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0 UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM EDUCAÇÃO NAS CIÊNCIAS MESTRADO EM EDUCAÇÃO NAS CIÊNCIAS JULIANA AOZANE DA ROSA O ENSINO DE FÍSICA NAS ENGENHARIAS: ANÁLISE DAS CONTRIBUIÇÕES DO CONGRESSO BRASILEIRO DE EDUCAÇÃO EM ENGENHARIA (COBENGE) Ijuí-RS 2015 1 JULIANA AOZANE DA ROSA O ENSINO DE FÍSICA NAS ENGENHARIAS: ANÁLISE DAS CONTRIBUIÇÕES DO CONGRESSO BRASILEIRO DE EDUCAÇÃO EM ENGENHARIA (COBENGE) Dissertação apresentada à banca de defesa final do curso de Mestrado em Educação nas Ciências, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre, na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ – Área da Física. Orientadora: Dra. Maria Cristina Pansera de Araújo Ijuí-RS 2015 2 R788e Rosa, Juliana Aozane da. O ensino de física nas engenharias: análise das contribuições do Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE) / Juliana Aozane da Rosa. – Ijuí, 2015. 101 f.: il. ; 30 cm. Dissertação (mestrado) – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul (Campus Ijuí e Santa Rosa). Educação nas Ciências. “Orientadora: Maria Cristina Pansera de Araújo”. 1. Ensino de física na engenharia. 2. Metodologias de ensino. 3. Currículo. 4. COBENGE. I. Araújo, Maria Cristina Pansera de. II. Título. III. Título: Análise das contribuições do Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENG). CDU: 53:371.3 62:37 Catalogação na Publicação Zeneida Britto CRB10/1374 3 ATA DA BANCA 4 AGRADECIMENTOS Este trabalho só foi possível de ser realizado porque estive acompanhada e amparada por pessoas especiais, e a essas pessoas gostaria de agradecer. Primeiramente a Deus, por iluminar e guiar minha caminhada. A minha família, pelo apoio e incentivo no decorrer da minha formação. De forma especial a minha orientadora Professora Dra. Maria Cristina Pansera de Araújo, pela amizade, por toda a paciência que teve comigo, por toda a orientação desse trabalho, por me proporcionar muito aprendizado na pesquisa. Igualmente às Professoras Dra. Cátia Maria Nehring, Dra. Eva Teresinha Boff, Dra. Sandra Elisabet Bazana Nonenmacher pelas valiosas contribuições nas bancas de qualificação e defesa. Aos colegas do mestrado na qual em muitas conversas, trocamos informações, ideias ou mesmo nos incentivamos nessa caminhada. Aos professores e funcionários do PPGEC/UNIJUI pela prontidão e qualidade no atendimento. A todos o meu “muito obrigada”. 5 RESUMO A pesquisa aborda o ensino de Física considerado como um quesito para a formação acadêmica profissional dos engenheiros. O Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE), promovido pela Associação Brasileira de Ensino de Engenharia (ABENGE), é um espaço que proporciona discussões. Sobre o tema e é objeto desse estudo a partir da seguinte questão: quais as contribuições das produções apresentadas no Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE) para o ensino e aprendizagem de Física na formação do profissional engenheiro? Para tanto foi realizado um estudo do estado da arte (LÜDKE; ANDRÉ, 1986), garimpando os artigos apresentados no COBENGE do período de 2003 a 2013, e que atendiam o seguinte critério: presença da palavra Física, nos títulos, palavras-chave e resumo. Este procedimento permitiu selecionar 74 trabalhos. Após leituras criteriosas, foram elaborados quadros e tabelas, considerando a proveniência dos trabalhos, seus autores e abordagens tratadas. O que permitiu definir as seguintes categorias de análises fundamentada na Análise Textual Discursiva (MORAES; GAGLIAZZI, 2011): metodologia de ensino e currículo. Essas categorias foram subdivididas, conforme as diferentes abordagens apresentadas pelos autores e compostas com excertos dos trabalhos. Foram identificadas evidências de conceitos, conteúdos e metodologias discutidos no COBENGE, em sua maioria a partir de relatos da prática do professor em sala de aula. Dentre as contribuições identificadas estão as discussões acerca do currículo quanto aos conceitos e conteúdos; do espaço do congresso para formação docente; da metodologia de ensino, quanto da importância das atividades práticas com o uso de recursos computacionais e experimentais. Palavras-chaves: Ensino de Física na Engenharia. Metodologias de Ensino. Currículo. COBENGE. 6 ABSTRACT The research addresses the teaching of physics considered as one criterion for professional academic training of engineers. The Brazilian Engineering Education Congress (COBENGE), promoted by the Brazilian Association of Engineering Education (ABENGE), is a space that provides discussions. On the subject and is the subject of this study from the following question: what are the contributions of the productions presented at the Brazilian Engineering Education Congress (COBENGE) for teaching and learning of physics at training professional engineer? For this was a study of the state of the art (Lüdke; ANDRÉ, 1986), panning the articles presented in COBENGE the period from 2003 to 2013 and that met the following criteria: presence of the word physics, in titles, keywords and Abstract. This procedure allowed the selection of 74 works. After insightful readings and tables were developed considering the provenance of the work, the authors and treated approaches. What allowed to define the following categories of analysis based on the Text Analysis Discourse (MORAES; GAGLIAZZI, 2011): teaching methodology and curriculum. These categories were subdivided according to the different approaches presented by the authors and composed with excerpts of works. Evidence was identified concepts, contents and methodologies discussed in COBENGE, mostly from teacher practice reports in class. Among the identified contributions are discussions about the curriculum and the concepts and content; Space Congress for teacher training; teaching methodology, as the importance of practical activities using computational and experimental resources. Keywords: Physics Teaching in Engineering. Teaching methodologies. Curriculum. COBENGE. 7 LISTA DE SIGLAS AME – Autarquia Municipal de Ensino CEFET – Centro Federal de Educação Tecnológica CUFSA – Centro Universitário Fundação Santo André EPEF – Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Física FACENS – Faculdade de Engenharia de Sorocaba FAG – Faculdade Assis Gurgacz FATEC-TA – Faculdade de Tecnologia de Tatuí FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo FEI – Fundação Educacional Inaciana “Pe. Sabóia de Medeiros” (Centro Universitário) FMPFM – Faculdade Municipal Professor Franco Montoro FSA – Fundação Santo André FURB – Universidade Regional de Blumenau IFES – Instituto Federal do Espírito Santo IFMG – Instituto Federal de Minas Gerais IME – Instituto Militar de Engenharia ITA – Instituto Tecnológico de Aeronáutica MACKENZIE – Universidade Presbiteriana Mackenzie MAUÁ – Centro Universitário Mauá Network Control – POLI – Escola Politécnica de Pernambuco PSSC - Physical Science Study Committe PUCC – Pontifícia Universidade Católica de Campinas PUCMinas –Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais PUCPR – Pontifícia Universidade Católica do Paraná PUCRJ – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro PUCRS – Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul SOCIESC – Sociedade Educacional de Santa Catarina SNEF - Simpósio Nacional de Ensino de Física UBC – Universidade de Braz Cubas UCS – Universidade de Caxias do Sul UCSal – Universidade Católica do Salvador 8 UEFS – Universidade Estadual de Feira de Santana UFAM – Universidade Federal do Amazonas UFBA – Universidade Federal da Bahia UFC – Universidade Federal do Ceará UFCG – Universidade Federal de Campina Grande UFF – Universidade Federal Fluminense UFJF – Universidade Federal de Juiz de Fora UFMG – Universidade Federal de Minas Gerais UFOP – Universidade Federal de Ouro Preto UFPA – Universidade Federal do Pará UFPB – Universidade Federal da Paraíba UFPE – Universidade Federal de Pernambuco UFPR – Universidade Federal do Paraná UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFSC – Universidade Federal de Santa Catarina UFSCar – Universidade Federal de São Carlos UNB – Universidade de Brasília UNEB – Universidade do Estado da Bahia UNESP – Universidade Estadual Paulista UNICENP – Centro Universitário Positivo UNIDAVI – Universidade para o Desenvolvimento do Alto do Vale do Itajaí UNIFEI – Universidade Federal do Itajubá UNIFOR – Universidade de Fortaleza UNIMEP – Universidade Metodista de Piracicaba UNIS – Centro Universitário do Sul de Minas UNISAL – Centro Universitário Salesiano de São Paulo UNISINOS – Universidade do Vale do Rio dos Sinos UNIVASF – Universidade Federal do Vale de São Francisco UNP – Universidade Potiguar UP – Universidade Positivo UPE – Universidade de Pernambuco UPF – Universidade de Passo Fundo USJT – Universidade São Judas Tadeu 9 USP – Universidade de São Paulo USS – Universidade Severino Sombra USTJ – Universidade São Judas Tadeu UTFPR – Universidade Tecnológica Federal do Paraná UTP – Universidade Tuiuti do Paraná 10 LISTA DE QUADROS Quadro 1: Temas dos COBENGEs realizados de 1973 a 2013 ........................................................... 32 Quadro 2: Trabalhos selecionados do COBENGE, pela sigla adotada na pesquisa. ........................... 36 Quadro 3: Descrição das categorias de análise identificadas no processo ........................................... 