductory physics labs: We can do better. Physics Today 10.1063/PT.3.3816 (2018).

Como citar este artigo: Claudio Macedo. Como melhorar a eficiência dos laboratórios de ensino de física? Saense. http://www.saense.com.br/2018/01/como-melhorar-a-eficiencia-dos-laboratorios-de-ensino-de-fisica/. Publicado em 18 de janeiro (2018).

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Claudio Macedo

Doutor em Física. Divulgador de Ciência. Professor da Universidade Federal de Sergipe (1976-2016). Escreve sobre Temas Variados da Ciência no Saense.

One thought on “Como melhorar a eficiência dos laboratórios de ensino de física?”

  1. Eu concordo com os autores que estamos longe de solidificar os conceitos teóricos, porém, parece utopia a proposta deles. Vamos ficar rodando um ou dois experimentos durante o semestre todo ou desenvolver habilidades laboratoriais que julgo fundamentais: aprender a medir, analisar resultados, fazer gráficos e redigir um relatório?

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