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Instrumentação para o Ensino de Física

1. necess rio conhecer a dist ncia percorrida pela bolinha em verdadeira grandeza e nem tampouco qual a frequ ncia utilizada no estrobosc pio Voc saberia explicar o porqu 1 200 Posi o da bolinha medida diretamente da fotografia Figura 9 7 1000 Polin mio do segundo grau ajustado por meio do m todo dos m nimos F quadrados e Posi o unidades arbitr rias 0 2 4 6 8 10 Tempo T Figura 9 8 Gr fico da coordenada vertical y da bolinha em fun o do tempo t A posi o y da bolinha foi determinada a partir de uma origem arbitr ria usando se um sistema de unidades arbitr rio O tempo associado cada posi o foi medido em unidades do per odo de pulsa o T da luz estrobosc pica isto t n T onde n um n mero inteiro O per odo T o inverso da frequ ncia f ajustada para a luz estrobosc pica Como se trata de um movimento de queda livre a coordenada y deve satisfazer a rela o y y V t Yo 9 t2 isto um polin mio de segunda ordem em t A an lise foi feita ajustando se um polin mio de segunda ordem em t aos dados experimentais por meio do m todo dos m nimos quadrados O gr fico mostra que o polin mio se ajusta perfeitamente aos dados experimentais confirmando a hip tese anterior 152 CEDER Na Figura 9 9 vemos um outro exemplo de fotografia feita com luz estrobosc pica Neste exemplo fotografamos uma colis o de dois discos que se movimentam sobr
2. o caso por exemplo que encontramos quando queremos medir o di metro de um CD com aux lio de uma r gua milimetrada a forma circular e as bordas s o t o regulares e bem definidas que podemos medir o seu di metro at a metade da menor divis o com uma incerteza de 0 5 mm Esses 0 5 mm decorrem exclusivamente de uma limita o da escala do instrumento isto a r gua milimetrada e n o da grandeza que estamos medindo Entretanto como sabemos este exemplo um caso muito particular Imagine voc se quis ssemos medir o comprimento de uma sala usando uma trena graduada em mil metros Dificilmente poder amos medir o comprimento de uma sala com uma precis o de 0 5 mm n o mesmo A raz o simples se repet ssemos a medida do comprimento estendendo a trena parede parede em diversas posi es encontrar amos varia es de uma medida para outra muito maiores do que 0 5 mm O senso comum nos diz que essas varia es s o mesmo maiores do que 0 5 cm isto dez vezes mais Com este exemplo simples vemos que a incerteza final de uma medida seja l qual for n o necessariamente determinada pelo instrumento Outros fatores devem ser levados em considera o Como regra geral em F sica experimental utilizamos instrumentos e m todos que sejam suficientemente sens veis para flagrar varia es na grandeza que se quer medir Essas varia es s o intr nsecas ao ato de medir Elas podem ser minimizadas com a
3. 12 1 Qual o menor valor de w Subtra mos o menor valor de b do maior valor de a 13 8 2 5 11 3 Assim o resultado final w 11 7 0 4 cm Isto a mesma coisa que subtrair os melhores valores de b e a e atribuir como incerteza a soma das incertezas dessas medidas p 14 1 2 4 0 1 0 3 cm Veja que neste caso tamb m somamos as incertezas Para o caso da multiplica o podemos avaliar o erro limite fazendo um desenvolvimento simples Vamos admitir que temos de calcular a rea A deste ret ngulo dada por A a b Podemos desenvolver explicitamente o produto e obter A a Aa b Ab a b a Ab b Aa Aa Ab onde Aa e Ab simbolizam as incertezas em a e b respectivamente Como na maioria dos casos as incertezas s o pequenas comparadas com as pr prias medidas podemos desprezar a ltima parcela e adotar a seguinte aproxima o A a Aa b Ab a b a Ab t b Aa ou A a Aa b Ab a b a Ab b Aa No exemplo em quest o vamos obter para a rea A 2 4 x 14 1 2 4 x 0 3 14 1 x 0 1 cm A 33 84 2 13 cm Devemos ainda proceder como conven o o arredondamento do resultado de maneira a registrar a incerteza com apenas um algarismo significativo o que resulta em A 34 2 cm Assim no caso da multiplica o a incerteza limite dada pela f rmula a Ab b Aa CEDER 87 AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 E
4. es menos radicais Tente utilizar a rela o anterior para derivar as f rmulas de propaga o para as opera es aritm ticas Tabela 6 1 Experi ncia Objetivos Medir a tens o el trica de uma pilha comercial Medir o volume de esferas de a o Medir a massa de esferas de a o Medir a densidade do a o Materiais necess rios Mult metro digital de 3 1 2 d gitos Paqu metro 1 20mm Balan a 1 10g Proveta graduada 250ml Esferas de a o Pilha de 1 5V CEDER 89 AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de 90 Figura 6 1 CEDER dados em F sica Experimental Il OBSERVA ES PRELIMINARES P 1 Nesta experi ncia estamos com um conjunto diversificado de grandeza f sicas a serem medidas comprimento massa densidade e tens o el trica Pode parecer primeira vista que ao usar um mult metro estamos restringindo a aplica o desta pr tica s turmas das s ries mais avan adas do Ensino M dio isto turmas que j tenham estudado Eletricidade e circuitos el tricos N o bem assim Estamos usando o mult metro para apresentar um instrumento de medida digital N o estamos interessados na tens o el trica gerada pela pilha mas sim no instrumento usado para medi la A maioria dos jovens sabe que as pilhas comerciais usadas nas lanternas nos aparelhos port teis de CD nos r dios po
5. esquerda da v rgula n o considerado um algarismo significativo pela simples raz o de que pode desaparecer do registro da medida por uma simples mudan a de unidade como por exemplo 0 8 U 8 D P 3 Na terceira e quarta partes A 3 e A 4 vamos aplicar as conclus es obtidas na segunda parte para outras escalas Procedendo desta maneira queremos generalizar os crit rios ali adotados Como sugest o simples vamos usar um term metro A 3 graduado em graus Celsius que nos permite medir a temperatura at a metade da menor divis o isto 0 5 C Com o transferidor A 4 vamos usar uma escala decimal n o retil nea graduada em graus que nos permite medir um ngulo at a metade da menor divis o ou seja 0 5 Nos dois exemplos as escalas s o t o reduzidas que n o poss vel uma estimativa de um fra o menor do que da menor divis o P 4 Na quarta e quinta A 4 e A S partes vamos fazer algumas medidas indiretas Na quarta parte A 4 vamos medir a soma dos ngulos internos de um tri ngulo S q B y Na quinta parte A 5 vamos medir a raz o entre a circunfer ncia C de um c rculo e o seu di metro d o n mero pi C d Como sabemos essa raz o independe do tamanho do c rculo uma constante universal um n mero admensional o primeiro n mero irracional descoberto pela Matem tica Seu valor expresso com cinco algarismos significativos T 3 1416 Nesta etapa vamos agregar novos elemen
6. o A maioria das escolas ainda n o disp e de um datashow mas grande parte delas j possui aparelhos de TV Fotografias podem ser impressas diretamente sobre transpar ncias e apresentadas em sala de aula com aux lio de um retroprojetor este tamb m um equipamento que a maioria das escolas possui S o transpar ncias fabricadas especialmente para impressoras do tipo jato de tinta que permite a impress o em cores ou impressoras a laser para impress o em branco e preto com alta defini o Essas transpar ncias s o um pouco mais caras que as comuns CEDERJ 157 AULA o 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais I 158 CEDER Uma das vantagens das fotografias digitais a de que elas podem ser editadas Voc pode retocar as imagens acrescentar textos ou legendas s mbolos balizas e desenhos Esta edi o feita no PC por meio de programas especiais Existem v rios programas no mercado desde os mais simples at os mais sofisticados com recursos poderosos Nossa segunda mensagem para voc a de que extremamente importante que aprenda a trabalhar com um destes programas Comece com os mais simples como exemplo podemos citar o Paint da Microsoft e v progressivamente aprendendo os mais complexos H uma extensa literatura que pode ajud lo nesta tarefa A t cnica fotogr fica envolve muitos conhecimentos te ricos e pr ticos que n o s o co
7. o Na dilata o particularmente de s lidos e l quidos for as poderosas podem ser desenvolvidas capazes de destruir as estruturas mais resistentes Fotos obtidas por Marcos Andr Germano da Silva aluno do curso de Licenciatura em F sica do Instituto de F sica da UFRJ b Fotografias de material impresso na Figura 9 4 vemos a fotografia de um diamante feita a partir de um livro de mineralogia ou seja uma fotografia de uma fotografia Quando conseguir amos um diamante como o da Figura 9 4 num cen rio natural para fotograf lo Esta fotografia foi utilizada numa aula sobre propriedades f sicas do diamante que como voc sabe um material que possui propriedades excepcionais Figura 9 4 O diamante um dos materiais mais fascinantes criados pela natureza Seu nome deriva de uma palavra grega que tem o significado de invenc vel e alude sua surpreendente dureza e durabilidade O exemplar da fotografia um diamante bruto ainda preso na rocha matriz denominada kimberlito A forma octa drica natural e t pica do diamante Fotografado a partir de uma ilustra o do livro Mineralogia de A V Milovski e O K Kononov Editorial Mir Moscou com aux lio de uma c mera FinePix S 5000 fabricado pela Fujifilm 148 CEDER Para uma foto como esta voc precisa de um ambiente bem iluminado e eventualmente de um trip simples para fixar a c mera Um trip port til tamb m um recurso bastante aces
8. o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de dados em F sica Experimental 1 Tubo III 3 Com aux lio do term metro a lcool me a a temperatura da sala 4 Com aux lio de um transferidor me a os ngulos internos dos tr s triangulos de cartolina Compare o valor encontrado para a soma dos ngulos com o valor previsto teoricamente para um tri ngulo plano ideal Tri ngulo Tri ngulo II DD w EEE EE E reon O 76 CEDER 5 Determina o experimental do n mero Pi Com aux lio de uma fita m trica determine o per metro dos tr s discos Com aux lio de uma r gua milimetrada determine os di metros e preencha os espa os abaixo Pi um n mero dif cil de calcular porque um irracional imprevis vel sua representa o decimal n o mostra nenhuma previsibilidade sendo que se acredita que seus algarismos se distribuam alea toriamente Os c lculos j realizados tendem a confirmar essa conjectura Por exemplo examinando os 200 bilh es de algarismos iniciais do p calculados em 1999 por Yasumasa Kanada e Daisuke Takahashi da Universidade de T quio encontramos a seguinte distribui o D gito n mero de ocorr ncias 20000030841 19999914711 20000136978 20000069393 19999921691 19999917053 19999881515 19999967594 20000291044 19999869180 O O N OANA IlWwNa O Disco Circunfer ncia Di metro o Po Discrep ncia es J
9. pr ticas e experimentos b v deos e DVDs CEDER 119 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica O livro did tico no ensino de F sica 120 CEDER II Inform tica hperm dia e software textos revistas enciclop dias livros atividades interativas anima es e outros materiais apresentados no formato eletr nico sendo suas caracter sticas did ticas muito diferenciadas do material impresso especialmente para o Ensino B sico N o h d vida quanto import ncia do uso dessa diversidade de materiais O professor deve conhec los para poder utilizar modernas estrat gias e m todos de ensino adequados ao seu estudante Neste m dulo entretanto trataremos exclusivamente do livro did tico impresso dando prefer ncia aqueles publicados no Brasil Ser especialmente discutido o subconjunto desses textos de F sica para o Ensino M dio avaliados e aprovados pelo Programa Nacional do Livro Did tico do Ensino M dio PNLDEM MEC 1993 em 2006 Mencionaremos tamb m alguns dos Projetos de Ensino de F sica desenvolvidos a partir da metade do s culo passado porque contribu ram de forma decisiva moderniza o do ensino de F sica e influenciaram tanto os livros texto atuais quanto a metodologia do ensino de F sica Esses projetos desenvolvidos tanto no exterior como no Brasil caracterizam se pela apresenta o de materiais did ticos em diversas m dias e foram guiados por enfoques metodol
10. E isso mesmo essa enorme capacidade de comunica o da imagem que queremos explorar com voc nesta aula Imaginamos fazer isso entregando para voc uma tarefa que iremos discutir mais adiante N o vamos tratar de nenhuma teoria de comunica o de massa nem tampouco de Psicologia pois fugiria completamente ao escopo do nosso curso Por outro lado o nosso objetivo n o preparar um comercial para o r dio ou para a TV em que queremos vender um produto para uma audi ncia desmotivada Embora possamos encontrar algumas semelhan as entre a atividade do professor e a de um profissional de marketing o nosso objetivo aqui muito mais simples queremos usar a imagem como um facilitador do bin mio ensino aprendizado Voc j deve ter conclu do que um livro texto de F sica de boa qualidade tem uma boa sele o de ilustra es sob a forma de figuras fotografias gr ficos etc Essas ilustra es s o fundamentais para o bom entendimento do texto Da mesma forma que uma aula em linguagem escrita como a nossa por exemplo requer o apoio de ilustra es podemos dizer que o mesmo vale para uma aula presencial Talvez voc possa estar pensando na seguinte quest o Como posso aprender a ilustrar uma aula A resposta simples praticando Por esse motivo daremos uma aten o especial aos meios ou m dias para usar uma palavra mais em voga e s oportunidades RECURSOS AUDIOVISUAIS muito prov vel qu