37 Quadro 4: Temas por congresso/ano ................................................................................................... 39 11 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Regiões da realização do COBENGE .................................................................................. 33 Tabela 2: Distribuição dos artigos sobre Física ou Ensino de física no Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE), entre 2003 e 2013 ................................................................. 34 Tabela 3: Distribuição dos artigos sobre ensino de Física apresentados nos COBENGE (2013-2003) segundo as regiões de procedência ........................................................................................................ 41 Tabela 4: Distribuição dos artigos sobre ensino de Física selecionados nos COBENGE (2013-2003) segundo as universidades e instituições de ensino superior. ................................................................. 42 Tabela 5: Autores com dois ou mais artigos publicados nos anais do COBENGE 2013 a 2003. (A tabela completa encontra-se no anexo 3). ............................................................................................. 43 Tabela 6: Incidência das categorias de análises em cada ano do COBENGE...................................... 46 Tabela 7: Descrição das subcategorias de Metodologia de Ensino. ..................................................... 47 Tabela 8: Descrição das subcategorias de Currículo. ........................................................................... 60 Tabela 9: Áreas temáticas identificadas nos trabalhos ......................................................................... 61 12 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ................................................................................................................................... 13 1 A CONSTRUÇÃO DO TEMA E O CAMINHO PERCORRIDO ........................................... 17 1.1 A Física como área do conhecimento.............................................................................................. 17 1.2 O Ensino de Física na Engenharia ................................................................................................... 23 1.3 Percurso Metodológico e o foco da pesquisa .................................................................................. 30 2 O ENSINO DE FÍSICA NO COBENGE ................................................................................. 38 2.1 O congresso: temas em estudo ........................................................................................................ 38 2.2 De onde provêm as pesquisas .......................................................................................................... 41 2.3 Autores dos artigos .......................................................................................................................... 43 2.4 Categorias de Análises .................................................................................................................... 46 2.4.1 Metodologia de Ensino................................................................................................................. 46 2.4.2 Currículo ...................................................................................................................................... 60 3 COBENGE: O ENSINO DE FÍSICA NA FORMAÇÃO DO ENGENHEIRO ........................ 68 3.1 Contribuições a partir das Metodologias de Ensino ........................................................................ 68 3.2 Contribuições para o currículo ........................................................................................................ 76 3.3 As Interações e a formação dos conceitos científicos na perspectiva de Vigotski .......................... 83 CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................................................................... 89 REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 92 ANEXO ................................................................................................................................... 100 13 INTRODUÇÃO A procura por cursos de graduação voltados para a área das engenharias tem se acentuado nos últimos vestibulares em instituições de ensino superior. Pesquisas apresentadas principalmente pela mídia 1 , indicam que os alunos ao concluírem o ensino médio tem interesse em cursar engenharias. Um indicativo do interesse nesta área é a crescente demanda por profissionais para atender as necessidades econômicas e estruturais da população, como Boesing e Rosa (2008, p 02) afirmam: “as engenharias possuem um papel fundamental, pois para que um crescimento seja sustentável, ele deve estar atrelado ao desenvolvimento científico e tecnológico de uma nação.” Outro indicativo que “deslumbra” na escolha dessa área é o valor da remuneração. Normalmente uma grande parcela de alunos vestibulandos considera relevantes os indicativos acima, não levando em consideraçãoa sua afinidade com as ciências exatas, ou melhor, com a Física e a Matemática, disciplinas necessárias e obrigatórias ao processo de formação e atuação profissional. Essa “afinidade” se inicia na Educação Básica, quando os alunos tem acesso aos conceitos e princípios de Física. Faz-se referência a estas disciplinas, pois, ao se pesquisar e analisar o currículo dos cursos de engenharia, de qualquer instituição de ensino superior, constata-se disciplinas voltadas para a área das Ciências Exatas. Na minha experiência como professora do Ensino Médio percebia que a disciplina de Física suscitava inúmeros questionamentos nos alunos, que estavam concluindo este nível de ensino, tais como: “Professora é muito cálculo e fórmulas nos conteúdos de engenharia?”; “Será que é muito difícil?”; “São muitas disciplinas de Física?” Vários alunos que passaram pelas etapas da educação básica, nem sempre estudaram a Física, ou mesmo não deram importância significativa, tanto isso é verdade, que não esquecem facilmente de um professor de Física e, geralmente, por motivos pouco lisonjeiros, sendo até muito comum ouvir expressões como “Física é coisa para louco!”, reveladoras da imagem que os estudantes formam da Física na escola” (BONADIMAN, NONENMACHER, 2007, p.196). 1 Conforme matéria publicada no endereço: <http://blogdoenem.com.br/enem-2013-salario-engenharia/>. Em que o salário alto dos que atuam em alguma engenharia, tem atraído muitos estudantes . Revista Veja (edição 2362, fev./2014) apresenta uma reportagem com o levantamento e mostra as dez cidades do interior do Brasil que mais estão contratando, sendo a área das engenharias a mais remunerada e com mais falta de profissionais. http://blogdoenem.com.br/enem-2013-salario-engenharia/ 14 Essa imagem criada e vinculada com uma Física muito teórica, desinteressante, resumindo-se a um conjunto de leis e fórmulas utilizadas para resolver exercícios, claro que necessárias, mas que podem acabar prevalecendo e deixando a desejar nas possíveis relações e interpretações dos fenômenos e princípios físicos. E que não identificam a importância da Física como uma disciplina fundamental para muitas áreas do conhecimento. Quando os alunos ingressam no ensino superior, mais especificamente nos cursos de engenharia, sentem uma grande dificuldade em estudar e compreender alguns conceitos físicos considerados básicos, que são trabalhados nas disciplinas de Física, ofertadas normalmente no início dos cursos. O ensino da Física independente do nível deve contribuir para a formação dos conhecimentos científicos, que permita ao estudante a compreensão dos fatos, fenômenos e processos naturais, bem como, poder relacionar e utilizar esses conhecimentos em situações futuras. 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, a introdução à linguagem própria da Física, que faz uso de conceitos e terminologia bem definidos, além de suas formas de expressão que envolve, muitas vezes, tabelas, gráficos ou relações matemáticas (BRASIL, 2002b, p. 59). No primeiro semestre de 2012 iniciei como docente no ensino superior, ministrando as disciplinas de Física I, II e III para cursos de Engenharia (Elétrica, Civil e Mecânica). E nesse nível de ensino, tem-se um aprofundamento teórico conceitual e a utilização de ferramentas matemáticas mais avançadas. A explicitação conceitual implica em processos de abstração, e de representações matemáticas, que vem mostrando algumas fragilidades, quanto ao seu domínio. As reflexões suscitadas pela maneira de ensinar e o aprender dos alunos das engenharias levaram-me em busca de compreensões, as quais pudessem apontar caminhos para o ensino da Física, garantindo um espaço-tempo qualificado para o desenvolvimento cognitivo destes estudantes. Uma dessas buscas foi através da análise documental dos trabalhos do Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia – COBENGE, promovido anualmente pela Associação Brasileira de Educação em Engenharia, que constitui um dos mais importantes eventos sobre a educação em engenharia. Um espaço que vem se consolidando para socialização de experiências, práticas e reflexões, envolvendo profissionais, professores, alunos, instituições de ensino e empresas. O objeto desta pesquisa, o COBENGE é um evento em que se encontram discussões sobre o ensino da Física, diretamente ligada à área das engenharias. Isto 15 me instigou a pesquisar como está sendo abordado este ensino, a partir dos trabalhos apresentados neste evento. Esta pesquisa, também, esteve ancorada nas angústias enfrentadas em minha atuação como professora de Física, principalmente com as dificuldades percebidas no estudo e compreensão dos conceitos físicos pelos estudantes; e da reflexão sobre minha prática docente para mobilizar estes conceitos na formação do engenheiro. Isso tudo resultou na seguinte questão de pesquisa: Quais as contribuições das produções apresentadas no Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE) para o ensino e aprendizagem de Física na formação do profissional engenheiro? Para responder esta questão, temos como objetivo geral, identificar e analisar as contribuições dos trabalhos apresentados no Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE), no período de 2003 a 2013, sobre o ensino da Física nos cursos de graduação em engenharia. E tendo como objetivos específicos: mapear os trabalhos sobre ensino da Física nas engenharias; analisar as abordagens, as aprendizagens identificadas, as metodologias e temáticas predominantes, na constituição de novas aprendizagens sobre a questão. A dissertação está organizada em três capítulos, no qual são apresentados os objetivos, os referenciais, o caminho percorrido e resultados produzidos. O primeiro deles apresenta as discussões sobre o ensino de Física, desde uma breve revisão histórica da Física como área do conhecimento, até uma análise das pesquisas que focaram o ensino desta disciplina nas graduações de engenharia, publicadas em revistas, dissertações e teses do banco de dados da CAPES. Ainda, aborda a descrição da metodologia adotada, dos critérios estabelecidos para a busca e identificação dos artigos no COBENGE, bem como a descrição das análises e sistematizações realizadas, que resultaram na definição das categorias de análise, ancoradas na Análise Textual Discursiva (MORAES; GAGLIAZZI, 2011). No segundo capítulo são analisados, sistematizados e discutidos os dados apresentados em tabelas e quadros, considerando o número de artigos selecionados, proveniência dos autores, a fim de reconhecer o corpus teórico-prático construído nas publicações do COBENGE sobre o ensino de Física nas engenharias. Também a apresentação das categorias e subcategorias de análise, oriundas das abordagens dos trabalhos, que compuseram os metatextos, produzidos a partir dos excertos significativos retirados dos trabalhos analisados. 16 No terceiro capítulo, tecemos um diálogo com o referencial teórico para identificar as contribuições do COBENGE para o ensino de Física, a partir do desenvolvimento do currículo, da formação docente e da evolução da compreensão conceitual esboçadas nos artigos. 17 1 A CONSTRUÇÃO DO TEMA E O CAMINHO PERCORRIDO Este capítulo apresenta as discussões sobre o ensino de Física como área do conhecimento. Inicia com uma revisão histórica desde o início das discussões e o que atualmente está sendo pesquisado e publicado em eventos e periódicos. Nessa pesquisa, há uma ênfase no ensino de Física nas graduações em engenharias,publicadas em revistas, dissertações e teses do banco de dados da CAPES. Ainda, a descrição da metodologia adotada, do evento analisado – COBENGE, dos critérios adotados para a busca e identificação dos artigos e das sistematizações realizadas completam este capitulo. 1.1 A Física como área do conhecimento A Física está presente nos mais variados setores da atividade humana, contribuindo para o progresso, conforto e bem estar do homem. Os princípios da mecânica, termodinâmica, eletricidade, eletromagnetismo, óptica e da Física Moderna estão presentes no cotidiano das pessoas, tanto no trabalho como no lazer, em situações da natureza e em grande número de produtos tecnológicos. Halliday; Resnick; Walker (2008, p. 11) afirmam que “a Física é o assunto mais interessante do mundo, porque descreve o modo como o mundo funciona.” Ela busca a compreensão científica dos comportamentos naturais e gerais do mundo, desde as partículas elementares até o universo, ou seja, o seu estudo abrange desde as dimensões microscópicas, com a inserção da nanotecnologia, até as escalas macroscópicas, explorados na Astronomia. Dessa forma o seu ensino precisa contribuir para que os sujeitos possam usar de seu entendimento para interpretar fatos, os fenômenos e processos naturais, bem como situar e dimensionar a sua ação na e com a natureza (MENEZES, 2005). A preocupação com o ensino de Física iniciou, segundo os registros da sua história com a inserção das ciências naturais nos currículos da educação básica. Quem primeiro levantou essa frente, na segunda metade do século XIX, foi Rui Barbosa (ROSA; ROSA, 2012), que defendeu a disciplina de Ciências (Física, Química e Biologia) para proporcionar a observação e experimentação. Mas, a sua presença efetiva nos currículos ocorreu só em 1920 e não de forma obrigatória. 18 Até 1945, a escola tinha a função de formar profissionais da área tecnológica para trabalhar nas indústrias, além de preparar o aluno para o ensino superior. Para o ensino de Ciências, eram utilizados livros didáticos estrangeiros, que continham experiências e demonstrações (DELIZOICOV; ANGOTTI, 1994). Outra questão importante que era problemática refere-se a falta de professores com formação específica para atender a demanda do ensino de Física, tanto na Educação Básica quanto na Superior. Muito do que se discute hoje sobre o ensino de Física começou, no final da década de 60, sob a influência do desenvolvimento tecnológico dos EUA, em projetos da área das ciências, os quais foram inseridos, no ensino secundário. No caso da Física, o projeto Physical Science Study Committe (PSSC), em um primeiro momento, influenciou fortemente o ensino, porque foi traduzido para o português e trazia guias de orientação de atividades experimentais com equipamentos simples (ROSA; ROSA, 2012). De acordo com Moreira (2000, p. 94), este projeto marcou o início das discussões do ensino de Física no Brasil, pois “não era simplesmente, um novo livro de Física para a escola média. Era um projeto curricular completo, com materiais instrucionais educativos inovadores e uma filosofia de ensino de Física, destacando procedimentos físicos e estrutura da Física.” No entanto, a implantação do projeto não teve pleno êxito (MOREIRA, 2000), porque as escolas não possuíam equipamentos adequados, os professores sentiam-se despreparados para trabalhar experimentalmente e os livros didáticos, que vieram junto com o projeto, acabaram sendo totalmente adotados pelos professores como referencial linear, em suas aulas. E, “os treinamentos dados aos professores de Ciências contribuíram para formar uma visão pouco crítica e muito tecnicista de ensino que, de alguma forma, ainda é constatada nos dias de hoje” (ROSA; ROSA, 2012, p.7). De alguma forma, este projeto instigou os professores a procurarem melhorar a sua aplicação nas escolas, ou seja, precisavam de um espaço para troca de experiências e diálogos sobre o ensino de Física. Em 1970, na Universidade de São Paulo, aconteceu o primeiro Simpósio Nacional de Ensino de Física (SNEF), evento que acontece até os dias de hoje. (DIOGO; GOBARA, 2008). Desde então, grupos de pesquisa tem se estabelecido com diversos trabalhos, que investigam e discutem o ensino de Física, limites e possibilidades de mudanças, organização de currículo e inovação metodológica e conceitual, envolvendo professores e pesquisadores na produção e publicação acadêmica. Assim de forma pontual, apresentamos algumas 19 pesquisas sobre o estado da arte do ensino de Física, a partir das publicações em eventos e periódicos, como aquelas apresentadas no Encontro de Pesquisa em Ensino de Física (Queiroz e Silva, 2008; Salem e Kawamura, 2008), no Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências (Nardi et al, 2007; Souza Filho et al, 2005). A intenção é mostrar um panorama de pesquisas já realizadas sobre o ensino de Física no que tange as discussões e abordagens, que mais foram tratadas nos principais eventos e periódicos da área. As discussões de Queiroz e Silva (2008, p.03) analisam as publicações apresentadas no Simpósio Nacional de Ensino de Física (SNEF) e no Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Física (EPEF), sobre o ensino de Física, no período de 1996 a 2006. Os dados foram analisados, a partir da seguinte problemática: “Qual é o estado da arte da pesquisa em ensino de Física? Quais as inovações propostas nos últimos anos? Quais são as suas tendências?”