11. Figura 9 12 a Projetor de slides da Kodak n o mais fabricado b Um datashow modelo S4 fabricado pela Epson Provavelmente voc j assistiu a uma aula uma palestra ou um semin rio em que um datashow foi utilizado e provavelmente tamb m tenha se encantado com o enorme potencial de comunica o de que este equipamento disp e Os slides em formato de arquivo eletr nico podem conter texto desenhos e fotografias coloridas com fundos e molduras a crit rio da criatividade do autor Um dos programas principais para a cria o de uma apresenta o com o datashow o PowerPoint da Microsoft que oferece uma grande variedade de ferramentas de cria o Para a plataforma Linux o OpenOffice oferece aplicativo equivalente N o nossa inten o explorar estes aplicativos nesta aula dadas as in meras considera es t cnicas que seriam necess rias tal empreitada exigiria um curso especificamente preparado para isto Entretanto gostar amos de alert lo sobre a import ncia de se adquirir um pouco de pr tica no uso desse equipamento em face da sua crescente difus o no sistema educacional Se voc tiver interesse em conhecer um pouco mais sobre este assunto entre em contato com a coordena o da disciplina Instrumenta o para o Ensino da F sica l Algumas c meras fotogr ficas podem ser ligadas diretamente a aparelhos de televis o por meio da entrada de v deo Ao escolher uma c mera fotogr fica fique atento a esta op
12. a Construa o circuito da Figura 1 11 e obtenha um conjunto de medidas V I na faixa de 0 a 12V Complete a tabela a seguir tomando medidas de aproximadamente 1 em 1V Determine quanto tempo foi gasto nessas medidas Analise os resultados obtidos construindo o gr fico I x V em papel milimetrado Determine o coeficiente angular da reta e compare o valor obtido com o valor nominal da resist ncia DO pus qua b Tempo gasto na coleta dos dados minutos c Consulte o manual de instru es do amper metro e do volt metro ou dos mult metros e informe a precis o associada s medidas d Fa a uma estimativa do custo desta experi ncia incluindo os instrumentos de medida e Conclus o Como conclus o responda s seguintes perguntas Quais as dificuldades que voc encontrou para realizar esta experi ncia Pense sempre na sala de aula Quais as dificuldades que voc estima que alunos de Ensino M dio encontrar o durante a sua aula Quais as sugest es para prevenir estes poss veis problemas Voc estima que esta experi ncia quando realizada em sala de aula atingir os seus objetivos Voc acha poss vel uma boa intera o entre esta experi ncia e o livro texto selecionado Notas Observe o uso da barra de conectores com o uso da barra de conectores os componentes n o s o soldados Isso facilita bastante a montagem Voc pode facilmente ampliar esta montagem para analisar com seus alunos o problema d
13. es solicitadas D prefer ncia aos eventuais fornecedores em sua cidade Endere o telefone de Condi es de contato fax e e mail pagamento e de entrega Valor total do pedido 20 CEDER Suas informa es ser o averiguadas e passar o a fazer parte de um banco de dados de fornecedores do nossos curso e ser o listados na nossa homepage De posse dos componentes entramos na terceira etapa como montar Existem muitos detalhes em um projeto mesmo no mais simples que precisam ser resolvidos para a sua realiza o N o vamos aprender tudo de uma s vez E tamb m n o vamos aprender tudo em um nico projeto Portanto tenha calma e paci ncia nesta etapa CUIDADOS PRELIMINARES Procedimento 1 P1 Reserve uma mesa para os trabalhos com uma tomada pr xima em um ambiente que seja bem iluminado importante que o local tamb m seja bem ventilado pois isso evita a inala o de fuma as do desoxidante produzido nas opera es de soldagem Fixe na mesa uma morsa pequena Ela vai ajudar voc a liberar uma das m os para a soldagem de componentes Coloque todos os componentes eletr nicos da Tabela 1 1 numa posi o acess vel interessante dispor de uma ou duas caixas baixas para guardar os componentes pequenos Na Figura 1 3 mostramos como voc pode organizar um local de trabalho para essas montagens de eletr nica em sua casa Para melhor orient lo mostramos na Figura 1 4 a os acess rios princ
14. gicos e estrat gias psicodid ticas espec ficas S o componentes de um Projeto de Ensino o livro do aluno o livro do professor e leituras complementares roteiros de experi ncias kits experimentais filmes v deos software testes problemas e exerc cios O LIVRO DID TICO E A EDUCA O Foi a partir do in cio do s culo passado que a escola m dia brasileira solicitou a publica o de livros did ticos de F sica em l ngua portuguesa Esses livros inicialmente escritos em forma de comp ndio eram bem diferentes dos livros did ticos publicados hoje Os conte dos descreviam os fen menos de forma sequencial Come ando pela Cinem tica e pela Din mica passando pela F sica T rmica e pela ptica etc e fechando com o estudo do Eletromagnetismo Esses t picos apresentavam sempre uma estrutura linear em que cada tema constitu a se em pr requisito para o pr ximo assunto Vale comentar que em que pese as grandes mudan as advindas ao longo dos tempos a sequ ncia de conte dos permanece quase intocada at nossos dias Nos comp ndios os princ pios e leis eram descritos pelas experi ncias originais ilustrados com esquemas e desenhos Era dada nfase especial descri o de instrumentos de medida uso e modo de oper los e tamb m compunham este t pico o estudo de medidas erros e limita es dos instrumentos Poucos livros apresentavam aplica es da F sica sob forma de exemplos exerc cios problemas o
15. indicando como esse kit pode ser utilizado como estrat gia did tica Relacione quais os conceitos e leis f sicas que ser o discutidos nessa aula Se a utiliza o do kit envolver uma experi ncia quantitativa quais as an lises de dados previstas Como voc planeja realizar essa an lise com a turma 178 CEDER CONCLUS O Com a pesquisa realizada nesta aula voc deve ter adquirido uma boa vis o do mercado de produ o de equipamentos did ticos Esse mercado bastante din mico oferecendo continuamente novos produtos muito importante que voc se mantenha atualizado pesquisando sistematicamente na internet a oferta de novos produtos Com uma vis o atualizada voc estar apto a fornecer as solu es mais inteligentes para as necessidades de sua escola CEDER 179 AULA 1o M DULO 5
16. o o fizer Os experimentos exploram fen menos simples princ pios ou leis b sicas S o de f cil manipula o e levam o estudante a desenvolver habilidades experimentais iniciativa an lise e cr tica em um ambiente onde ele tem responsabilidade e liberdade de a o Exemplos Como conclus o desta aula vamos analisar um exemplo ilustrativo do que acabamos de expor Nas aulas subsequentes deste m dulo vamos analisar outros exemplos Nestes exemplos voc vai realizar as experi ncias propostas e responder s perguntas solicitadas Voc vai receber o material necess rio e uma pequena ajuda do tutor no p lo importante que voc avalie o alcance did tico destes exemplos e verifique os aspectos operacionais tais como o custo do material utilizado o tempo necess rio para a execu o da atividade proposta em fun o do tempo padr o de uma aula no Ensino M dio 50 minutos e problemas correlatos Discuta suas conclus es com os colegas Primeiro Exemplo Exemplo de Demonstra o Estruturada Teorema da Energia Cin tica e Trabalho o problema das moedas Pr requisito Fa a uma revis o sobre o Teorema da Energia Cin tica e Trabalho no livro Curso de F sica 2 grau volume 1 ou no volume nico de Ant nio M ximo e Beatriz Alvarenga Editora Scipione para ter uma base de como o tema abordado no Ensino M dio No p lo voc poder encontrar este livro Descri o do sistema exp
17. tico metodologias e exemplos Il 56 CEDER OBSERVA ES GERAIS A parte pr tica desta aula ser desenvolvida no laborat rio de F sica do p lo com aux lio do seu tutor No laborat rio est o todos os materiais necess rios para completar as tarefas solicitadas Uma primeira leitura desta aula e o cumprimento dos pr requisitos dever o ser feitos antes de voc ir ao p lo realizar a parte pr tica Com a conclus o das atividades programadas para esta aula voc dever preparar um relat rio parcial Como sugest o n o deixe para preparar o relat rio parcial de cada aula ao final do M dulo 2 Ao final da aula reserve um tempo para organizar todas as suas anota es INTRODU O Na primeira aula do M dulo 2 discutimos a import ncia do laborat rio did tico para o ensino de F sica Vimos v rias formas de aplica o de uma atividade pr tica programada O laborat rio did tico no contexto em que o estamos estudando n o um espa o fixo r gido reservado pela escola para as atividades experimentais de seus alunos mas sim a pr pria atividade experimental Seja qual for o lugar a sala de aula o p tio da escola o museu a efic cia did tica de uma aula n o determinada pelo lugar importante ter em mente que essas formas se diferenciam essencialmente pelo m todo no qual os alunos s o estimulados a adquirir um dado conhecimento Da mesma forma que um m todo inteligente bem aplicad
18. 3 Aula 5 Reveja com cuidado os pr requisitos indicados na Aula 5 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de INTRODU O 86 CEDER dados em F sica Experimental Il Na primeira aula do M dulo 3 Aula 5 realizamos um conjunto de experi ncias com materiais muito simples e de baixo custo Vimos como poss vel introduzir conceitos importantes como o de incerteza ou erro de uma medida algarismos significativos e de opera o com algarismos significativos Agora devemos avan ar um pouco mais e estudar uma proposta de instrumentaliza o para uma aula sobre propaga o de incertezas ou mais coloquialmente propaga o de erros Como voc bem sabe esse problema para ser abordado de uma forma mais completa necessita de no es de c lculo diferencial Portanto primeira vista parece um tema inapropriado para um curso de F sica do Ensino M dio Entretanto se o problema restrito s opera es aritm ticas simples podemos tratar a quest o com argumentos matem ticos simples e acess veis Dentre os diferentes m todos de calcular a incerteza propagada para uma medida indireta est o c lculo da incerteza limite ou simplesmente erro limite Este m todo tem a vantagem de ser mais simples e intuitivo e serve como base para o desenvolvimento mais completo da teoria da propaga o das incertezas nos cursos mais avan ados Nas experi ncias que vamos realiz
19. AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica I Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais I 150 CEDER c Fotografias na internet Na Figura 9 6 vemos uma fotografia da gal xia espiral M74 obtida no Observat rio Gemini situado nos Andes chilenos onde o Brasil tem uma importante participa o Esta fotografia pode ser obtida a partir do site na internet http www gemini edu Como este existe uma grande quantidade de sites na internet que disponibilizam fotografias livremente sobre os mais variados temas Seria muito interessante que voc reservasse um pouco do seu tempo para a pesquisa desses recursos na internet Gemini Observatory Image GMOS Commissioning gt Figura 9 6 Gal xia espiral M74 obtida no Observat rio Gemini nos Andes chilenos Fotografias de alta qualidade de objetos astron micos podem ser obtidas em v rios sites da internet consulte o da The International Astronomic Union IAU http www iau org Com essa pesquisa voc vai descobrir tamb m que h muitos bancos de fotografias que s podem ser disponibilizadas mediante pagamento aos produtores E voc ver que h um forte atividade comercial envolvendo a imagem Isto nos leva a lembr lo da quest o do direito autoral Muitas fotografias t m direito muito restritivo de exposi o p blica isto n o poss vel dispor destas fotografias livremente Na maioria dos casos a apresenta o em sala de aula
20. Ci ncias e tiveram a preocupa o de dar suporte ao professor desenvolvendo estrat gias de trabalho ao longo dos cap tulos com exerc cios bem escolhidos que atendem muito bem s estrat gias construtivistas Outra caracter stica interessante deve se ao fato de que dando continuidade ao longo dos quatro anos de Ensino Fundamental um mesmo conceito apresentado de forma cada vez mais elaborada acompanhando o desenvolvimento cognitivo da crian a e adicionando a sofistica o necess ria para o aprofundamento Na Unidade 4 da 5 s rie o conceito de for a dist ncia introduzido quando trata do nosso planeta Ao longo das outras s ries s o tratados os conceitos de for a el trica atrito el stica liga o qu mica etc chegando na 8 s rie ao estudo da cinem tica introduzindo as leis de Newton com simplicidade e rigor ATIVIDADE 8 Analise os ndices dos livros da s rie Construindo Consci ncias identificando os conceitos f sicos trabalhados nos v rios n veis de aprendizagem Tecnologia educacional Neste enfoque o papel do curr culo encontrar meios eficientes para atingir um conjunto de determinados objetivos do ensino O foco est na intera o entre o aluno com o material instrucional O importante a aprendizagem eficiente de conhecimentos cient ficos transmitidos corretamente pelo professor auxiliado por material did tico especificamente constru do A aplica o das teorias da Psicol
21. Dentre diversas t cnicas propostas por pesquisadores da rea de ensino de F sica Gunstone amp White 1992 e Barros 1999 t m utilizado uma estrat gia que pode envolver a turma motivando os alunos a pensar sobre o fen meno e expor suas id ias a assim denominada demonstra o Previs o Observa o Explana o POE Trata se de uma estrat gia que engaja todos os alunos e desenvolvida em tr s etapas a na primeira etapa P apresenta se uma situa o descrita verbalmente e solicita se que os alunos fa am previs es e as justifiquem discutam nas em grupo e as registrem b na segunda etapa O a turma observa a demonstra o Os alunos pensam e confrontam suas pr prias explana es atrav s da observa o e encontram uma oportunidade de descobrir suas formas de pensar e as consist ncias inconsist ncias de suas id ias c na ltima etapa E o aluno confronta sua justificativa com a observa o e modifica ou n o seu registro Completa se a demonstra o com o professor aproveitando as interven es individuais para fazer uma reflex o mais aprofundada dos conceitos envolvidos luz das id ias e convic es dos alunos sobre o t pico escolhido O laborat rio tradicional o tipo de laborat rio mais conhecido e divulgado a tal ponto que quando se fala em laborat rio did tico o primeiro que nos vem mente Este laborat rio transfere a atividade para os estudantes que geralm
22. Paulo Saber 2002 Dispon vel em lt www eletronicatotal com br gt Acesso em 31 jul 2006 CEDER 13 Introdu o s disciplinas Instrumenta o para o Ensino da F sica IPEF 1 e 2 14 CEDER REVISTA BRASILEIRA DE ENSINO DE F SICA vers o eletr nica Dispon vel em lt www sbfisica org br rbef www scielo br rbef SBF gt Acesso em 31 jul 2006 REVISTA GALILEU S o Paulo Globo 2006 Dispon vel em lt http lrevistagalileu globo com gt Acesso em 31 jul 2006 REVISTA QU MICA NOVA NA ESCOLA Portal do Professor de Qu mica S o Paulo SBQ Dispon vel em lt www sbq org br ensino gt Acesso em 31 jul 2006 SABER ELETR NICA S o Paulo Saber 2002 Dispon vel em lt http hwww sabereletronica com br gt Acesso em 31 jul 2006 SCIENTIFIC American Brasil Dispon vel em lt www sciam com br gt Acesso em 31 jul 2006 SUPERINTERESSANTE S o Paulo Abril Dispon vel em lt http super abril com br super index shtml gt Acesso em 31 jul 2006 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos Meta da aula Apresentar um exemplo simples de constru o de equipamento para uso did tico que pode ser facilmente produzido pelo pr prio professor Ao final desta aula voc dever ser capaz de e construir uma fonte de tens o el trica vari vel de 0 12VDC A a partir das suas componentes e adquirir no es pr ticas de como e onde obter os materiais necess rios
23. S o Paulo Saraiva 1998 CAL ADA Carlos S rgio Vasques Universo da f sica S o Paulo Atual 2001 3v TORRES Carlos Magno Azinaro PENTEADO Paulo Cesar Martins F sica ci ncia e tecnologia S o Paulo Moderna 2001 3v VALENTIN Barbara PAGLIARI Est fano CHIQUETO Marcos Jos Aprendendo f sica S o Paulo Scipione 2000 3v VILLAS B AS Newton DOCAS Ricardo Helon BISCOULA Gualter Jos T picos de f sica 1 2 e 3 S o Paulo Saraiva 2001 v 1 e 2 MATERIAL DE APOIO BRAGA Newton C Curso b sico de eletr nica S o Paulo Saber 1992 Fontes de alimenta o S o Paulo Saber 2003 BUSSELLE Michael Tudo sobre fotografia S o Paulo Thomson Pioneira 1998 PREUSS Julio Fotografia digital S o Paulo Axcel Books do Brasil 2004 TEODORO Vitor Duarte Software para ensino de F sica interactive physics e modellus Revista Brasileira de Ensino de F sica S o Paulo v 24 n 2 2002 V DEOS did ticos LIVROS DE METODOLOGIA DE ENSINO DE CI NCIAS BARBOSA Rommel Melga o Ambientes virtuais de aprendizagem Porto Alegre Artmed 2005 O ensino na sociedade do conhecimento Porto Alegre Artmed 2003 CALKINS Lucy McCormick A arte de ensinar a escrever Porto Alegre Artmed 1989 HARGREAVES Andy et al Educa o para a mudan a Porto Alegre Artmed 2001 LITWIN E Tecnologia educacional Porto Alegre Artmed 1997 NIGUEROL A Aprender na escola Porto Alegre Artme
24. a Figura 1 7 LED LicHT EmirrinG Dione Diodos semi condutores especialmente constru dos para produzirem luz A intensidade da luz emitida pelo diodo depende da corrente que o atravessa O fabricante indica um valor de corrente para uso cont nuo e um valor m ximo que n o deve ser superado importante tamb m a tens o m xima em polariza o inversa V que normalmente muito pequena da ordem de 5V Um LED facilmente danificado quando alimentado em polariza o inversa Existe uma gama muito grande de LED produzidos comercialmente para diferentes aplica es pr ticas Procure conhec los CEDERJ 23 AULA 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos 24 CEDER Capacitador Capacitor de eletrol tico poli ster Transistor Figura 1 7 No centro da figura vemos um exemplo de capacitor eletrol tico Este tipo de capacitor polarizado para que funcione devemos ligar a perna maior ao p lo positivo e a perna menor ao p lo negativo como indicado na figura Existem v rios tipos de capacitor esquerda vemos um t pico capacitor de poli ster Ao contr rio do capacitor eletrol tico o capacitor de poli ster n o polarizado podendo ser ligado no circuito independente da polariza o direita vemos um t pico transis tor bipolar de jun o com os seus tr s terminais coletor base e emissor Na figura
25. a sua aquisi o Hoje em dia a tecnologia dominante a digital e prevemos para um futuro breve a obsolesc ncia inevit vel do filme fotogr fico Uma das vantagens da fotografia digital a sua f cil comunica o com o computador pessoal o PC e este por sua vez uma ferramenta audiovisual muito poderosa n o mesmo Figura 9 1 A foto mostra uma moderna c mera fotogr fica digital para uso amador modelo Digimax S 500 de 5 MP megapixels ou 106 pixels fabricada pela Samsung CEDERJ 145 AULA o 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais I 146 CEDER Pixel uma aglutina o das palavras inglesas picture e element sendo pix a abreviatura adotada para picture Pixel assim o menor ponto que forma uma imagem Isto vale tanto para uma fotografia digital como para uma imagem projetada na tela da sua TV como no monitor de um PC Os pixels s o t o pequenos e t o aglutinados que n o conseguimos perceber a descontinuidade da imagem Voc pode v los na sua TV com aux lio de uma pequena lupa Numa TV ou num monitor um pixel subdividido em tr s min sculas reas azul verde e vermelho as tr s cores prim rias que combinadas adequadamente permitem reproduzir uma enorme gama de cores Numa c mera fotogr fica digital por exemplo um dos par metros t cnicos relevantes o n mero de pixels com que uma imagem gerada Quanto mai
26. apenas o uso do material de baixo custo nas aulas de ci ncias hoje utilizado como desculpa para justificar a falta de recursos do sistema escolar p blico Temos de lembrar que o uso did tico desse tipo de material exige um professor bem preparado que saiba explorar os fen menos conceitualmente e n o apenas mostr los ou simplesmente ilustr los Esse professor dever estar sempre preparado para e explorar os conceitos e princ pios f sicos envolvidos nos fen menos e avaliar a compreens o e as dificuldades dos alunos e comunicar se com eles de forma significativa e fazer as demonstra es e obter dados experimentais controlados que podem ser quantitativos e ou semiquantitativos e trabalhar as limita es dos instrumentos de medida m todo e observa o discutindo os erros experimentais inerentes a esses sistemas que sendo tecnologicamente mais prec rios exigem mais habilidade de manipula o Exerc cio 1 1 Utilize as recomenda es anteriores para demonstrar para seus alunos em sala de aula que a acelera o da gravidade local constante e aproximadamente igual a 9 8 m s utilizando para isso a r gua e cron metro b um p ndulo simples OBJETIVOS DO LABORAT RIO DID TICO Segundo NepeLsky 1965 as atividades experimentais est o relacionadas a objetivos que desenvolvem habilidades processuais importantes S o habilidades e objetivos estabelecidos ao longo de v rias d cadas e descri
27. cimo da unidade Para tanto fazemos um subdivis o mental em dez partes e estimamos a fra o de U que excede a marca 0 No caso ilustrado o autor da medida estimou em 8 10 a fra o excedente Como o autor estava seguro da possibilidade de dividir mentalmente a unidade U em dez partes ele atribuiu esta divis o de 1 10 U como margem de confian a ou mais simplesmente como a incerteza na medida O resultado foi assim registrado como 0 8 0 1 U CEDER 71 AULA ge 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise 72 CEDER de dados em F sica Experimental 1 Observe que n o existe uma resposta nica para o algarismo estimado duas pessoas podem estimar valores diferentes O m ximo que podemos dizer se uma medida est bem estimada ou n o No exemplo da Figura 5 1 podemos dizer que uma medida como 0 5 U uma m estimativa Se o experimentador considerar que uma subdivis o mental em dez partes excessiva ele pode optar em dividir mentalmente em cinco partes de 0 2 em 0 2 U Se mesmo assim for excessivo podemos pelo menos dividir pela metade o que significa registrar a medida de 0 5 em 0 5 U O fato que sempre poss vel se estimar mais um algarismo al m da menor divis o da escala Por outro lado esta mesma conclus o nos mostra que imposs vel continuar uma subdivis o mental indefinidamente e conseguentemente toda medida tem um n mero
28. corpo e o balde com massas iguais s o colocados mesma altura do ch o O corpo puxado 50cm para baixo e fica sustentado pela m o Pede se que os alunos fa am a previs o do que acontecer quando for solto P J A o o professor retira a m o soltando a m quina NOTAS E COMENT RIOS As perguntas apresentadas s o meramente ilustrativas Poderiam ser outras e em um n mero maior Esse ponto deve ser bem elaborado levando se em conta os objetivos que se quer atingir e as limita es de tempo em sala de aula Com sucessivas aplica es da demonstra o em diferentes turmas e diferentes oportunidades voc vai adquirir experi ncia quanto efic cia das perguntas propostas em face dos objetivos programados Ao propor uma nova demonstra o considere que a condi o tima vem com a aplica o em sala de aula Verifique o equipamento utilizado voc poderia propor uma montagem com material reciclado Observe que o equipamento deve ter um tamanho adequado para que possa ser facilmente observado por toda a classe Observe que nesta demonstra o n o apresentamos nenhuma f rmula pronta A demonstra o integralmente qualitativa O relat rio desta aula consiste na apresenta o das respostas ao question rio POE junto com os seus coment rios O laborat rio did tico metodologias e exemplos III Meta da aula Esta a terceira e ltima aula do M dulo 2 Como indicamos nas aulas anterio
29. did ticos na rea de F sica editados em L ngua Portuguesa conhecer os autores e as editoras e assim contribuir para completar a lista Al m dos livros did ticos relacionamos um conjunto de livros t cnicos de apoio e de revistas de forte impacto na atividade do professor A maioria destes livros e revistas pode ser encontrada nas bibliotecas dos p los LIVRO TEXTO CABRAL Fernando LAGO Alexandre F sica S o Paulo Harbra 2002 CHIQUETTO Marcos Jos F sica S o Paulo Scipione 1996 GASPAR Alberto F sica volume nico S o Paulo tica 2003 GON ALVES FILHO Aur lio TOSCANO Carlos F sica volume nico S o Paulo Scipione 1997 GRUPO de Reelabora o do Ensino da F sica F sica 7 ed S o Paulo EDUSP 2001 3v GUIMAR ES Luiz Alberto FONTE BOA Marcelo F sica para o segundo grau S o Paulo Harbra 1997 KAZUHITO Yamamoto SHIGEKIYO Carlos T FUKE Luiz Felipe Alicerces da f sica 10 ed S o Paulo Scipione 1996 3v LUZ Ant nio M ximo ALVARENGA Beatriz Alvarenga Curso de f sica 2 grau Rio de Janeiro Scipione 1997 3v P CEDERJ 11 Introdu o s disciplinas Instrumenta o para o Ensino da F sica IPEF 1 e 2 12 CEDER RAMALHO JUNIOR Francisco SOARES Paulo A de Toledo FERRARO Nicolau Gilberto Os fundamentos da f sica 8 ed S o Paulo Moderna 2003 3v SAMPAIO Jos Luiz Pereira CAL ADA Caio S rgio Vasques F sica volume nico
30. e fa a a leitura da for a aplicada no instante em que o bloco sai do repouso b Mantendo uma velocidade aproximadamente constante me a a for a no dinam metro no instante em que o bloco entra em movimento c Compare as for as que agem sobre o bloco nas duas situa es d Utilizando blocos forrados de diferentes superf cies repita os procedimentos a e b e registre numa tabela em ordem Neste caso ao trocarmos as superf cies de contato estaremos alterando os coeficientes de atrito e Coloque um bloco sobre o outro e repita os procedimentos a e b Neste caso ao colocarmos os blocos uns sobre os outros estaremos variando a for a de rea o normal Notas e coment rios A partir desta atividade e da an lise dos resultados prepare o roteiro Para ajud lo nesta tarefa vamos apresentar a seguir algumas sugest es de como organizar o roteiro a T tulo geralmente um elemento de liga o com o conhecimento do aluno equipamentos lei ou princ pio f sico propriedade do fen meno etc O t tulo deve chamar a aten o dos alunos e n o necessariamente passar informa o sobre o conte do formal de F sica ou Matem tica b Objetivos relacione os objetivos Eles devem ser enunciados de forma clara e concisa c Procedimento s o as orienta es das a es a serem desenvolvidas pelos alunos para realizarem as atividades d Dados organize tabelas para a apresenta o dos dados Sempre que necess
31. enriquecimento da discuss o das rela es Fi sica sociedade F sica hist ria F sica tecnologia sugest es metodol gicas etc 5 Fa a um estudo comparativo da forma de apresenta o conceitual da F sica das rota es apresentadas em Cap tulo 9 Cinem tica Angular p 222 252 Universo da F sica 1 Sampaio e Cal ada 2001 com o enfoque feito em Parte 1 1 3 Investigando invariantes nas rota es p 68 107 Cadernos do GREF Volume 1 Mec nica Observe que os primeiros autores apresentam os conceitos como defini es com sua express o matem tica de forma resumida e trabalham um grande n mero de exemplos simples enquanto o segundo GREF d ao tema um tratamento fenomenol gico No GREF s o analisados a origem do movimento de rota o associada a outro movimento de rota o em sentido oposto o conceito de conserva o da quantidade de movimento angular momento angular in rcia e velocidade de rota o torque e as leis do movimento de rota o aplicados s situa es do cotidiano A vantagem desses enfoques s poder ser apreciada se voc fizer uma leitura cuidadosa dos respectivos cap tulos Seu coment rio escrito n o deve ultrapassar quinze linhas Ci ncia tecnologia e sociedade CTS Diferencia se da Ci ncia do Cotidiano item 1 pela sua nfase nas limita es da ci ncia para lidar com situa es pr ticas que afetam a sociedade Neste enfoque a ci ncia baseia se nos