. Para tanto, os autores mapearam os trabalhos desses eventos, considerando: os conteúdos, abordagens e metodologias recomendadas pela comunidade de pesquisadores, ao longo da última década; o caráter teórico (revisões sobre temas, propostas metodológicas e de inovação curricular) ou experimental (aplicação de propostas metodológicas); o público alvo e as áreas temáticas. Os resultados encontrados mostraram um aumento significativo de trabalhos nos eventos; em que mais de 70% deles eram de natureza experimental, e o público alvo das propostas e pesquisas desenvolvidas era de ensino médio e superior (licenciaturas). A área temática mais frequente foi o Ensino e Aprendizagem de Física, em que se incluem “as concepções alternativas, modelos mentais, aprendizagem significativa, resolução de problemas, além de revisões bibliográficas, reflexões sobre o ensino de física, aplicação de metodologias como subsídio para o ensino, entre outros” (QUEIROZ E SILVA, 2008, p. 5). Salem e Kawamura (2008), realizaram um levantamento nos Catálogos Analíticos de Dissertações e Teses no Brasil, sobre o ensino de Física no período de 1972 a 2005, com a identificação de 621 produções, com mais dissertações que teses, com maior concentração de publicações entre os anos de 1995 a 2005. Os trabalhos produzidos entre 2001 a 2005 foram categorizados segundo focos temáticos. O foco temático mais frequente foi “os processos cognitivos de Ensino-Aprendizagem”, com trabalhos que tratavam de “modelos, diagnósticos e propostas relativos aos processos de construção do conhecimento pelos estudantes, das suas concepções, de suas dificuldades e de mudanças produzidas pelo ensino; das inter-relações sócio-afetivas e de aspectos linguísticos na formação conceitual” (SALEM e KAWAMURA, 2008, p. 9). O levantamento das produções acadêmicas mostrou que a área do Ensino de 20 Física tem expandido, como uma provável consequência do aumento do número de programas de pós-graduação na área. Outro trabalho publicado é o de Nardi et al (2007), o qual apresenta considerações sobre pesquisas em ensino de Física no Brasil, entre 2000 a 2007, publicadas no Encontro de Pesquisa em Ensino de Física (EPEF), Simpósio Nacional de Ensino de Física (SNEF), Revista Brasileira de Ensino de Física e Caderno Brasileiro de Ensino de Física. Os 561 trabalhos constituíram 13 áreas temáticas. No período pesquisado, a formaçãode professores de Ciências, a aprendizagem de conceitos, experimentação e a resolução de problemas foram os temas mais discutidos. E, nos periódicos, a área temática com mais publicações foi a Aprendizagem de Conceitos Científicos, reportando a professores e estudantes de Ensino Médio e pesquisadores do Ensino de Física. Souza Filho et al (2005) divulgaram em seu trabalho, a tendência das temáticas abordadas nas pesquisas e os focos de interesse nas publicações sobre o ensino de Física no período de 2000-2005. Para tanto, foram analisados os seguintes periódicos: Revista Brasileira de Ensino de Física, Caderno Brasileiro de Ensino de Física, International Journal of Science Education, Enseñanza de las Ciencias, Physics Education, Science Education e Studies in Science Education. Nos periódicos brasileiros, ocorreu maior concentração de publicações na área temática “Ensino/Aprendizagem de Física” (propostas e modelos para o ensino de determinados conteúdos; resolução de problemas em física; dificuldades de aprendizagem; a persistência das pré-concepções; e aprendizagem nos laboratórios de ensino). Já nas publicações internacionais, além da temática “Ensino/Aprendizagem de Física” predominaram também a “Tecnologia de Informação, instrumentação e difusão tecnológica” (práticas e métodos nos laboratórios de informática). Além disso, os autores também analisaram dois eventos da área: o EPEF (Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Física) e o SNEF (Simpósio Nacional de Pesquisa em Ensino de Física), ambos promovidos pela Sociedade Brasileira de Física, com apresentação de um número expressivo de trabalhos na temática “Ensino/Aprendizagem de Física”. No SNEF de 2005, ocorreu a inserção da área temática “O Ensino de Física para a Graduação (física, engenharias, química, biologia, arquitetura, arte, etc.)”. Isso propiciou pesquisar nos SNEF de 2003 a 2013, os trabalhos dessa área temática, especificamente nas graduações em engenharia que continuaram as ser apresentados nas edições de 2005 e 2007. O ensino de Física nos cursos de engenharia foi apresentado em nove trabalhos, na edição de 2005, três em 2007 e nenhum trabalho em até 2013. Os aspectos 21 abordados trataram, em sua grande maioria, do uso de atividades práticas, da experimentação como estratégia de ensino e uma forma de contextualizar a parte teórica com a aplicação levando o aluno, por exemplo, de engenharia civil “a estudar a disciplina Física não apenas para passar de semestre, mas para que consiga identificar e solucionar problemas na construção civil usando conhecimento físico aplicado em problemas estruturais, nos estudos de concretos de alto desempenho, concreto celular, concreto protendido, estruturas de pontes, minimização de vibrações, etc.” (VALENTE et al, 2005, p.3). E também o uso de questionários, que investigaram as concepções e entendimentos dos alunos nas dimensões conceituais, de uso de laboratório e material experimental, nas aulas de Física. As discussões levantadas nas pesquisas mostram que, de modo geral, há preocupação com o ensino aprendizagem de Física, quanto às metodologias utilizadas pelos professores, em suas aulas, com ênfase no uso da experimentação. A Física estrutura-se conceitualmente, exigindo abstração para a construção de modelos teóricos, que serão ensinados. Tem-se realizado frequentemente mediante a apresentação de conceitos, leis e fórmulas, de forma desarticulada, distanciados do mundo vivido pelos alunos e professores e não só, mas também por isso, vazios de significado. Privilegia a teoria e a abstração, desde o primeiro momento, em detrimento de um desenvolvimento gradual da abstração que, pelo menos, parta da prática e de exemplos concretos. Enfatiza a utilização de fórmulas, em situações artificiais, desvinculando a linguagem matemática que essas fórmulas representam de seu significado físico efetivo (BRASIL, 2002b, p. 22). A abstração e as generalizações são importantes e necessárias, mas para se efetivar com maior facilidade a compreensão, o fenômeno físico deverá ser, primeiramente, trabalhado em todos seus aspectos práticos e envolvendo, se possível, aplicações e relações com situações do cotidiano para que ocorra uma aprendizagem mais significativa. E isto vai ocorrer quando o estudante atingir uma significação conceitual, ou seja, no momento que os novos conhecimentos (fenômenos, fórmulas, conceitos) faça parte de sua estrutura cognitiva, compreendendo e explicando situações com suas próprias palavras (MOREIRA, 2003). Para melhor compreender e interagir com situações da natureza e com o mundo tecnológico que nos cerca, é importante o domínio dos conhecimentos científicos, do campo da Física, que é subdividida em Física Clássica e Moderna. A primeira iniciou com os estudos de Copérnico, Kepler, Galileu, Pascal, Newton, entre outros pesquisadores e a segunda com a Teoria da Relatividade de Einstein, que foi ampliada em suas proposições com outros autores, tais como, Heisenberg, Bohr e Schrödinger (ROCHA, 2011; MEGGIOLARO, 2012). 22 Os conteúdos da Física Clássica são os de Mecânica, Termodinâmica, Óptica, Eletromagnetismo, e são enfatizados na Educação Básica, e constituem-se quesitos importantes na graduação em engenharia. Seu estudo inicia no Ensino Fundamental dentro da disciplina de Ciências e em alguns currículos escolares, a Física compõe uma disciplina específica no 9º ano. Este é o primeiro contato com os conhecimentos físicos e para muitos ocorreu apenas nas três séries do Ensino Médio, que segundo os Parâmetros Curriculares Nacional (2002 p.22): Espera-se que o ensino de Física, na escola média, contribua para a formação de uma cultura científica efetiva, que permita ao indivíduo a interpretação dos fatos, fenômenos e processos naturais, situando e dimensionando a interação do ser humano com a natureza como parte da própria natureza em transformação. [...] É necessário também que essa cultura em Física inclua a compreensão do conjunto de equipamentos e procedimentos, técnicos ou tecnológicos, do cotidiano doméstico, social e profissional. E, a compressão dos aparatos tecnológicos na Física Clássica não está mais “dando conta”, pela complexidade e dimensão dos componentes para o funcionamento dos mesmos. Por isso a inclusão dos conhecimentos da Física Moderna e Contemporânea (FMC), que diferem da Clássica ao trabalhar com o mundo microscópico (MEGGIOLARO, 2012). Também sua discussão vem aumentando quanto a sua inserção nos currículos, através de metodologias como as tecnologias da informação e comunicação; aumento de bibliografia (artigos, pesquisas); maior número de livros didáticos que abordam conceitos de FMC (OSTERMANN e CAVALCANTI, 1999; OSTERMANN e MOREIRA, 2000). Conforme as pesquisas analisadas, a preocupação com o ensino de Física, em geral, não é recente. As discussões em âmbito nacional culminaram na década de 1970, com a criação do I SNEF (Simpósio Nacional de Ensino de Física), e cujas pesquisas repercutem em diferentes níveis de ensino, tanto na Educação Básica como Superior. As primeiras ênfases referiam-se ao ensino de Física nas licenciaturas. Apesar destas discussões, a preocupação com o ensino e aprendizagem nesta área ampliou-se para outros cursos de graduação, como é o caso das engenharias e foi identificado no SNEF no ano de 2005, o que levou a necessidade de saber se é um tema relevante e discutido em outros eventos. O que se tornou um dos motivos para analisarmos a busca de trabalhos no COBENGE. Porém, antes trazemos uma discussão do ensino de Física nas engenharias, em periódicos específicos da Física na base de dados do SCIELO 2 e em teses e dissertações, no banco de dados da CAPES. 