32. es em que foram obtidos para responder ao seguinte relat rio 1 Observa o do fen meno 1 1 Desloque a r gua com as moedas nos encaixes e d um pequeno impulso 1 2 Observe o movimento das moedas quando dado um pequeno impulso r gua 1 3 Descreva a distribui o final das moedas sobre o tabuleiro para as diversas tentativas feitas Desenhe a posi o das moedas no tabuleiro 2 Constru o de um modelo f sico para compreender o movimento das moedas 2 1 Quais as hip teses feitas para descrever o movimento das moedas 52 CEDER 2 2 Descreva um modelo te rico que explique a distribui o final das moedas no tabuleiro de acordo com as hip teses feitas 3 Descreva qualitativamente o movimento das moedas consi derando duas regi es 3 1 Antes de a r gua colidir com o ponto P o movimento das moedas 3 2 Ap s a colis o com o ponto P o movimento das moedas 4 Escreva as equa es que descrevem o movimento das moedas antes e ap s a colis o 5 Escreva e aplique o teorema trabalho energia situa o em estudo Mostre os passos descritos e justifique os 6 Escreva uma express o que relaciona as grandezas f sicas relevantes para cada moeda raio de rota o ri a dist ncia percorrida di e a velocidade angular q suposta constante e outras constantes 7 Verifica o experimental Verifique experimentalmente a rela o obtida e
33. escolar e com os seus colegas o motivo de sua escolha Esta tarefa requer maturidade e uma sistem tica que passa pela utiliza o de crit rios consistentes Certamente ser dif cil encontrar algum livro que atenda a todos os crit rios apresentados a seguir que foram selecionados utilizando a ficha preparada pelo Programa Nacional do Livro Did tico Sua familiariza o com essa linguagem dever contribuir para seu melhor conhecimento dos livros assim como ajud lo a fazer as escolhas adequadas a seus alunos CRIT RIOS DE ESCOLHA DO LIVRO TEXTO DE F SICA PNLDEM MEC A seguir listamos de forma resumida os crit rios que guiaram a comiss o de especialistas na avalia o dos livros texto de F sica listados nas p ginas que se seguem Crit rios para sele o do livro do aluno Corre o conceitual 1 o tratamento conceitual correto 2 as ilustra es e imagens s o relevantes contribuem para a compreens o das id ias e t m legenda 3 a escala apropriadamente indicada 4 reda o clara e objetiva dos textos com informa es suficientes 5 o vocabul rio espec fico est claramente explicado 6 a linguagem est gramaticalmente correta Aspectos pedag gico metodol gicos 1 apresenta metodologia coerente exemplificada nas atividades para os alunos 2 d nfase seguran a dos procedimentos das atividades apresentadas no texto do aluno 3 as atividades propostas est o relacionada
34. estrutura r gida b supervis o direta do professor que exige reprodutividade dos resultados c reduzida liberdade de a o do aluno sobre o experimento e nfase no relat rio d predomin ncia de treinamento de habilidades CEDER 47 AULA 2 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos I 48 CEDER Segundo Bruner 1960 essa forma de trabalho experimental valoriza o pensamento anal tico em detrimento do pensamento intuitivo Esse tipo de laborat rio muito comum quando h condi es de laborat rios instalados tanto na universidade como no Ensino M dio No Ensino M dio quando existe n o apresenta rigidez em rela o ao relat rio O relat rio seria a forma de introduzir o estudante no m todo cient fico por meio a da organiza o dos procedimentos de escolha de vari veis b da obten o de dados forma de tabelamento e constru o de gr ficos c da an lise de dados d dos resultados e da conclus o final Em que pesem as cr ticas hoje muito frequentes existe um consenso geral entre os professores que assumem a validade do laborat rio tradicional no que diz respeito ao desenvolvimento de habilidades que s podem ser trabalhadas quando o aluno enfrenta a instrumenta o j que a possibilita que o aluno interaja com o equipamento b verifica comprova leis e princ pios f sicos c habilita os estudantes
35. experi ncia para medir uma grandeza x obtemos uma quantidade grande de medidas fica muito dif cil avaliar a dispers o das medidas por uma simples inspe o da tabela Neste caso a representa o gr fica dos resultados obtidos muito til e informativa Uma das melhores representa es gr ficas o histograma Na Figura 7 3 mostramos um histograma de medidas do per odo de um p ndulo lt 5T gt N mero de medidas 100 Valor m dio 9 096s Desvio padr o 0 098s 25 Valor m dio do per odo 9 096 5 1 819s Desvio padr o para um per odo 0 098 s 0 020s Tempo de 50 per odos 91 09s 20 Per odo 91 09 50 1 822s 15 10 5 0 8 8 8 9 9 0 9 1 9 2 9 3 9 4 cinco per odos s Figura 7 3 Histograma das medidas do per odo de um p ndulo simples Para construir o histograma dividimos a faixa de varia o da grandeza em intervalos iguais Estes intervalos s o denominados classes e s o representados no eixo das abscissas Para cada classe contamos o n mero de medidas freq ncia de medidas que se encontram naquela classe Esse n mero representado no eixo das ordenadas e corresponde altura da classe Isto d ao histograma a sua forma em degraus t o peculiar 112 CEDERJ Pode acontecer de certos valores estarem exatamente sobre uma das bordas de uma classe Como incluir esta medida Para superar esta dificuldade definimos os intervalos como fechados esquerda e abertos direita ou vic
36. forem satisfat rios quais os poss veis fatores objetivos que influenciaram esse resultado A esses fatores podemos denominar genericamente fontes de erro da experi ncia O que fazer para evit los ou minimiz los Considerar um CD ROM e um tri ngulo de cartolina como representa es perfeitas das respectivas figuras geom tricas ideais uma hip tese de trabalho Isto um modelo te rico ou um fato que devemos aceitar como verdade irrefut vel Fa a uma rela o de todos os conceitos e no es elementares que voc considera que podem ser explorados nas atividades propostas Com as atividades propostas voc considera que estes objetivos podem ser atingidos Para finalizar a sua conclus o fa a um planejamento esquem tico para a apresenta o das atividades em sala de aula Procure considerar a seguinte quest o todas as atividades propostas A 2 A 3 A4 e A S devem ser apresentadas e discutidas com os alunos em conjunto numa nica aula Justifique o seu planejamento CEDER 79 AULA 5 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise 80 de dados em F sica Experimental 1 NOTAS E COMENT RIOS Como uma variante para a Atividade A 3 podemos usar term metros cl nicos de merc rio que podem ser comprados facilmente em farm cias e medir a temperatura do corpo em vez da temperatura da sala Essas alternativas s o por vezes mais indicadas por
37. leituras atividades pr ticas e uma lista com exerc cios e problemas Cada aluno receber um conjunto de temas para serem desenvolvidos individualmente ao longo do semestre letivo Ao final do curso cada aluno ter desenvolvido um PLANO DE AULA em cada uma das reas da F sica e utilizado um livro texo diferente em cada projeto Ao final de cada projeto o aluno ter um prazo de uma semana para a apresenta o de um relat rio sob a forma de PLANO DE AULA COMENTADO ao qual ser atribu do uma nota Dentro da programa o de atividades do semestre vamos encontrar alguns trabalhos a serem realizados nos laborat rios instalados nos p los Todas essas atividades precisam ser agendadas previamente Nos p los voc encontrar equipamentos e materiais necess rios para a realiza o dos trabalhos bem como o apoio de monitores A familiariza o com ferramentas e instrumentos pertinentes faz parte dos objetivos program ticos do curso A avalia o ser feita por meio das notas atribu das a cada projeto e de uma prova pr tica BIBLIOGRAFIA GERAL DOS CURSOS IPEF 1 E 2 A lista seguinte cont m a rela o de livros did ticos de F sica para o Ensino Fundamental e o Ensino M dio produzidos em L ngua Portuguesa pelas principais editoras do pa s Esta lista atualizada permanentemente mas podem existir algumas omiss es Como parte integrante das atividades iniciais do curso cabe a cada aluno tomar contato com os livros
38. m dio m dia aritm tica das N medidas lt T gt Como argumentar a favor desta hip tese com seus futuros alunos O objetivo certamente n o desenvolver uma argumenta o formal matematicamente completa sobre o assunto Isto fugiria completamente ao escopo de um curso de F sica do Ensino M dio Pretendemos t o somente dar as primeiras no es mas de uma forma consistente Devemos apelar para a id ia do car ter acidental do erro envolvido Podemos dizer que a i sima medida do per odo T igual ao valor verdadeiro da medida T que desconhecemos totalmente acrescida de uma quantidade e que representa o erro cometido nesta medida isto TST e onde e pode assumir valores positivos ou negativos Se somamos todas as medidas T que fizemos podemos escrever T T T Tu N T e e e tey Se o erro que cometemos ao medirmos o per odo de fato aleat rio podemos concluir que haver uma tend ncia a que a soma destes erros entre par nteses seja muito pequena Podemos mesmo dizer que se o n mero de medidas crescer indefinidamente esta soma tender a zero Em linguagem matem tica podemos escrever lim e e e e 0 N gt CEDERJ 105 AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de 106 CEDER dados em F sica Experimental Ill Essa a hip tese da acidentalidade do erro que estamos tratando
39. melhores sugest es para todos os alunos do curso em nossa p gina na plataforma do CEDER Um conselho importante procure fazer o melhor Os seu alunos est o sempre atentos aos detalhes particularmente aos de acabamento Materiais mal constru dos passam quase sempre a mensagem subliminar Isto n o s rio SUGEST O As r guas podem ser constru das com tiras de papel cart o Sobre as tiras colamos as escalas U D e G que podem ser previamente preparadas com aux lio do computador Naturalmente voc poder tentar faz las manualmente mas lembre se de que a r gua C tem 100 divis es o que representa um bom trabalho Por outro lado as chances de se produzirem falhas no desenho muito grande As escalas podem ser facilmente produzidas com um editor de texto como o Word utilizando se a fun o de cria o de tabelas Veja o resultado na folha em anexo A tabela gerada pode ser impressa com a op o de m xima qualidade numa impressora de jato de tinta e posteriormente reproduzida na quantidade desejada via xerox Para cortar as escalas em tiras d prefer ncia ao estilete uma vez que as bordas das tiras precisam ficar bem retilineas O papel cart o pode ser substitu do por r guas de pl stico 20cm A r gua de pl stico tem a vantagem de ser mais dur vel que o papel cart o 2 Me a o comprimento L dos tr s tubos de PVC e preencha as tabelas abaixo CEDER 75 AULA 5 M DULO 1 Instrumenta
40. metro b uma medida direta em que o volume determinado com aux lio de uma proveta graduada Figura 6 3 Enchemos a proveta como uma certa quantidade de gua medimos o volume mergulhamos a esfera medimos o volume novamente e determinamos o volume da esfera como a diferen a das duas medidas anteriores Exerc cio Mostre que o erro limite na medida indireta de V caso a dado por AV 3 AD 2 6 V D Utilize para isso a rela o 4 da Tabela 6 1 e a rela o geral dada pela s rie de Taylor A raz o entre a incerteza e o valor mais prov vel da medida denominada incerteza relativa Para diferenciar uma da outra a incerteza simples como temos usado at aqui denominada incerteza absoluta A incerteza relativa uma grandeza admensional Freq entemente multiplicamos a incerteza relativa por 100 para dar o resultado em por cento A incerteza relativa mais informativa sobre a precis o final de uma medida Essa rela o na propor o inversa pois assim dizemos uma medida com 1 mais precisa do que uma medida com 10 de incerteza relativa P S Para medir as densidades nesta experi ncia utilizamos a rela o de defini o p densidade M massa V volume 3 6 Exerc cio Da rela o 5 da Tabela 6 1 mostre que Ap p AV V AM M 4 6 ATIVIDADES FINAIS 1 Leia o manual de opera o do mult metro que ser usado por voc Localize no manual a se o dedicada medida
41. no ensino de F sica 128 CEDER Exemplo comentado GREF Grupo de Reelabora o do Ensino de F sica Cadernos do aluno Trata se de um excelente material did tico que atende s caracter sticas acima descritas Foi desenvolvido pelo Grupo de Reelabora o do Ensino de F sica formado por professores do Ensino M dio e professores do Instituto de F sica da USP Os Cadernos do GREF desenvolvem os conte dos de Mec nica F sica T rmica ptica e Eletromagnetismo por meio de leituras din micas em que questionar investigar fazer e pensar est o sempre presentes Cada leitura trata de um assunto em poucas p ginas assim sequenciadas abertura investiga o estudo e complemento Um conjunto de leituras comp e a abordagem de cada tema Os Cadernos n o s o um livro no sentido estrito do termo S o folhetos curtos que prop em ensinar a F sica para o Ensino M dio vinculada experi ncia cotidiana dos alunos procurando apresent la como um instrumento de melhor compreens o e atua o na realidade Sua apresenta o bem ilustrada tanto do ponto de vista narrativo como conceitual por meio de desenhos feitos a m o livre que contribuem para a melhor compreens o dos fen menos Os conceitos f sicos b sicos s o apresentados de forma amena e moderna e com bom poder explicativo dos assuntos O clima geral dos textos de humor de modo que n o de se estranhar encontrar piadas contextualizadas da F sica que levam
42. no manuseio de instrumentos de medidas d oferece suporte s aulas e ou cursos te ricos Os objetivos citados que s o de fato consenso da grande maioria dos professores de F sica independentemente do grau de ensino que lecionam mostram que a fun o primeira do laborat rio convencional n o ensinar F sica Sua estrutura r gida de trabalho que contempla apenas os conte dos mais adequados para montagens experimentais fica mais pr xima do ensino do m todo experimental do que propriamente de F sica Laborat rio aberto Diferente do laborat rio tradicional cujo roteiro estruturado e r gido o laborat rio aberto apresenta um roteiro com alguns objetivos predefinidos e algumas informa es b sicas e permite que os alunos formulem os experimentos Nesse caso o aluno tem de enfrentar o problema experimental e deve planejar os procedimentos que ser o posteriormente discutidos e decididos com seu professor Ter de compatibilizar seu planejamento com os recursos materiais dispon veis e planejar todos os passos Ainda nestes casos temos que a nfase se encontra no treinamento de habilidades experimentais mostrando que o objetivo priorit rio o aprendizado do m todo experimental Esse objetivo refor ado a partir da solicita o de que o aluno planeje um experimento transferindo procedimentos experimentais conhecidos para situa es experimentais novas Outras variantes ou op es poss veis de l
43. nos estudantes que devem seguir um roteiro predefinido e n o podem modificar a montagem experimental O aluno trabalha com conceitos leis e f rmulas prontas e os objetivos a serem atingidos s o bem definidos Vimos tamb m que uma importante caracter stica do laborat rio tradicional o valor atribu do ao relat rio que cumpre a fun o de instrumento de verifica o de aprendizagem O relat rio em geral individual Nesta ltima aula do M dulo 2 queremos que voc interaja ativamente com o exemplo que vamos apresentar Estamos solicitando a voc que prepare um roteiro para a experi ncia que vamos realizar de modo que ela possa ser aplicada em uma turma de alunos do Ensino M dio Fixamos como condi o de trabalho o material a ser utilizado e os objetivos a serem alcan ados TERCEIRO EXEMPLO Exemplo de laborat rio tradicional Determina o qualitativa e quantitativa do atrito est tico e cin tico Objetivos e Compreender as diferen as entre atrito est tico e cin tico e Verificar quais s o as grandezas f sicas que influenciam o atrito Pr requisito Fa a uma revis o sobre o atrito no livro F sica para o segundo grau GUIMAR ES FONTE BOA 1997 para ter uma base de como o tema abordado no Ensino M dio Este e outros livros texto de F sica para o Ensino M dio podem ser encontrados no p lo Conceitos b sicos a serem explorados Quando empurramos ou puxamos um objeto que est em repous
44. o aluno a pensar Existe tamb m um texto do GREF em tr s volumes que pode ser mais bem utilizado como livro do professor e que voc encontra na biblioteca do seu p lo Esse texto foi utilizado em Introdu o F sica I e voc certamente j deve conhec lo Os Cadernos do GREF s o de dom nio p blico e podem ser baixados no endere o da internet http axpfep1 if usp br gref html ATIVIDADES a Prepare dois planos de aula introduzindo as leis de Newton para alunos do Ensino M dio utilizando O Caderno do GREF volume de Mec nica O universo da F sica volume 1 Sampaio e Cal ada 2001 Nota O plano de aula solicitado deve fornecer os assuntos que sejam pertinentes para estruturar a aula planejada os fen menos e os conceitos os objetivos pretendidos o tempo dispon vel para desenvolver o tema o n vel introdut rio aprofundamento ou aplica es os pr requisitos conceituais necess rios os problemas e ou atividades que ser o apresentados as estrat gias de ensino e o detalhamento dos materiais did ticos que devem ser explicitados b Fa a um breve coment rio at cinco linhas sobre o enfoque curricular F sica do cotidiano apresentado nos dois textos indicados Estrutura da ci ncia Este tipo de instru o transmite a mensagem de que os conhe cimentos cient ficos foram acumulados ao longo dos s culos frutos de um intenso trabalho de pesquisa Este tipo de ensino transmite assim a
45. o ao valor m dio lt T gt T 1 1 2 3 5N i i e definimos o desvio padr o como o 8 0 7 410 8n INTO Veja que quanto maior a dispers o maior os desvios em rela o m dia Na defini o anterior tomamos o quadrado dos desvios para que todas as contribui es se somem lembre se de que pode ser negativo Fica evidente que quanto maior a dispers o dos dados maior o desvio padr o Por que usar uma quantidade como esta para medir o grau de dispers o A raz o como voc sabe decorre de uma propriedade estat stica muito interessante podemos mostrar que para um n mero grande de medidas existe uma probabilidade de que 67 das medidas se situe no intervalo que vai de lt T gt o lt T gt 6 Essa propriedade t o mais verdadeira quanto maior o n mero de medidas Naturalmente essa propriedade deve ser apresentada aos estudantes sem demonstra o Podemos acrescentar apenas que esta propriedade apoiada por grande quantidade de resultados experimentais O grau da dispers o das medidas determina o que chamamos precis o dizemos que quanto menos dispersa for a medida mais precisa ela Como consegii ncia o desvio padr o um bom indicador da precis o quanto maior o desvio padr o menor a precis o e vice versa CEDER 107 AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de 108 CEDER da
46. para fins educativos livre Mas esteja atento a esta quest o particularmente se voc planeja alguma atividade al m dos muros da escola d Fotografias t cnicas Na Figura 9 7 vemos uma fotografia do movimento de queda livre de uma pequena esfera Esta foto foi obtida com uma c mera comum usando filme fotogr fico em uma nica exposi o com luz estrobosc pica Um estrobosc pio uma esp cie de flash que tem a propriedade de piscar numa frequ ncia definida Em poucas palavras podemos explicar o seguinte numa sala escura a bolinha posicionada numa certa altura a c mera fotogr fica fixada previamente num trip apontada para o cen rio da queda a luz estrobosc pica apontada para o mesmo cen rio Um operador aciona o obturador da c mera mantendo o aberto A luz estrobosc pica acionada e a bolinha solta Toda vez que a luz estrobosc pica pisca ilumina a bolinha e sua posi o registrada no filme Terminada a queda o obturador da c mera fechado e a luz estrobosc pica desligada O resultado o que voc pode apreciar na Figura 9 7 em F sica da UFRJ Figura 9 7 Fotografia do movimento de queda livre de uma pequena esfera obtida com luz estrobosc pica Foi utilizada uma c mera fotogr fica Zenit modelo 12XP objetiva de 58mm com filme 35mm colorido de ASA 400 Esta foto foi obtida por alunos da disciplina Instrumenta o para o Ensino de F sica do curso de Licenciatura CE
47. princ pios cient ficos e na tecnologia mas obedece a crit rios pr ticos pol ticos e sociais Este um enfoque que os PCN favorecem na fundamenta o de projetos No livro F sica e Realidade Gon alves e Toscano 1997 os autores fazem a liga o entre as inova es tecnol gicas que surgem na vida di ria telefones celulares televis o guindaste na constru o chuveiro el trico autom veis com computadores a bordo etc e o conhecimento cient fico sistematizado pela F sica que trata das leis f sicas das defini es e dos conceitos relacionados aos fen menos que explicam e que geraram essa tecnologia CEDER 131 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica I O livro did tico no ensino de F sica ATIVIDADES 6 a Fa a uma an lise do ndice do Volume 3 Eletricidade e Magnetismo do texto F sica e Realidade de Gon alves e Toscano 1997 b Escolha um cap tulo do seu interesse para identificar quais as caracter sticas do enfoque CTS dado pelos autores c Leia os exemplos tratados na se o Texto amp Interpreta o do primeiro cap tulo e prepare um question rio para verificar a compreens o textual dos alunos d Os exemplos e problemas apresentados no livro s o consistentes com o enfoque CTC Justifique e Voc acha que a apresenta o conceitual da F sica difere do tratamento dado em livros texto que utilizam outros enfoques curriculares Sim N o Justifi
48. qual o curso de F sica dedicado Ser o levantados os aspectos espec ficos relacionados ao Ensino B sico Fundamental e M dio e s diferentes profissionaliza es como o curso Normal e os diferentes cursos T cnicos o Supletivo e os cursos noturnos OBJETIVOS E ORGANIZA O DA IPEF 1 CARGA 60 HORAS SEMESTRE A disciplina IPEF 1 tem uma abordagem mais geral desenvolvendo habilidades e capacidades b sicas para o ensino de F sica e tamb m preparat ria para a IPEF 2 A disciplina se organiza em um conjunto de m dulos que ser o definidos a cada in cio de semestre na se o CRONOGRAMA DO CURSO Cada m dulo compreende uma ou mais aulas em que vamos procurar conhecer recursos b sicos de instrumenta o por meio de tarefas programadas relacionadas aos seguintes pontos familiariza o com materiais did ticos dispon veis comercialmente utiliza o de laborat rios de recursos de inform tica e de v deos formas de comunica o em sala de aula uso de ferramentas b sicas para a montagem de atividades did ticas simples atividades extra classe e aproveitamento de espa os especiais como Museus interativos m todos de avalia o diagn stica formativa e somativa CEDER 9 Introdu o s disciplinas Instrumenta o para o Ensino da F sica IPEF 1 e 2 10 CEDER Em cada M DULO faremos tamb m uma revis o conceitual completa da rea da F sica correspondente
49. refer ncias bibliogr ficas e leituras complementares 7 usa recursos gr ficos diferenciados para mostrar a organiza o do texto t tulos subt tulos e outros 8 formato e tamanho de letra espa o entre as letras palavras e linhas atendem a crit rios de legibilidade 9 as ilustra es s o claras precisas coerentes com o texto e necess rias para a aprendizagem do aluno quando pertinentes cont m cr ditos legendas fontes e datas nas ilustra es nas tabelas e nos gr ficos 10 apresenta refer ncias bibliogr ficas leituras complementares e gloss rio 10 o sum rio mostra organiza o interna e permite r pida localiza o das informa es ATIVIDADE 11 O exemplo mostrado na primeira coluna utiliza os crit rios categorias anteriormente descritos fazendo a escolha do algarismo correspondente ao crit rio dentro da categoria Complete a tabela indicando o n mero da lista de crit rios relacionados anteriormente que voc julgue ser contemplado para os quatro livros indicados Crit rios de escolha do livro texto F sica Livro do aluno M ximo e Gon alves Gaspar Sampaio e Alvarenga e Toscano EIET E ia 1 2 3 4 5 6 conceitual Aspectos pedag gico 13789 metodol gico Constru o do conhecimento 1 4 6 8 9 cient fico Constru o da H 1 2 cidadania Nota Para localizar o livro a partir dos autores consulte o Anexo A CEDERJ 141 AULA 8 M DULO 1 Anexo A Text
50. rio solicite a apresenta o dos dados sob a forma de gr ficos e An lise dos dados poder ser feita por meio da constru o do gr fico para se chegar ao modelo funcional do fen meno estudado Mas importante que voc esclare a a seus alunos que h outras formas de an lise de dados f Conclus o ao t rmino da atividade voc dever pedir que os alunos registrem as atividades por escrito sob a forma de um relat rio AULA E M DULO 1 incluindo se as respostas aos itens anteriormente mencionados Assim ele construir e sistematizar seu conhecimento numa linguagem formal que aceita por todos O relat rio desta aula consiste na apresenta o do roteiro com os seus coment rios LEITURA RECOMENDADA GUIMAR ES L A FONTE BOA M F sica para o 2 grau S o Paulo Harbra 1997 v 1 CEDER 65 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de dados em F sica Experimental 1 Meta da aula Este m dulo est dividido em tr s aulas Com ele voc vai adquirir um pouco mais de pr tica na aplica o de experi ncias quantitativas de F sica em sala de aula usando materiais simples Ao final desta aula voc dever ser capaz de e reconhecer um exemplo de aborat rio did tico tradicional para sala de aula e montar atividades experimentais utilizando materiais simples e Fazer uma aplica o pr tica de introdu o ao problema da an lise de dados experimentais em F
51. sica ao n vel do Ensino M dio Pr requisitos Para a realiza o deste m dulo voc vai precisar rever alguns conceitos importantes Vamos tratar da import ncia da medida em F sica Reveja a id ia do m todo cient fico como discutido na primeira aula do M dulo 1 do curso de Introdu o s Ci ncias F sicas 1 Fa a uma revis o dos complementos 2 e 3 deste mesmo curso onde sistemas de medidas algarismos significativos incerteza ou erro da medida s o discutidos Esses mesmos conceitos foram aprofundados nas atividades pr ticas das disciplinas de F sica j cursadas por voc Reveja por exemplo o anexo Introdu o ao tratamento de dados da Aula 12 e o Ap ndice sobre medidas indiretas e propaga o de incertezas da Aula 20 do curso de F sica B sica 1A Voc vai encontrar um texto interessante sobre o assunto no Cap tulo do livro Curso de F sica B sica 1 Mec nica do professor Moys s Nussenzveig livro este que voc pode encontrar no p lo Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise INTRODU O 68 CEDER de dados em F sica Experimental 1 Neste m dulo vamos abordar a import ncia da realiza o de experimentos em sala de aula Trata se de uma das formas mais completas de instrumentaliza o para o ensino de F sica Um dos aspectos limitadores fonte de permanente preocupa o por parte dos professores de F sica s o os custos envolvido
52. sicas 1 Procure rever a dedu o do Teorema da Energia Cin tica e Trabalho na Aula 31 do M dulo 4 do curso de F sica 1B Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos I Figura 2 1 Nesta fotografia vemos um t pico laborat rio did tico para ensino de F sica Na maioria das esco las esses servi os n o existem e nem mesmo elas disp em de um espa o reservado para atividades experimen tais Assim programar uma atividade pr tica na maioria dos casos pro gramar uma atividade para a sala de aula ou para o p tio da escola 38 CEDER OBSERVA ES GERAIS A parte pr tica deste M dulo ser desenvolvida no laborat rio de F sica do p lo com aux lio do seu tutor No laborat rio est o todos os materiais necess rios Uma primeira leitura das aulas e o cumprimento dos pr requisitos dever o ser feitos antes de voc ir ao p lo realizar a parte pr tica Com a conclus o das tr s aulas voc ter o prazo de uma semana para preparar o relat rio final O relat rio deve conter os question rios os exerc cios e os relat rios parciais com os resultados experimentais e as respostas s perguntas apresentadas Esse relat rio receber uma nota Question rio 1 Antes de iniciar o estudo deste m dulo responda por escrito s perguntas a seguir Gostar amos muito de conhecer a sua opini o e a sua experi ncia pr via sobre alguns assuntos Es