2 SCIELO – Scientific Eletronic Library, com acesso no endereço eletrônico: <http://www.scielo.org/php/index.php>.http://www.scielo.org/php/index.php 23 1.2 O Ensino de Física na Engenharia Falar em engenharia remete para a maioria das pessoas a um curso extremamente difícil, principalmente por envolver muita Matemática e Física, disciplinas que têm uma bagagem já historicamente formada, de que são complicadas ou mesmo incompreensíveis. Na verdade, as estruturas das disciplinas deste curso fundamentam-se, na Matemática e na Física, já que seus conteúdos são largamente utilizados para o entendimento de muitas aplicações na área de qualquer modalidade de engenharia. Como exemplo, pode-se citar um engenheiro civil que precisa saber calcular a capacidade de carga de uma viga, o nível de torção de uma barra de ferro ou de sua dilatação perante o calor; já um engenheiro elétrico precisa ter conhecimento dos conceitos de eletromagnetismo; e um engenheiro mecânico, necessita do conhecimento dos conceitos de termodinâmica. O seu ensino “abrange desde uma macroescala, como os projetos de mineração, comanditeis, indústria de construção, entre outros, passa por uma microescala envolvendo microssistemas e microeletrônica, chegando atualmente a uma nanoescala envolvendo as nanoestruturas onde as fronteiras tecnológicas são imperativas, exigindo alta capacidade e criatividade” (MASSON, et al, 2003, p.2). Conforme as Diretrizes Curriculares Nacionais de Engenharia 3 (2001, p. 05-06), todo e qualquer curso de engenharia deve possuir em sua matriz curricular três núcleos: um de conteúdos básicos, um de conteúdos profissionalizantes e um de conteúdos específicos que caracterizam a respectiva engenharia. Cada um deles deve abranger a carga horária mínima obrigatória, respectivamente, de 30%, 15% e 55% do curso. O núcleo de conteúdos básicos define os seguintes tópicos: Metodologia Científica e Tecnológica; Comunicação e Expressão; Informática; Expressão Gráfica; Matemática; Física; Fenômenos de Transporte; Mecânica dos Sólidos; Eletricidade Aplicada; Química; Ciência e Tecnologia dos Materiais; Administração; Economia; Ciências do Ambiente; Humanidades, Ciências Sociais e Cidadania (BRASIL, CNE/CES, 2002a). A disciplina de Física integra o núcleo básico e geralmente é apresentada nos primeiros semestres dos cursos de engenharia. A finalidade desta oferta, para alguns cursos, é recomendada ou considerada como pré-requisito para cursar outras disciplinas específicas da formação profissional. 3 Parecer CNE/CES 1362/2001 do Conselho Nacional de Educação 24 Os três núcleos de conteúdos compõem o currículo, que as universidades têm autonomia de organizar conforme as competências e os campos de atuação, dependendo da diversidade da região, ou mesmo se os cursos são oferecidos em turno diurno ou noturno. Essa organização visa atender as orientações contidas nas Diretrizes Curriculares, porém, cabe lembrar que o currículo é um sistema complexo, que além de ter os educandos no centro do processo deve fornecer as condições e os recursos necessários ao aprendizado (BREDARIOL; FIGUEIREDO, 2013). Em qualquer nível ou modalidade de ensino, o currículo define as intenções em o quê, quando e como ensinar, e em o quê, como e quando avaliar, além dos conteúdos que compreendem a experiência pessoal e social, incluindo conceitos, normas e valores. As instituições acabam por ensinar os conteúdos específicos e essenciais para a formação desse profissional, bem como, “formar cidadãos, gerar conhecimento, produzir o pensamento crítico, contribuindo assim para uma sociedade melhor” (SILVA et al, 2015, p.3). Alguns tópicos que fazem parte os conceitos básicos relacionados diretamente com a disciplina de Física são apresentados nas Diretrizes Curriculares para os cursos de graduação em Engenharia, tais como: “IV - Circuitos Elétricos; IX - Conversão de Energia; X – Eletromagnetismo; XV - Físico-química; XLVIII - Sistemas Térmicos; LI - Termodinâmica Aplicada” (BRASIL, 2002a, p.2- 3). Os conteúdos de Física abrangem a mecânica newtoniana, termodinâmica, eletricidade. Como esses conteúdos são trabalhados, ou mesmo o envolvimento dos estudantes no estudo e entendimento destes, tem repercutido em pesquisas realizadas por professores que estão compartilhando experiências de suas metodologias em sala de aula, e angústias na forma como os estudantes têm compreendido e aprendido os conceitos físicos. As discussões sobre o ensino de Física, especificamente nos cursos de engenharia, conforme pesquisas realizadas são na sua maioria apresentadas em periódicos ou eventos, sendo que os mesmos foram referenciados nas pesquisas sobre o estado da arte do ensino de Física, o que permite considerá-las um marco para o estudo pretendido. Quanto aos periódicos, dois são referência na área do ensino de Física, independentemente do nível tratado, seja na Educação Básica ou Ensino Superior, a Revista Brasileira de Ensino de Física e o Caderno Brasileiro de Ensino de Física. Em ambos, foram procurados artigos sobre o ensino de Física nas engenharias. 25 No primeiro periódico, encontramos os trabalhos de Barbeta e Yamanoto (2002); Gerab e Valério (2014); Nassar, Almeida e Bassalo (2007) e Ramos e Vertchenko (2011). E no segundo periódico, o trabalho de Massoni (2014). Também foi possível identificar um trabalho na Revista de Educação da PUC – Campinas, de Balzan (2002). Em eventos da área da engenharia, encontramos o trabalho de Boesing e Rosa (2008), no XXVII Encontro Nacional de Engenharia da Produção. Gerab; Valério (2014, p. 01), identificaram as relações de desempenho na disciplina de Física com outras disciplinas (Cálculo Diferencial e Integral I, Cálculo Vetorial e Geometria Analítica, Introdução a Computação, Desenho Técnico e Sociologia) dos dois primeiros semestre dos cursos de engenharias. Segundo os autores, os estudantes enfrentam muitas dificuldades ao ingressarem no ensino superior, resultado das “lacunas do seu conhecimento em matemática e em física deixadas por um ensino médio deficitário.” Essas dificuldades vão desde a adaptação a uma nova exigência de aprendizagem, na compreensão dos conceitos físicos, tanto no campo teórico como no campo das resoluções de problemas que utilizam a matemática. Para a pesquisa, os autores citados utilizaram a Análise de Regressão Linear Múltipla (RLM) e Análise por Regressão Logística (RL), através das notas obtidas pelos estudantes nas disciplinas citadas acima. E, a regressão que mais mostrou impacto para o desempenho da disciplina de Física foi à de Cálculo Vetorial e Geometria Analítica e Cálculo Diferencial e Integral I, reforçando a “forte conexão entre os conceitos matemáticos de vetor e suas propriedades e a sua correta aplicação para o entendimento dos conceitos físicos envolvidos no estudo da cinemática e da dinâmica, abordados em Física I.” (GERAB; VALÉRIO, 2014, p.8). Barbeta e Yamanoto (2002, p. 09) analisaram as respostas obtidas na aplicação de um teste 4 com 26 questões, para compreensão e aprofundamento dos conceitos de mecânica clássica (cinemática e dinâmica), em duas turmas de Física I de alunos iniciantes nos cursos de engenharias. A aplicação do teste também considerou além da parte conceitual da Física, o uso da linguagem matemática, na resolução de problemas através da álgebra elementar e a interpretação de gráficos. Os autores ao analisarem as respostas “confirmam a grande deficiência em relação aos conceitos básicos de física. A presença de concepções espontâneas que levam a uma visão restrita da natureza, parece ainda predominar na mente da maioria dos estudantes.” 4 Foi adaptado do teste “Mechanics Baseline Test”, que é um teste com questões de múltipla escolha sobre os conceitos iniciais de Física. E é utilizado em algumas universidades americanas. 26 Como percebido,o professor tem se deparado com dificuldades nas turmas iniciais de engenharia, que tem resultado em altos índices de evasão e reprovação, nas disciplinas básicas (Física, Matemática e Química). Uma das causas desses índices pode ser dos alunos não identificar ou relacionar os conceitos físicos com aplicação em outras disciplinas e também dificuldades com a linguagem matemática que auxilia na compreensão teórica da Física. Por ser inicio de curso, parece que os alunos já vêm com deficiências ou lacunas de conhecimento do ensino médio, e o professor é um dos agentes responsáveis e que muito tem se preocupado para amenizar e alterar esse quadro. Uma das formas é o professor considerar as concepções que os alunos possuem sobre alguns fenômenos físicos, buscar aprofundá-las, para que possam mobilizar esses conceitos espontâneos em conceitos científicos, para a sua formação em engenharia. No trabalho de Ramos e Vertchenko (2011, p. 08), foi abordada uma proposta de atividade experimental para que os alunos do segundo período de engenharia estudem os conceitos das propriedades dos corpos deformáveis, através da problematização. Foram realizados procedimentos experimentais, exercícios e reflexões do que foi observado no laboratório de Física, com roteiros que orientaram os alunos na organização de ideias e na centralização de problemas. A aplicação de atividade experimental, mais estruturada, normalmente deve ser trabalhada com alunos no início do curso, já que muitos deles não estão familiarizados com atividades práticas além do pouco tempo para trabalhar com as disciplinas de física geral. Segundo os autores, o uso de laboratório para o ensino de Física geral nos cursos de engenharia conseguiu “instigar nos alunos o raciocínio, o espírito investigativo, a cooperação mútua na solução de problemas e a troca de conhecimentos.” Massoni (2014), procurou investigar em estudantes de engenharia de uma turma de Física I-Mecânica, o efeito e a importância de atividades práticas em laboratórios para a aprendizagem e compreensão da Física. Para isso, primeiro foi feito um estudo preliminar com aplicação de questionário, investigando as opiniões e perspectivas que os estudantes têm das atividades experimentais e a importância atribuída ao ensino de Física. As respostas demonstraram que os estudantes entendem que o estudo teórico dos conceitos físicos pode ser com o uso de atividades no laboratório e quase metade, durante sua formação básica, nunca tiveram aula em um laboratório de Física. Em um segundo momento, foi realizado um estudo exploratório, no qual foi modificada a estrutura de um roteiro fechado de atividade experimental, para um semiaberto, com uma situação-desafio. Nesse tipo de roteiro, os alunos receberam o material com algumas instruções, e nos grupos discutiam a 27 maneira de montar o experimento, após entregaram um relatório, no qual deveria estar descritos de forma narrativa, os procedimentos e resultados obtidos. Com os relatórios narrativos, os professores podem ter, segundo Massoni (2014, p. 27): Informações mais ricas e detalhadas de modos de raciocínio, sobre certas concepções que os estudantes mantêm a respeito da natureza da ciência e, perceber algumas lacunas de aprendizagem ou certos problemas de compreensão matemática ou conceitual que demandam maior atenção. Esses dois trabalhos ao trazerem para discussão as atividades experimentais, que condizem com a orientação das DCN de Engenharia, sendo que: Nos conteúdos de Física, Química e Informática, é obrigatória a existência de atividades de laboratório. Nos demais conteúdos básicos, deverão ser previstas atividades práticas e de laboratórios, com enfoques e intensidade compatíveis com a modalidade pleiteada (BRASIL, 2001, p.06). Balzan (2002), relata uma pesquisa realizada com questionários respondidos por alunos e entrevistas com professores. Com os dados, foi possível categorizar os aspectos relevantes das afirmações dos participantes: professor, currículo, metodologia de ensino e qualidades necessárias ao profissional da área. O professor foi identificado como responsável pela capacitação e que precisa ter domínio dos conteúdos específicos e dos conhecimentos pedagógicos. A categoria currículo mostrou preocupação com a integração das disciplinas e os seus conteúdos, a importância das disciplinas básicas e o seu aprofundamento no decorrer das específicas bem como o despreparo dos alunos, que ingressam no ensino superior. Na metodologia do ensino, as respostas versaram sobre o aprender a aprender e a informática aplicada ao ensino-aprendizagem, bem como a utilização de projetos. E, por último, a qualidade do profissional almejado, que deve ter: formação ético-humanista; cidadania; domínio de inglês e informática; capacidade de comunicação e expressão; capacidade de interação profissional com outras áreas. Boesing e Rosa (2008), apresentaram uma proposta de trabalho para o ensino das disciplinas de Física especificamente no curso de engenharia da produção. Para isso, os alunos foram desafiados a desenvolver um produto e /ou processo que utilizasse os conceitos físicos estudados na disciplina. Com o desafio aceito, a atividade foi organizada em grupos de até quatro integrantes que deveriam primeiro, escrever um projeto de um assunto de livre escolha e escrever um projeto para a aprovação do professor e posterior montagem. Dificuldades levantadas foram, a livre escolha do assunto, e também a falta de tempo, já que o curso é 28 noturno e a grande maioria dos estudantes trabalha durante o dia. Superadas essas dificuldades, mudanças ocorreram no processo de ensino, como no sistema de avaliação das disciplinas, nos peso dos itens avaliados; que os projetos aproximaram mais os estudantes com o seu futuro profissional (indústria) e maior interação entre alunos e professores. Nassar; Almeida; Bassalo (2007, p. 05), apresentam em seu trabalho relacionado ao ensino de Física na área de engenharia, uma discussão sobre a importância de uma formação profissional, mais relacionada com as demandas e aplicações na região da Amazônia, já que é uma “região com potencial exuberante em energia, minérios e florestas”. Para tanto, trazem como sugestão: o aprofundamento das ciências básicas (Matemática, Química, Física e Computação); a interdisciplinaridade através da inter-relação entre os conteúdos e entre as disciplinas; e o ensino à distância como uma forma de incorporar as tecnologias de informação e comunicação e também pela distante localização dos grandes centros. Uma busca da produção acadêmica sobre o tema ensino de Física nas engenharias, em dissertações e teses no banco de dados da CAPES de 2000 a 2013, mostrou que apenas, a partir do 2010 foi encontrado nos títulos, resumos e palavras-chave, que continham a palavra Física e Engenharia. Atkinson (2004), enfatizou o currículo das engenharias quanto à importância das disciplinas básicas de Física. Para isso, realizou um estudo de caso através da aplicação de um questionário para professores e alunos, direcionado especificamente ao curso de engenharia ambiental. A intenção foi levantar as concepções de professores e como os alunos estão se sentindo para o estudo e compreensão dos conteúdos trabalhados nas disciplinas de física básica, especificamente, Física I, II e Fenômenos de Transportes. A pesquisa mostrou que os alunos não se sentem motivados para o estudo dessas disciplinas que acaba dificultando uma aprendizagem mais significativa. O autor propôs sugestões para melhorar essa aprendizagem, como: “carga horária concentrada nos conteúdos mais valorizados (calorimetria, termodinâmica e mecânica do fluídos); aprimoramento do laboratório didático de física” (ATKINSON, 2004, p. 50). Na dissertação de Ramos (2009), na disciplina de Física Geral para os cursos de engenharia é apresentado um conjuntode atividades experimentais, que abordam as propriedades dos corpos deformáveis através da problematização. As atividades foram planejadas para que o aluno na medida em que realizasse os experimentos sentisse a necessidade de usar novos conceitos que auxiliasse no entendimento do conceito estudado. 29 Todas as atividades foram testadas em turmas de engenharia ambiental e de produção e foram analisados os relatórios das mesmas. O que se verificou nesta pesquisa, é que o planejamento do ensino através da experimentação pode ser usado para oferecer estratégias e caminhos para a apropriação dos conceitos. Custódio (2012, p. 57), em sua dissertação, analisou a aplicação de um conjunto de testes conceituais sobre mecânica introdutória, em turmas de Física I em cursos de engenharia. A intenção foi fazer uma análise comparativa entre os resultados dos testes com o resultado das provas tradicionais. Um dos pontos levantados pela pesquisa, quanto a utilização destes testes conceituais, “é que ao aplicar o teste conceitual logo após a apresentação em aula do conceito, o professor pode imediatamente após a aula ter um panorama das dificuldades conceituais apresentadas pelos alunos e pode rapidamente atuar na correção destas dificuldades”. Destaca-se que os mesmos não foram elaborados ou corrigidos pelo professor da disciplina, mas pelo pesquisador, e a correção foi feita por um programa, que viabilizou a disponibilidade dos resultados para o professor, para em uma próxima aula, trabalhar com as dificuldades conceituais. Os resultados dos testes mostraram que conceitos básicos como velocidade, aceleração energia cinética, que de alguma forma já foram discutidos no Ensino Médio, ainda no Ensino Superior não são compreendidos. Assim, para os professores que estão preocupados com o processo de aprendizagem é preciso buscar estratégias didáticas, planejamentos para que os alunos consigam mobilizar esses conceitos, que compreendam a sua aplicação em diferentes contextos. Após as pesquisas realizadas, a ausência de estudos sobre o Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE) tornou-se evidente, apesar da sua relevância ao discutir o ensino na engenharia. Neste evento são discutidos trabalhos relacionados ao ensino de Física, nas graduações de engenharia, o que constitui o objeto desta pesquisa. A questão do estudo e da compreensão do conceito físico/científico, por parte dos estudantes, para aplicá-lo em situações específicas, é uma das dificuldades levantadas nas pesquisas apresentadas e tem repercutido especialmente nas disciplinas consideradas básicas (Física, Matemática e Química). A compreensão dos conceitos científicos, de alguma forma, começa com as disciplinas, denominadas básicas, oferecidas no início de qualquer curso de engenharia, as quais são fundamentais e cruciais para que os estudantes os mobilizem e sintam-se motivados a aplicá-los na sua modalidade de engenharia. Nesse processo, o 30 professor é o sujeito responsável para que ocorra a significação conceitual e de alguma maneira reduza a evasão dos cursos iniciais de engenharia (SILVEIRA, 2005). Os cursos de engenharias de todas as modalidades oferecem em suas grades curriculares disciplinas que capacitam o profissional a atuar nas demandas e exigências do mercado de trabalho. Alguns problemas têm emergido neste processo, quanto ao desempenho e a dedicação do estudante de engenharia, quando apresentam dificuldades na compreensão das áreas básicas e tecnológicas do curso. Outra questão refere-se ao número de alunos por turmas e a heterogeneidade, em que o professor precisa dialogar com alunos que apresentam muitas dificuldades na área. Com isso, discussões e reflexões têm sido levantadas sobre o tipo de ensino e o trabalho dos professores para desenvolver, amenizar ou superar as dificuldades encontradas no ensino e na aprendizagem de Física nas engenharias. A partir dessa ideia, o tema investigado emergiu da necessidade em compreender e analisar o ensino de Física nos cursos de graduação em engenharia. Esta inquietação levou-me a seguinte questão de pesquisa: Quais as contribuições das produções apresentadas no Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE) para o ensino e aprendizagem de Física na formação do profissional engenheiro? O objetivo geral é identificar e analisar as contribuições dos trabalhos apresentados no Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE), no período de 2003 a 2013, sobre o ensino de Física, nos cursos de graduação em engenharias. Como objetivos específicos: mapear os trabalhos sobre ensino de Física nas engenharias; analisar as abordagens, as aprendizagens identificadas, metodologias, temáticas predominantes, indícios e referencial produzido nos mesmos e constituir novas aprendizagens sobre a questão. 