53. uma pesquisa sobre locais onde voc possa conseguir v deos educacionais Informe o nome de pelo menos duas institui es ou empresas as condi es de empr stimo s escolas e a natureza do acervo CEDERJ 165 AULA o 1 Tecnologias para o ensino equipamentos comerciais kits para experi ncias did ticas Il Meta da aula Esta a segunda e ltima aula do M dulo 5 que dedicado a tecnologias direcionadas ao ensino Nesta aula voc vai ter uma introdu o sobre materiais e equipamentos fornecidos comercialmente para a realiza o de experi ncias e demonstra es Ao final desta aula voc dever ser capaz de e conhecer as empresas especializadas no fornecimento de material did tico para laborat rios e para sala de aula e planejar a utiliza o de equipamentos e materiais did ticos produzidos comercialmente em experi ncias e demonstra es Pr requisitos Para a realiza o desta aula voc dever ter conclu do integralmente a Aula 9 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Tecnologias para o ensino equipamentos comerciais kits INTRODU O 176 CEDER para experi ncias did ticas Il Ao longo do seu curso de licenciatura em F sica voc fez uso de uma s rie de equipamentos especializados projetados para a realiza o de certas experi ncias Na maioria dos casos foram equipamentos especialmente desenvolvidos para fins educacionais Com o tempo voc deve ter pe
54. vemos um tipo de inv lucro usado para transistores de pot ncia Esses transistores operam com correntes intensas e tendem a se aquecer Note que nem todos os capacitores s o eletrol ticos isto polarizados Os transistores por sua vez s o os componentes semicondutores mais complexos desta rela o e possuem tr s terminais identificados pelos nomes base B coletor C e emissor E Os transistores formam uma fam lia bem ampla de componentes eletr nicos e podem ser ligados a um dado circuito sob diferentes configura es Eles s o fabricados sob diferentes encapsulamentos Em cada aplica o voc deve identificar a forma da liga o de cada terminal e identificar corretamente cada terminal no transistor dispon vel Na nossa aplica o estamos utilizando um transistor de pot ncia bem comum projetado para trabalhar com correntes altas e baixas frequ ncias Em s ntese verifique os terminais dos componentes anteriormente mencionados identifique cuidadosamente a forma de conex o no esquema do circuito da Figura 1 1 e no esquema de montagem Figura 1 5 P6 Os resistores s o componentes n o polarizados e podem ser soldados no circuito em qualquer orienta o Eles s o facilmente identificados pelos an is coloridos gravados nos seus corpos Esses an is formam um c digo de cores que servem para identificar o valor da resist ncia e a toler ncia do valor real da resist ncia em rela o ao valor nominal No p
55. 2002 vermelho vermelho marrom 4 7KQ potenci metro linear b Teste os tr s diodos para verificar se est o em bom estado de funcionamento Selecione no mult metro a op o teste de diodos e transistores conecte a ponta preta COM no catodo do diodo e a ponta vermelha no anodo O mult metro dever indicar a tens o do diodo para diodos de sil cio este valor de aproximadamente 0 6 V Invertendo a polaridade o mult metro n o dever indicar tens o Complete a tabela a seguir CEDER 1N4002 1N4002 c Teste com o transformador ligue o terminal 110V ou 220V conforme a rede local a um fio paralelo com um plugue padr o para liga o na tomada N o necess rio soldar voc pode torcer as pontas uma na outra e colocar um pequeno peda o de fita isolante Isole tamb m o terceiro terminal da bobina prim ria em geral ela est exposta e pode gerar algum acidente Conecte os terminais da bobina secund ria ao mult metro ligue a tomada central ponta preta e um dos terminais coloridos ponta vermelha Selecione no mult metro a op o medida de tens o alternada Ajuste o n vel de tens o para a faixa desejada 12V Ligue o transformador na tomada Qual a tens o medida Fa a o mesmo para os outros terminais e complete a tabela a seguir Terminais da bobina secund ria Tens o nominal Tens o medida Tomada central fio preto AULA a 1 terminal 1 fio colorido 12y Tomada central fio pret
56. 990 1784 Artmed Porto Alegre RS Livros sobre Avalia o Educa o Sociologia Psicologia a maior parte tradu o da literatura internacional artmedQbinariointernet com br CEDERJ 149 ANEXO Tecnologia para o ensino os recursos audivisuais 1 Meta da aula Este m dulo est dividido em duas aulas dedicadas a tecnologias direcionadas ao ensino Nesta aula voc ter uma introdu o sobre como utilizar recursos audiovisuais Durante o estudo desta aula voc e aprender sobre alguns m todos e equipamentos utilizados para a ilustra o de uma aula e far uma aplica o pr tica de ilustra o de uma aula de F sica Pr requisitos Para o bom acompanhamento desta aula voc deve realizar uma revis o sobre a cinem tica do movimento de queda livre F sica B sica IA Aula 7 e sobre os principais resultados da din mica de um sistema de part culas incluindo colis es el sticas e o conceito de centro de massa F sica B sica IB Aula 30 Instrumenta o para o Ensino da F sica Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais I INTRODU O 144 CEDER Ao discutirmos a instrumentaliza o do ensino de Ci ncias quase sempre fixamos nossa aten o em recursos laboratoriais Pensamos em demonstra es e experimentos e frequentemente nos esquecemos do poder da imagem e da ilustra o Voc j deve ter ouvido algu m dizer que uma imagem vale mais do que mil palavras
57. DERJ 151 AULA o 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica I Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais 1 Esse tipo de foto que estamos chamando de t cnica pode ser usado tanto para ilustrar o movimento de queda livre como tamb m para medidas quantitativas Como a posi o da bolinha registrada fotograficamente em intervalos de tempo fixos este intervalo o inverso da frequ ncia da luz estrobosc pica vemos facilmente que a bolinha em queda livre n o percorre espa os iguais em tempos iguais O movimento nitidamente acelerado Podemos estudar a equa o hor ria do movimento da bolinha simplesmente medindo a sua posi o na Figura 9 7 com aux lio de uma r gua Observe o resultado dessas medidas na Figura 9 8 Conclu mos que a posi o varia com o quadrado do tempo de queda linha cont nua indicando que se trata de um movimento retil neo uniformemente variado MRUV isto com acelera o constante De posse dessa foto uma atividade pr tica como esta poderia ser facilmente realizada com os seus alunos A partir da fotografia original voc poderia obter v rias c pias do tipo xerox e distribu las a seus alunos solicitando lhes que construam uma tabela posi o x tempo completando com a constru o do gr fico Voc saberia propor uma maneira de analisar o gr fico de forma a se concluir que a depend ncia da posi o com o quadrado do tempo Observe que para se concluir este fato n o
58. ID TICO Sendo a F sica uma ci ncia experimental cujo conhecimento te rico passa pela verifica o dos fen menos o laborat rio uma necessidade did tica para a sala de aula Para isso fundamental que voc como professor saiba trabalhar o qu o como e o para que fazer no laborat rio did tico onde as atividades concretas s o desenvolvidas fundamental tamb m que os conte dos de F sica a compreens o da natureza da Ci ncia a instrumenta o e os m todos de estudo experimentais estejam sempre presentes quando voc trabalhar atividades concretas n o importa qu o simples estas sejam Assim importante reconhecer que uma atividade concreta em que se utilizam os objetos e coisas do mundo real requer tamb m os elementos do mundo das id ias conceitos f sicos processos de organiza o e formas de racioc nio l gico Dessa forma voc poder correlacionar todos esses aspectos de forma estruturada e o aprendiz passar a um novo patamar de compreens o dos princ pios e conceitos f sicos trabalhados Sabemos que as atividades laboratoriais s o consideradas com justa causa pela maioria dos pesquisadores e professores no mundo inteiro como essenciais para a constru o conceitual da F sica Mas a reflex o cr tica sobre o papel do laborat rio de F sica tal como hoje trabalhado no Ensino M dio nas suas diversas abordagens nos leva a reconhecer que sua contribui o para a aprendizagem te
59. Introdu o s disciplinas Instrumenta o para o Ensino da F sica IPEF 1 e 2 5 E ls pel Introdu o s disciplinas Instrumenta o para o Ensino da F sica IPEF 1 e 2 8 CEDER Al m das caracter sticas espont neas do indiv duo tais como a arte de ensinar habilidades e motiva o qualidades necess rias mas n o suficientes a forma o de um professor requer que se reconhe a o ensino como um of cio a ser adquirido atrav s de trabalho rduo e dedica o Assim importante destacar que a forma o de um professor competente deve envolver um amplo espectro de habilidades relacionadas com esse of cio que dever se refletir na qualidade do seu ensino cuja prioridade primeira responder plenamente pelo desenvolvimento intelectual dos seus alunos OBJETIVOS GERAIS As disciplinas Instrumenta o para o Ensino de F sica 1 e 2 t m por meta trabalhar os conte dos de F sica dos ensinos Fundamental e M dio na perspectiva das metodologias e das tecnologias de ensino com vistas sua aplica o em sala de aula Os componentes da instrumenta o s o os recursos facilitadores do ensino aprendizado dos quais o professor deve ter dom nio para a constru o do seu dia a dia na sala de aula A elabora o de um curso de F sica ou mesmo a simples prepara o de uma aula compreendem diversos esfor os dentre os quais devemos citar a dom nio conceitual da F sica transposta para o
60. LO 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos 1 Metas da aula Este m dulo est dividido em tr s aulas com ele voc dever adquirir uma vis o geral do papel do laborat rio did tico escolar e das metodologias utilizadas para o ensino de F sica S o apresentados exemplos de atividades que podem ser desenvolvidas em sala de aula e que ilustram essas metodologias Como metas deste m dulo queremos levar voc a reconhecer qual a contribui o do laborat rio did tico para o desenvolvimento do pensamento objetivo baseado na an lise de dados e no m todo cient fico qual a melhor inser o do ensino conceitual de F sica em sala de aula qual a contribui o da ci ncia aprendida na escola para a educa o do cidad o Ao final desta aula voc dever ser capaz de e desenvolver habilidades espec ficas b sicas para as atividades experimentais modelo te rico m todo experimental instrumenta o obten o e an lise de resultados escolher atividades pr ticas adequadas ao perfil dos seus alunos e aos conte dos trabalhados montar atividades experimentais utilizando materiais simples conhecer estrat gias de ensino para apresentar atividades experimentais e discriminar o modelo te rico e o resultado experimental Pr requisitos Para a realiza o desta aula fa a uma revis o sobre o M todo Cient fico discutido na primeira aula do M dulo 1 do curso de Introdu o s Ci ncias F
61. O laborat rio did tico metodologias e exemplos I 50 CEDER de vivenciar mais intensamente o m todo experimental o faz desenvolver independ ncia na experimenta o dando v o criatividade Ap s o planejamento o aluno discutir com o professor para viabilizar a atividade com o material dispon vel e dentro do prazo previsto Laborat rio circulante O Laborat rio Circulante proposto por Saad e Pimentel 1979a 1979b constitu do por kits experimentais transport veis que ficam disposi o dos alunos compondo uma esp cie de biblioteca O estudante pode retirar e levar para casa onde realizar o experimento com liberdade de tempo e de repeti es que ache necess rias A devolu o do kit deve ser acompanhada de um relato da experi ncia Esse laborat rio se insere no contexto do processo ensino aprendizagem como fun o complementar ao laborat rio tradicional ou ao conte do desenvolvido em sala de aula Sendo complementar assume como em toda e qualquer aula tradicional o mesmo papel dos exerc cios e problemas do livro texto Assim como os demais tipos de laborat rio did tico esse tamb m se torna uma esp cie de ap ndice ao processo de ensino Sem d vida de grande valia no aux lio da aprendizagem e desenvolvimento da habilidade mas ressalte se isto ocorrer com o estudante que busca o kit para realizar o experimento em casa e explor lo exaust o Mas e aquele que n
62. Rs Cery A Figura 9 9 A fotografia mostra a colis o entre dois discos que se movimentam sobre uma mesa de ar colocada na horizontal feita com luz estrobosc pica A foto menor mostra detalhes de uma antiga mesa de ar fabrica pela Ealing Corporation EUA Vemos um trip suportando uma c mera fotogr fica acima da mesa de ar Sobre a mesa est o v rios discos usados nas experi ncias Conhecemos uma outra consequ ncia das Leis de Newton aplicada ao movimento registrado na Figura 9 9 Esta outra consequ ncia est intimamente relacionada equa o 1 A resultante das for as externas R xtermas aplicadas ao sistema formado pelos dois discos igual ao produto da massa total m m multiplicado pela acelera o do centro de massa do sistema a Riema M M a n Como a resultante das for as externas zero mesa na horizontal sem atrito conclu mos que a acelera o do centro de massa nula Como consequ ncia conclu mos que o centro de massa CM deve executar um movimento retil neo uniforme MRU Como voc deve se lembrar para um sistema bidimensional as coordenadas x e y do CM s o dadas por Xm mx mx m m ey my m y m mo Na Figura 9 10 mostramos a posi o do CM calculada em cada instante de tempo Vemos claramente que o movimento do centro de massa uniforme seguindo uma mesma linha reta antes e depois da colis o Voc saberia explicar como a posi o do CM dos d
63. S Falamos em nossa aula dos recursos audiovisuais Afora os exemplos citados de v deos que correspondem a produ es profissionais como os document rios reportagens etc quase n o demos aten o ao udio ao som Voc saberia dar um exemplo de um recurso puramente auditivo Pense por exemplo no que poderia fazer com um gravador de som Veja que ilustrar uma aula com fotos gr ficos e desenhos n o necessariamente tornar a aula did tica e atraente para os seus alunos Somente uma intera o inteligente e planejada entre a ilustra o e o conte do pode garantir o sucesso de uma aula Para adquirir esta sensibilidade de comunica o voc ter de praticar N o existem f rmulas r gidas consagradas o conhecimento vem com o tempo Se voc n o praticar com regularidade o uso dos recursos audiovisuais jamais adquirir essa sensibilidade Isso nos leva a comentar por fim que o mais simples recurso visual dispon vel para o professor o velho e sempre presente quadro negro e ser ainda por um bom tempo uma importante ferramenta de comunica o que necessita como todas as outras de um uso planejado ATIVIDADE FINAL Inicialmente procure responder s perguntas que se seguem Elas v o nos ajudar a conhec lo um pouco mais Voc possui uma c mera fotogr fica Uma c mera de v deo Qual a marca e modelo Que experi ncia voc tem com fotografias E com o v deo Voc possui um computador Info
64. Tabela 1 1 apresentamos a rela o de componentes eletr nicos necess rios para a montagem da fonte AULA E M DULO 1 Quando precisamos construir um equipamento para a instrumen taliza o de uma aula deparamo nos com tr s problemas b sicos que podem ser resumidos nas seguintes perguntas que projeto escolher Onde comprar os componentes Como executar No nosso caso trata se de um equipamento eletr nico uma fonte de tens o Tabela 1 1 Rela o de materiais Q1 Die D2 Zi L1 T1 F1 P1 R1 R2 c1 c2 c3 Diversos TIP41 transistor NPN de pot ncia 1N4002 diodo retificador Diodo zener de 12 6V ou 13V 400mW LED vermelho Transformador entrada 110 220 sa da 12 12 1A Fus vel de 1A com porta fus vel Potenci metro linear 4 7kQ Resistor 2 2kQ x 1 8W vermelho vermelho vermelho Resistor 2200 x 1 2W vermelho vermelho marrom 1000LF 15V capacitor eletrol tico 10UF 16V capacitor eletrol tico 100LLF 16V capacitor eletrol tico Ponte de terminais radiador de calor para o transistor chapa de alum nio com aproximadamente 5cm x 5cm interruptor S1 porta fus vel para F1 fios duas cores para conex es diversas solda bornes vermelho e preto para a sa da e fio paralelo com plugue macho para conex o da fonte na tomada fita isolante e fus veis de 1A e 250maA O primeiro ponto onde podemos encontrar esquemas de circuitos eletr nicos H uma grande q
65. a associa o em s rie e em paralelo de resist ncias Colocar resist ncias em s rie ou em paralelo na barra de conectores muito simples e r pido CEDER 33 AULA a M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos 34 Sugerimos o uso de um resistor de fio met lico de 120W 15 watts por duas raz es simples por um lado trata se de um pe a grande facilmente observ vel a uma certa dist ncia da mesa do professor e por outro suficientemente grande para n o apresentar aquecimento relevante em uso Note que a pot ncia dissipada no resistor P por efeito Joule dado pela f rmula P V R o que d para o m ximo de tens o da fonte 12 120 1 2 watt bem abaixo do valor nominal Resist ncias de mesmo valor comuns de carv o de 1 8 1 4 ou mesmo 1 2 watt n o serviriam Observe o tempo de realiza o da experi ncia leva se apenas alguns minutos para se completar uma tabela com dez pares de medidas Isso significa que sobra muito tempo para os alunos constru rem os seus gr ficos em sala de aula e completarem a an lise dos resultados uma oportunidade excelente para rever a t cnica de constru o de gr ficos que devem ser feitos em papel milimetrado e individualmente Em contrapartida este um momento importante para reiterar o aspecto experimental da F sica como Ci ncia e conceitos importantes relacionados com a medida tais como precis
66. a voc pensar nas dificuldades para se revelar um simples filme cinematogr fico o processo caro e s o poucos os laborat rios comerciais dispon veis Figura 9 13 A foto mostra uma moderna c mera de v deo digital modelo Hi 8 CCD TRV 138 fabricada pela Sony Atualmente algumas c meras de v deo competem em pre o com as c maras fotogr ficas Entre as vantagens de uma CVD podemos destacar a de que elas em geral incorporam recursos fotogr ficos isto podem ser usadas tamb m como c meras fotogr ficas e os v deos produzidos podem ser apresentados diretamente numa TV que um recurso encontrado na maioria das escolas A desvantagem em rela o c mera fotogr fica a de que em geral uma fotografia obtida com uma CVD n o atinge o grau de qualidade em cor e resolu o ptica de uma c mera fotogr fica Assim como podemos ilustrar uma aula com fotografias podemos usar v deos de pequena dura o feitos com uma CVD Uma aplica o interessante a possibilidade de se gravar a realiza o de experimentos simples que pode ser feita pelo pr prio professor em ambiente domiciliar ou na pr pria escola Sob certas condi es esses v deos podem substituir as pr prias demonstra es com vantagens considere por exemplo o fato de que o v deo pode ser reapresentado v rias vezes Da mesma maneira que as fotografias os v deos digitais podem ser editados num PC com aux lio de certos programas Entretant
67. aborat rio aberto s o Laborat rio de Projetos No laborat rio de projetos o aluno precisa conhecer t cnicas de medidas procedimentos experimentais e tamb m ter dom nio de conte do sobre o tema a ser explorado Esse laborat rio tem como objetivo fazer uma nova experimenta o e dificilmente poder ser utilizado no Ensino M dio Laborat rio divergente O laborat rio divergente possibilita ao estudante trabalhar com sistemas f sicos reais oportunizando a resolu o de problemas cujas respostas n o s o preconcebidas adicionado ao fato de poder decidir quanto ao esquema e ao procedimento experimental a ser adotado IVANY PARLETT 1968 O enfoque do laborat rio divergente SHOULE 1970 tem duas etapas na primeira o estudante recebe uma descri o detalhada das quest es a serem resolvidas ao t rmino dos trabalhos aprende a utilizar o equipamento seguido dos procedimentos gerais a serem adotados das medidas a serem tomadas e do funcionamento dos instrumentos de medida recebendo assim instru es comuns a todos os alunos O objetivo a familiariza o com os equipamentos os instrumentos e as t cnicas de medida A segunda etapa a experimenta o e cabe ao aluno escolher a atividade quais os objetivos hip teses a serem testadas e como realizar as medidas A liberdade de planejar al m de dar condi es ao estudante CEDER 49 AULA 2 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1
68. aca for Disco II Circunfer ncia Di metro EEE Discrep ncia pan hej CEDERJ 77 AULA 5 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de dados em F sica Experimental 1 Disco II Circunfer ncia Di metro Discrep ncia E RES 6 Voc considera todo material usado nesta experi ncia de f cil obten o Voc poderia avaliar os custos de todo o material usado Consulte o com rcio local para responder 7 Em sua opini o utilizar um term metro em uma classe que n o tenha aprendido formalmente a defini o de temperatura e das escalas termom tricas didaticamente aceit vel 8 Fazer uma previs o do tempo necess rio para a realiza o de uma experi ncia fundamental Uma experi ncia que consuma muito tempo pode se tornar invi vel para um nico tempo de aula padr o de 50 minutos mas pode se tornar vi vel se o professor disp e de um turno de dois ou tr s tempos seguidos Qual o tempo estimado gasto por voc para executar as Atividades 2 3 4 e 5 9 D uma sugest o de como as r guas U D e C podem ser preparadas 78 CEDER CONCLUS O Como conclus o procure refletir e debater com seus colegas as seguintes quest es As medidas experimentais de S e 7 obtidas por voc s o satisfat rias Quais os crit rios que devemos usar para responder a esta pergunta Se as medidas n o
69. ada para fora Se voc preferir adapt lo desta forma sinta se vontade para providenciar o furo adequado A Figura 1 10 mostra o resultado final Figura 1 10 Aspecto final da fonte abrigada em uma caixa pl stica lar gamente utilizada em projetos de eletr nica e facilmente encontrada no com rcio A fotografia meramente ilustrativa sendo poss veis in meras outras solu es para o acabamento final da fonte Use sua criatividade mas n o deixe de privilegiar as exig ncias de seguran a no manuseio do equipamento 30 CEDER UMA APLICA O SIMPLES Voc j viu que a instrumentaliza o do ensino de F sica envolve uma grande diversidade de recursos Tentar realizar experimentos quantitativos em sala de aula um desses recursos muitas vezes perseguido pelo professor de F sica No entanto frequentemente podemos encontrar muitas dificuldades para implementar tais recursos comum nos depararmos com o problema do tempo e da escassez de material e equipamentos Um recurso mais simples aquele em que o experimento realizado pelo professor e os resultados s o analisados pela turma individualmente ou em pequenos grupos Neste caso precisamos de um nico equipamento e a execu o do experimento pode ser mais r pida uma vez que realizada por algu m com bastante pr tica A experi ncia que vamos sugerir pode ser aplicada como um desses recursos de instrumentaliza o que estamos comentando Objetivo
70. al III 9 Fa a um plano de aula comentado sobre a experi ncia proposta Procure incluir neste item alguns coment rios sobre as seguintes quest es compare os seus resultados com aqueles obtidos por seus colegas voc considera todo o conte do apresentado nesta experi ncia acess vel aos alunos de Ensino M dio qual o n vel de dificuldade que voc atribui para a realiza o das atividades propostas quais as conex es relevantes que voc observa nesta Aula 7 com os Par metros Curriculares Nacionais para o Ensino M dio NOTAS E COMENT RIOS e Realizar as 100 medidas solicitadas na Atividade 2 pode ser um pouco cansativo Um dos problemas que pode surgir que o cronometrista parte integrante da medida tenha uma performance descendente com o passar do tempo isto seu reflexo vai degradando com o desenrolar da tarefa Neste caso as medidas n o ser o feitas nas mesmas condi es n o mesmo Esta meta portanto deve ser avaliada pelo professor em fun o da turma e do hor rio da aula Em cursos noturnos e em aulas no final de per odo os alunos costumam estar cansados Se for necess rio proponha um n mero de medidas menor Mas lembre se de que isto tem um pre o as medidas ser o menos representativas das flutua es estat sticas que queremos flagrar e Para facilitar a medida do per odo do p ndulo muito til estabelecer marcas no ch o Veja a Figura 7 2 b novamente Ali mostramos duas ma
71. ala de aula e precisar de suporte para definir os caminhos a seguir Gostar amos que voc reconhecesse que o material bibliogr fico absolutamente necess rio para o planejamento das suas aulas para a escolha de material did tico e para a leitura dos alunos que podem estudar em casa para obter dom nio dos conte dos Sem o uso de um bom livro did tico a aprendizagem se torna dif cil e insegura Lembre que o aluno que n o utiliza livro texto estuda a c pia da mat ria que o professor escreveu no quadro que assim transcrita tem pouca fidedignidade E lembre se tamb m de que as estat sticas publicadas sobre as provas nacionais SAEB ENEM Prova Brasil apontam para a piora do desempenho dos nossos estudantes sendo que os resultados dos alunos da 3 s rie do Ensino M dio s o os que mostram a maior queda Assim o registro da mat ria que o aluno faz no caderno n o pode de forma alguma substituir o livro texto Por essas raz es as bibliotecas escolares t m um valor incalcul vel devendo ser permanentemente atualizadas para atender s necessidades dos usu rios tanto alunos quanto professores Em virtude disso importante para todo educador que o material did tico ganhe em qualidade tanto em forma quanto em conte do Essa exig ncia faz com que as editoras especializadas do setor empenhem seus esfor os em desenvolver projetos visuais arrojados em aprimorar os conceitos em adicionar acess rios aos produtos ofereci
72. alham os mesmos aspectos experimentais sem fazer o nexo correspondente e o baixo peso que as atividades experimentais t m nas disciplinas de ci ncias rela o n mero de aulas pr ticas te ricas e baixa valoriza o acad mica das atividades pr ticas que exigem tempo e dedica o do professor TIPOS DE LABORAT RIOS DID TICOS E SUAS METODOLOGIAS sempre importante que o professor de F sica saiba estabelecer situa es experimentais construtivas em sala de aula Para tal importante conhecer formas de interagir com seus alunos em diversas situa es quando o professor come a um novo assunto e tem de apresentar novos conceitos aos seus alunos quando deseja aprofundar um t pico quando deseja assegurar que os alunos compreenderam uma lei importante e sabem aplic la em uma nova situa o Descreveremos de forma sum ria os tipos de laborat rio mais utilizados ilustrando os com exemplos de f cil aplica o que voc poder utilizar em sala de aula e que o guiar nas escolhas e no desenvolvimento de outros exerc cios A demonstra o em sala de aula A demonstra o em sala serve a diversos objetivos pedag gicos a apresentar um novo conte do tendo como finalidade motivar os alunos b ilustrar um fen meno f sico cuja teoria apresentada auxiliando o professor na conceitua o e esclarecimento das rela es funcionais c desenvolver a percep o do aluno nas habilidades de obse