1.3 Percurso Metodológico e o foco da pesquisa De acordo com Lüdke; André (1986), é essencial que o pesquisador parta de situações inseridas no contexto de seu interesse para que haja um maior entendimento do objeto de estudo. Assim como docente nos cursos de engenharia, escolhi a análise de documentos sobre ensino de Física nas engenharias, a partir das publicações do Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE), promovido pela Associação Brasileira de Ensino de Engenharia – ABENGE. 31 Os documentos constituem também uma fonte poderosa de onde podem ser retiradas evidencias que fundamentem afirmações de declarações do pesquisador. Representam ainda uma fonte “natural” de informação. Não apenas uma fonte de informação contextualizada, mas surgem num determinado contexto e fornecem informações sobre esse mesmo contexto (LÜDKE e ANDRE,1986, p. 39). A pesquisa proposta por meio da construção do estado da arte do tema de interesse, como defendido por Ferreira (2002), é um trabalho bibliográfico que permite mapear, investigar e tentar responder a questão da pesquisa, considerando “diferentes épocas e lugares, de que formas e em que condições têm sido produzidas certas dissertações de mestrado, teses de doutorado, publicações em periódicos e comunicações em anais de congressos e de seminários” (FERREIRA, 2002, p 258). Ao acessar e analisar este material pretendemos constituir novas aprendizagens e conhecimentos sobre o tema, quanto a questão de pesquisa Para obter as necessárias informações do contexto da pesquisa foram realizadas leituras intensivas dos artigos selecionados, fragmentação dos textos e posterior categorização destes documentos, definidos no desenvolvimento da pesquisa. Esse momento, na perspectiva de Moraes; Galiazzi (2011) é iniciado pela desconstrução dos textos pesquisados, para definir as unidades de análises, para posterior categorização. Nesse processo, “a categorização, além de reunir elementos semelhantes, também implica nomear e definir as categorias, cada vez com maior precisão, na medida em que vão sendo construídas” (MORAES e GALIAZZI, 2011, p. 23). Por que escolher o Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia – COBENGE? O COBENGE constitui-se em um dos mais importantes eventos nacionais sobre o ensino em engenharia. É promovido anualmente pela Associação Brasileira de Educação em Engenharia (ABENGE), desde 1973, quando foi fundada a associação que manteve, até hoje, o propósito de reunir profissionais, professores, alunos, instituições de ensino e empresas, para discutir questões quanto à formação do profissional na área das engenharias, compartilhar experiências e discutir estratégias para a capacitação e qualificação desses profissionais. (TOZZI e DUTRA, 2013). A partir de 1974, foram promovidas assembleias, sendo em 1978 incluída na V Assembleia Anual da ABENGE, a apresentação de trabalhos, que acabou se fortalecendo, de modo que no ano seguinte foi proposto junto com a VI Assembleia a realização de um congresso. Então em 1979, aconteceua realização do primeiro Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia, na Universidade Federal do Rio de Janeiro. Além das apresentações de trabalhos, também se firmou um espaço para a discussão de temas relacionada ao ensino da 32 Engenharia no Brasil, e compartilhamento de experiências realizadas nas escolas de Engenharia. A numeração dos congressos acompanhou a numeração das assembleias anuais, ou seja, desde 1973 quando foi realizada a Assembleia de fundação da ABENGE e não quando foi realizado o primeiro Congresso em 1979. A sigla COBENGE foi adotada no ano de 1982, e representa o Congresso Brasileiro de Ensino de Engenharia. Conforme o quadro 1, os primeiros congressos tiveram discussões de temas livres, principalmente voltados para os currículos dos cursos. Em 2007, ocorreu uma mudança na denominação, passando a Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia, e a mudança de ensino para educação foi ocasionada, segundo Tozzi; Dutra (2013, p.29), pela: Aprovação da Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional, em 1996, e da discussão das novas Diretrizes Curriculares, que estabeleceu um novo paradigma para a formação no ensino superior brasileiro. Esse novo paradigma rompe com a ideia de um ensino conteudista, centrado no professor que ensina e coloca o aluno em uma posição passiva. Dessa forma, a ABENGE demonstrou que estava se inserindo nesse novo paradigma, em que o processo de educação se tornou mais amplo, quanto às discussões das competências na formação do profissional. O congresso foi se consolidando através do expressivo aumento do número de participantes e trabalhos apresentados a cada edição. Quadro 1: Temas dos COBENGEs realizados de 1973 a 2013 Edição / Ano Lugar realização – IES/ UF Tema I/1973 Fundação da ABENGE II/1974 SP I Assembleia Anual da ABENGE III/1975 SP II Assembleia Anual da ABENGE IV/1976 SP III Assembleia Anual da ABENGE V/1977 SP IV Assembleia Anual da ABENGE VI /1978 SP V Assembleia Anual da ABENGE VII/1979 UFRJ / RJ Temas livres VIII/1980 Instituto de Engenharia / SP Não identificado IX/1981 Instituto de Engenharia / SP Vários temas, incluindo estudos e debates sobre o ensino de graduação e de pós-graduação. X/1982 Instituto de Engenharia / SP Não identificado XI/1983 FAPESP/SP Temas pré-definidos e temas livres. XII/1984 FAPESP/SP Não identificado XIII/1985 FAPESP/SP Não identificado XIV/1986 UFRJ/RJ Avaliação dos Cursos de Engenharia e Relações Universidade/Setor Produtivo XV/1987 UFSC/SC Temas: Avaliação dos Cursos de Engenharia; A questão do Projeto nos Cursos de Engenharia; O Papel dos Engenheiros nos Grandes Projetos Nacionais; Questões Relacionadas com a Estrutura Curricular dos Cursos de Engenharia. XVI/1988 UFBA/BA Temas: Adequação da Graduação e Pós-Graduação às especificidades regionais; Normalização e Qualidade Industrial no 33 Ensino de Engenharia; Ensino e Aprendizagem nos Cursos de Engenharia; Novas Tecnologias e o Ensino de Engenharia. XVII/1989 UFPR/PR Temas: O Engenheiro do Século XXI; Novas Tecnologias no Ensino de Engenharia e a Formação de Recursos Humanos em Áreas Estratégicas; Inovações no Ensino de Engenharia. XVIII/1990 AME/MG Temas: Projetos e Construção de Equipamentos e Instrumentos para Laboratórios de Cursos de Engenharia; Alternativas de Formação e Capacitação de docentes para Escolas de Engenharia; O perfil do Engenheiro do Século XXI; Temas Gerais. XIX/1991 UFPB/PB O Ensino de Engenharia no Contexto da Modernidade Industrial. XX/1992 UFRJ/RJ 200 Anos do Ensino de Engenharia no Brasil: Evolução e Desafios da Modernidade. XXI/1993 UFMG/MG Temas abertos para todas as áreas da engenharia. XXII/1994 UFRGS/RS Palavras-chave: Currículo, Ensino Continuado; Metodologia, Ser Social, Iniciação Científica, Mercosul, Ciclo Básico, Avaliação, Qualidade, Estágio. XXIII/1995 UFPE/PE Não teve tema central XXIV/1996 UFAM/AM Ensino Consorciado, a Trilogia do Futuro: Educação, Convênio e Qualidade XXV/1997 UFBA, UCSal, UEFS /BA Quatro temas XXVI/1998 USJT/SP Temas: a Avaliação, a Engenharia e a Sociedade; Diretrizes Curriculares; parceria Universidade-Empresa; Universidade Virtual; Ensino de engenharia e o Mercado Mundial. XXVII/1999 UFRN, UNP/RN A Engenharia para o Brasil do Século XX XXVIII/2000 UFOP/MG Não teve tema central XXIX/2001 PUCRS/RS Experiências Concretas no Ensino de Engenharia XXX/2002 UNIMEP/SP Evolução e Perspectivas para o Ensino de Engenharia XXXI/2003 IME/RJ O Ensino da Graduação e suas Interfaces com a Pós-Graduação, a Pesquisa e a Extensão XXXII/2004 UNB/DF Dando Forma a uma Nova Realidade XXXIII/2005 UFCG/PB Promovendo e Valorizando a Engenharia em um Cenário de Constantes Mudanças XXXIV/2006 UPF/RS Ensino de Engenharia: Empreender e Preservar XXXV/2007 UNICENP/PR Novos Paradigmas na Educação em Engenharia XXXVI/2008 USP, MAUÁ/SP Educação, Mercado e Desenvolvimento: Mais e Melhores Engenheiros XXXVII/2009 Poli-UPE/PE Engenharia sem Fronteiras XXXVIII/2010 UFC,UNIFOR/CE Engenharia em Movimento XXXIX/2011 FURB/SC Formação Continuada e Internacionalização XL/2012 UFPA/PA O Engenheiro Professor e o Desafio de Ensinar XLI/2013 UFRGS/RS Educação em Engenharia na Era do Conhecimento Fonte: Adaptado de TOZZI e DUTRA, 2013. O Quadro 1 apresenta um panorama geral do congresso, quanto à distribuição dos temas e o local da realização do mesmo. É possível identificar que alguns temas são recorrentes. A partir destes, foi organizada a Tabela 1, com as regiões que já sediaram o congresso. Região Edição/UF Nº Sudeste VII/RJ; VIII/SP; IX/SP; X/SP; XI/SP; XII/SP; XIII/SP; XIV/RJ; XVIII/MG; XX/RJ; XXI/MG; XXVI/SP; XXVIII/MG; XXX/SP; XXXI/RJ; XXXVI/SP 16 Sul XV/SC; XVII/PR; XXII/RS; XXXIX/RS; XXXIV/RS; XXXV/PR; XXXIX/SC; XLI/RS 8 Nordeste XVI/BA; XIX/PB; XXIII/PE; XXV/BA; XXVII/RN; XXXIII/PB; XXXVII/PE; XXXVIII/CE 8 Norte XXIV/AM; XL/PA 2 Centro Oeste XXXII/DF 1 Tabela 1: Regiões da realização do COBENGE 34 É possível identificar a região do país em que mais vezes foi realizado o congresso, no caso a região Sudeste, nas cidades de São Paulo e Rio de Janeiro. Esta recorrência é explicada pelas assembleias terem iniciado no estado de São Paulo, no Instituto de Engenharia, onde ocorreu a criação da ABENGE. Depois de 1986, aconteceu uma descentralização do evento, passando a ser promovido pelas Instituições associadas da ABENGE. Com este panorama geral, em um primeiro momento, busquei os artigos apresentados no COBENGE, acessando o site da ABENGE 5 , que disponibiliza as informações e anais dos congressos de 1998 a 2012, e do ano de 2013, conseguimos os anais em CD. A seleção dos artigos começou em 2013, retrocedendo até 2003, levando em consideração, que o número total de trabalhos apresentados em cada congresso, fosse superior a 200. Foram selecionados os artigos que atendiam ao seguinte critério: presença da palavra Física nos títulos, palavras-chave e resumos, nessa sequência. E também na leitura preliminar dos resumos, foram selecionados os artigos relacionados ao Ensino Superior, nos cursos de engenharia Dessa forma, o número de artigos de cada edição do evento e os selecionados é apresentado na Tabela 2. Ano Edição – COBENGE Artigos Publicados Artigos selecionados – Ensino de Física Nº % 2013 XLI 510 13 2,54 2012 XL 404 11 2,72 2011 XXXIX 476 07 1,47 2010 XXXVIII 321 04 1,24 2009 XXXVII 280 07 2,5 2008 XXXVI 317 08 2,52 2007 XXXV 304 06 1,97 2006 XXXIV 225 04 1,77 2005 XXXIII 354 05 1,41 2004 XXXII 443 04 0,90 2003 XXXI 413 05 1,21 TOTAL 4047 74 1,82 Tabela 2: Distribuição dos artigos sobre Física ou Ensino de física no Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE), entre 2003 e 2013 5 www.abenge.com.br 35 Os 74 artigos selecionadosforam nomeados e identificados com a sigla, COBN1_N, em que COB significa o COBENGE; N1 corresponde a ano da realização do congresso e o N varia de 1 a 13 conforme o número do artigo selecionado no ano, por exemplo, COB13_1; COB13_2. Este tipo de identificação dinamizou o processo de análise e separação dos artigos para a construção das categorias, desde os temas, conceitos, enfoques, abordagens, metodologias e autores nos trabalhos produzidos. Os artigos, que atenderam ao critério estabelecido (presença da palavra Física nos títulos, palavras-chave e resumos), foram organizados em um quadro, com o uso da planilha do Excel para reconhecer, analisar e sintetizar seus temas e abordagens. Nesse quadro, além da identificação, foi colocado os dados referentes ao título do trabalho, autores e instituição, palavras chave, resumo e referencias bibliográficas. Após os trabalhos estarem dispostos nesta planilha, foi possível produzir novos agrupamentos conforme os conceitos e conteúdos contidos nas palavras chave e nos títulos; a relação dos autores; as instituições de ensino e a procedência dos trabalhos no congresso. Os agrupamentos citados foram sistematizados em tabelas e quadros, que serão discutidos no Capítulo 2. Os dados considerados para análise foram tabelados conforme modelo (Quadro 2). A planilha completa encontra-se em anexo (Anexo 1). 36 Nº texto Ed_ ano Título Autores Palavras Chave Resumo Referencias bibliográficas COB13_1 XLI_ 2013 A FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂ NEA NOS CURSOS DE ENGENHARIA: ANÁLISE DE CURRÍCULOS DA UFSC E UNIFEI Ana Paula Grimes de Souza – José Francisco Custódio – Mikael Frank Rezende Junior – Universidade Federal de Santa Catarina Universidade Federal de Itajubá Física Moderna e Contempor ânea, Ensino de Física, Educação em Engenharia. Este trabalho é parte de uma pesquisa de mestrado, a qual objetiva investigar a importância da Física Moderna e Contemporânea (FMC) na formação e atuação do profissional engenheiro no Brasil. Tais teorias possibilitaram o desenvolvimento de uma série de tecnologias que conhecemos hoje, como os semicondutores e suas aplicações na indústria da microeletrônica, as possibilidades de utilização da energia nuclear e demais aplicações da radioatividade, o funcionamento dos aparelhos de ressonância magnética, além dos supercondutores, das nanotecnologias, entre outros. Uma vez que os engenheiros são, direta ou indiretamente, agentes de inovação científica e tecnológica, compreendemos que seja necessária uma formação que propicie o conhecimento de teorias científicas modernas, como àquelas denominadas como FMC, e suas implicações tecnológicas. Como esses conteúdos não são obrigatórios para os currículos das engenharias, buscamos analisar se alguns cursos já se preocupam para que tais tópicos façam-se presentes na formação dos engenheiros. Para isso, foram analisados os currículos de vinte e três cursos de engenharia, doze da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) e onze da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI). Os resultados apontam que a maioria dos cursos já possui contato com tópicos da Física desenvolvida a partir do século XX, destacando-se maior carga horária nos cursos de engenharia Eletrônica, de Materiais, Elétrica e Produção Elétrica para o caso da UFSC, e engenharia Eletrônica, Elétrica, Computação e Controle e Automação, para o caso da UNIFEI. Nas demais modalidades, tal abordagem é, ainda, apenas introdutória e/ou informativa. BAZZO, W. A.; PEREIRA, L. T. V. Introdução à Engenharia: conceitos, ferramentas e comportamentos. Florianópolis: editora UFSC, 2006. 270 p BRASIL. Conselho Nacional de Educação. Diretrizes Curriculares Nacionais do Curso de Graduação em Engenharia. Resolução CNE/CES 11, de 11 de março de 2002. Diário Oficial da União, Brasília, 9 abr.2002. Seção 1, p. 32. CENTRO DE ESTUDOS ESTRATÉGICOS. Materiais avançados no Brasil 2010-2022. Brasília: CGEE, 2010. __________. Semicondutores Orgânicos: proposta para uma estratégia brasileira.. Brasília: CGEE, 2007. __________. Convergência Tecnológica. Brasília: CGEE, 2008. CHIZZOTTI, A. Pesquisa em ciências humanas e sociais. São Paulo: Cortez, 1995. CUNHA, L. S.; et al. A Física Moderna e Contemporânea nos cursos de engenharia do Estado de Minas Gerais. Anais: XXXVI - CONGRESSO BRASILEIRO DE EDUCAÇÃO EM ENGENHARIA. São Paulo: ABENGE, 2008. LEMES, T. C.; REZENDE JUNIOR, M. F. A Física Moderna e Contemporânea nos cursos de engenharia do Brasil: cenário atual e perspectivas. Revista de Ensino de Engenharia, Brasília, v. 30, n. 2, p. 24-34, 2011. LEMES, T. C.; et. al. A Física Moderna e Contemporânea nos cursos de engenharia da Universidade Federal de Itajubá. Anais: XXXVII - CONGRESSO BRASILEIRO DE EDUCAÇÃO EM ENGENHARIA. Recife: ABENGE. 2009. LÜDKE, M.; ANDRÉ, M. E. D. A. 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Passo Fundo: ABENGE, 2006. SOCIEDADE BRASILEIRA DE FÍSICA - SBF. Física para o Brasil: pensando o futuro. São Paulo, 2005. 248p. COB13_2 Quadro 2: Trabalhos selecionados do COBENGE, pela sigla adotada na pesquisa. 37 Os 74 trabalhos foram lidos na íntegra e analisados a partir da Análise Textual Discursiva, proposta por Moraes; Galiazzi (2011, p. 11), em que: A pesquisa qualitativa pretende aprofundar a compreensão dos fenômenos que investiga a partir de uma análise rigorosa e criteriosa desse tipo de informação [..] a intenção é a compreensão, reconstruir conhecimentos existentes sobre os temas investigados. A leitura possibilitou que fossem identificadas as características dos trabalhos, o que permitiu a construção das categorias emergidas dessa análise, conforme Quadro 3. Elas foram ilustradas com excertos dos trabalhos, identificados pelas siglas definida para os trabalhos, por exemplo, COB11_2. Categorias de análise Descrição das categorias Metodologia de Ensino O que foi proposto para trabalhar o ensino de física, descrevendo e relatando metodologias utilizadas pelos professores. Currículo Discussões sobre a forma de organização curricular, dos conceitos e conteúdos de Física mais discutidos e a importância de disciplinas básicas na formação do profissional. Quadro 3: Descrição das categorias de análise identificadas no processo 38 2 O ENSINO DE FÍSICA NO COBENGE Este capítulo apresenta a análise e discussão dos dados empíricos das pesquisas sobre o Ensino de Física a partir dos artigos selecionados nos anais do Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia (COBENGE), entre os anos de 2003 a 2013. Os dados foram sistematizados em tabelas e quadros, que trazem os temas propostos nos COBENGEs, os autores dos trabalhos e as respectivas instituições, as categorias de análise com excertos ilustrativos das mesmas. 2.1 O congresso: temas em estudo Os temas propostos nos congressos