73. ar aproveitaremos para introduzir outros instrumentos de medida Particularmente interessante s o os instrumentos digitais Neste caso o instrumento n o possui uma escala mas sim um visor de cristal l quido o caso por exemplo da maioria dos modelos modernos de balan as mult metros e de alguns rel gios e cron metros A tecnologia digital vem tomando todos os espa os na constru o de instrumentos de medida INCERTEZA LIMITE Considere que a medida do comprimento de um ret ngulo a 2 4 0 1 cem e a largura b 14 1 0 3 Jem Qual o valor de semiperimetro p a b As medidas de a e b est o determinadas dentro de um intervalo de incerteza Qual o maior valor que podemos encontrar para p A resposta imediata somamos o maior valor de a com o maior valor de b Neste caso 2 5 14 4 16 9 Qual o menor valor para p Somamos o menor valor de a com menor valor de b 2 3 13 8 16 1 Assim o resultado final pode ser escrito p 16 5 0 4 cm Isto a mesma coisa que somarmos os melhores valores de a e b e atribuirmos como incerteza a soma das incertezas destas medidas p 14 1 2 4 0 1 0 3 jcm A incerteza limite garante que a medida de p estar necessariamente dentro do intervalo calculado No caso da subtra o se queremos medir a diferen a entre os lados w b a qual o maior valor que podemos encontrar para w Neste caso devemos subtrair o maior valor de b do menor valor de a 14 4 2 3
74. ara duas amplitudes de oscila o diferentes Repita a medida 100 vezes para cada amplitude Com aux lio da trena me a o comprimento do p ndulo Organize os seus dados em tabelas veja o modelo sugerido no Anexo B 3 Solte o p ndulo de uma amplitude pequena e cronometre o tempo de 50 oscila es consecutivas O per odo ser o valor encontrado por voc dividido por 50 Informe o valor encontrado anote o resultado na tabela do Anexo B 4 Construa o histograma de medidas para cada uma das amplitudes Calcule o valor m dio do per odo lt T gt e seus respectivos desvios padr o para cada uma das amplitudes 5 Determine o n mero de medidas N encontradas no intervalo entre lt T gt ce lt T gt o Compare o valor encontrado por voc com o valor esperado de 67 para o caso em que o n mero de medidas tende a infinito N o 6 Com os resultados obtidos para a Atividade 4 voc diria que a lei do isocronismo do p ndulo se verifica isto voc concorda com Galileu 7 Compare os valores m dios do per odo obtidos na Atividade 4 com a medida do per odo obtida na Atividade 3 Releia a nota complementar P 7 e comente os seus resultados 8 Qual o tempo gasto por voc para completar as medidas realizadas das Atividades 2 e 3 CEDER 109 AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de 110 CEDERJ dados em F sica Experiment
75. as das ltimas d cadas Voc como professor tem de estar preparado para agir e definir a filosofia educacional que determina seu enfoque curricular Ci ncia do cotidiano Este enfoque curricular determinado pela nfase na ci ncia como um meio importante para entender e controlar o ambiente seja este natural ou artificial Fundamenta se na convic o de que a ci ncia tem de ser til para a vida do cidad o comum Valoriza a compreens o individual e coletiva dos princ pios cient ficos para lidar com os problemas e fen menos do dia a dia O aluno deve estar capacitado para explicar o que acontece no seu entorno a partir dos conte dos f sicos fen menos e princ pios aprendidos na escola Mesmo que este seja o enfoque recomend vel para um ensino significativo da F sica no Ensino M dio h dificuldades para sua implementa o irrestrita porque a dif cil de utilizar mantendo a qualidade do ensino podendo levar a um tratamento superficial dos conte dos limitando a possibilidade de generaliza o conceitual b os fen menos do cotidiano s o complexos e quando passam por uma simplifica o correm o risco de n o serem bem explicados c o professor precisa ter uma boa fundamenta o conceitual e estar bem preparado para explicar com bastante convic o os fen menos apresentados ilustr los etc CEDER 127 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica O livro did tico
76. atuitos de livros para uso dos professores Todas as editoras os fornecem aos professores sempre que comprovem sua atua o profissional A maioria dos textos did ticos de F sica citados nesta aula destinada ao aluno Sua fun o dar suporte ao estudo da mat ria espec fica Os livros antes editados em tr s volumes cada um corres pondente a uma respectiva s rie do Ensino M dio s o hoje por raz es pr ticas publicados em vers o resumida em volume nico que apresenta os conte dos das tr s s ries do Ensino M dio Nestes a mat ria tratada de forma simplificada e alguns t picos s o omitidos importante que voc se familiarize com um texto escrito com o prop sito expl cito de atender grade de F sica das escolas p blicas brasileiras 2 horas semana intitulado F sica de olho no mundo do trabalho Ant nio M ximo e Beatriz Alvarenga 2004 Voc encontrar nas Refer ncias uma breve resenha com as principais caracter sticas deste volume Os livros texto modernos apresentam diversas se es que complementam e enriquecem o conte do espec fico Aspectos hist ricos e tecnol gicos a epistemologia e a natureza da ci ncia as dificuldades de aprendizagem dos alunos merecem destaque na maioria deles CEDER 125 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica O livro did tico no ensino de F sica 126 CEDER Alguns apresentam uma se o de desafios intitulada Para Saber Mai
77. ca 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos I 42 CEDER Outra raz o para ensinar F sica no Ensino Fundamental que na sociedade tecnol gica em que vivemos importante que o laborat rio did tico e as aulas de ci ncias d em oportunidade para que os alunos adquiram conhecimentos b sicos que lhes permitam reconhecer os fundamentos das tecnologias de ponta com as quais est o em contato computadores aparelhos de som eletrodom sticos celulares etc Assim o laborat rio pode e deve ser um espa o pr prio para a reflex o do papel da tecnologia e da Ci ncia na sociedade atual e como tal precisa contribuir para a forma o do cidad o que vive em um mundo tecnologicamente informatizado Um outro aspecto a se considerar a contribui o que as atividades experimentais quando bem planejadas t m para o desenvolvimento do racioc nio No laborat rio o aluno aprende a pensar de forma organizada e avalia a qualidade das informa es fornecidas metodologia cient fica com objetividade Essas formas de pensamento s o transfer veis e dever o tamb m lhe permitir a tomada de decis es com base no conhecimento e nas evid ncias n o apenas na base casu stica da opini o pensamento cr tico reflexivo tamb m importante que todo material experimental n o seja o foco das aten es do aluno e jamais entre em competi o com a compreens o conceitual do fen meno estudado Isto n o implica recomendar
78. cedor Caracter sticas do modelo cm e E Al m de responder por escrito v plataforma CEDER acesse o grupo de estudos desta disciplina clique sobre o link Atividade 11 Aula 6 e responda s perguntas a seguir Al m disso comente o post de pelo menos dois colegas CONCLUS O Como conclus o procure refletir e debater com seus colegas as seguintes quest es As medidas experimentais do volume das esferas pelos dois m todos propostos s o consistentes E a medida da densidade do a o em compara o com o valor tabelado Quais os crit rios que devemos usar para responder a essa pergunta Se as medidas n o forem satisfat rias quais as poss veis fontes de erro da experi ncia O que fazer para evit las ou minimiz las Fa a uma rela o de todos os conceitos e no es elementares que voc considera que podem ser explorados nas atividades propostas Para finalizar a sua conclus o fa a um planejamento esquem tico para a apresenta o das atividades em sala de aula Procure considerar a seguinte quest o todas as atividades propostas Atividade 1 Atividade 8 devem ser apresentadas e discutidas com os alunos em conjunto em uma nica aula Justifique o seu planejamento CEDER 95 AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de 96 CEDER dados em F sica Experimental Il NOTAS E COMENT RIOS e Observe q
79. cipione ANEXO B Editoras de livros did ticos listagem incompleta 1 Scipione S o Paulo Livros did ticos e paradid ticos Campos dos Goitacazes Mark o Com rcio Ltda Av Dr Felipe Uebe 371 Parque Calif rnia CEP 28013 140 Tel 22 2724 1671 Fax 22 2722 4386 Rio de Janeiro Rua Bar o de Ub 159 173 Pra a da Bandeira CEP 20260 050 Telefone 21 2273 1997 Fax 21 2293 6886 E mail vendas rioBatica com br 2 Moderna S o Paulo Filial Rio de Janeiro Rua Drumond 93 Olaria RJ CEP 21031 460 Tel 21 2564 4000 Fax 21 2564 3332 E mail luciaBmoderna com br 3 Harbra Ltda S o Paulo Rua Joaquim T vora 629 S o Paulo SP CEP 04015 001 Tel 11 5084 2482 Fax 11 5575 6876 E mail administracaoVharbra com br 148 CEDER Atual ver Editora tica FTD S A Rua Rui Barbosa 156 S o Paulo SP CEP 01326 010 Tel 11 3253 5011 Fax 11 288 0132 E mail ftd ftd com br Livraria da F sica USP Loja USP Rua do Mat o travessa R 187 Instituto de F sica Cidade Universit ria USP S o Paulo SP CEP 05508 900 Tel 11 3815 8688 ou 3816 7599 Loja Virtual Tel Fax 11 3931 4913 E mail livrariadafisicaduol com br Editora Tel 11 3936 3413 E mail editoralivrariadafisicaBuol com br tica Editora tica Ltda Av Otaviano Alves de Lima 4400 S o Paulo SP CEP 02909 900 Tel 11 3990 2100 Fax 11 3
80. co dado pela empresa Procure ter uma vis o geral do que est sendo oferecido pelas empresas No futuro com mais tempo procure se aprofundar no conhecimento desses produtos Atividade 3 Que empresas fornecem trilhos de ar e centelhadores semelhantes aos usados por voc nas experi ncias de cinem tica das disciplinas F sica 1 A e 1B Na Aula 9 falamos de mesas de ar para experi ncias de colis o em duas dimens es Que empresas fornecem esse equipamento Nessa rela o h alguma empresa nacional Informe o pre o desses produtos e condi es de pagamento Atividade 4 Procure selecionar uma empresa e um produto kit por ela produzido Sinta se livre para escolher Esse kit seguramente estar relacionado a uma experi ncia de car ter quantitativo na qual alunos podem realizar medidas que visam comprova o de uma lei da F sica ou estar relacionado a uma experi ncia qualitativa na qual se procura demonstrar um fen meno dado Procure selecionar um kit que esteja bem documentado com um manual eletr nico que possa ser obtido por download Leia essa documenta o com aten o e fa a uma descri o com suas pr prias palavras dos objetivos e do seu princ pio de funcionamento Atividade 5 Escolha livremente um livro did tico do Ensino M dio que tenha conte dos de F sica relacionados ao kit escolhido na Atividade 3 Prepare um pequeno plano de aula para a apresenta o desse tema a alunos do Ensino M dio
81. creva suas respostas em uma folha separada para que possa ser enviada para a coordena o do curso e guarde uma c pia no seu caderno de laborat rio a Que tipo de experi ncia voc teve em um laborat rio de F sica experimental no Ensino Fundamental no Ensino M dio no seu curso universit rio b Para realizar uma experi ncia voc precisa conhecer a teoria dos fen menos que vai estudar c Em que condi es os dados obtidos experimentalmente devem ser considerados como v lidos quando n o satisfazem os resultados previstos pela teoria d Voc acha que o aluno precisa fazer experi ncias ou pode aprender atrav s da demonstra o feita pelo professor em sala de aula e Qual a incerteza de uma medida feita com uma r gua graduada em mil metros a precis o de uma r gua graduada em mil metros f O que s o grandezas relevantes de uma experi ncia Pense na rela o de grandezas f sicas na express o do per odo do p ndulo simples T 27N g g Quais s o as grandezas vari veis dependentes e quais as independentes na experi ncia para verifica o da lei de Ohm R V I INTRODU O O papel do laborat rio did tico foi modificado com a introdu o dos Projetos de Ensino de F sica PEF desenvolvidos a partir da metade do s culo passado que deslocaram o professor e a corrobora o da F sica te rica do centro da sala de aula para dar prioridade ao aluno e experime
82. curso e solicite ajuda ATIVIDADE 1 Responda s perguntas antes de come ar a leitura deste m dulo Como provavelmente alguns de voc s ensinam F sica j conhecem alguns livros texto escolares Mesmo assim pedimos para voc s refletirem sobre aqueles assuntos que ainda n o estudaram formalmente mas sobre os quais j t m id ias e opini es formadas Caso voc j esteja cursando as disciplinas de est gio e pr tica de ensino de F sica com certeza poder argumentar sobre os diversos aspectos que teve ocasi o de observar em sala de aula Seja cr tico e tente sempre justificar suas id ias a Quais os materiais did ticos que voc considera indispens veis para o ensino de F sica no Ensino B sico Coloque em ordem de prioridade os seguintes materiais did ticos Escolha 1 para aquele que voc considere o mais importante e 6 para o menos importante Livros texto Computador Internet __ Material audiovisual Material para atividades experimentais Livros paradid ticos b Mencione tr s crit rios que voc priorizaria para escolher um livro texto c Para voc qual seria a fun o do livro texto em sala de aula 118 CEDER d Mencione dois t tulos de textos did ticos para o ensino de F sica que voc conhece e comente sumariamente os aspectos que o levariam a utiliz lo em sala de aula MATERIAL DID TICO Material did tico definido como todo e qualquer recurso de apoio s intera es pedag g
83. d 2001 PERRENOUD Philippe et al Formando professores profissionais Porto Alegre Artmed 2001 POZO Juan Ignacio et al A solu o de problemas Porto Alegre Artmed 1998 SANCHO J Para uma tecnologia educacional Porto Alegre Artmed 1998 WEISSMANN Hilda Did tica das ci ncias naturais Porto Alegre 1998 LIVROS PARADID TICOS CHIQUETTO Marcos Breve hist ria da medida do tempo S o Paulo Scipione 2001 HELENE Elisa Marcondes A radioatividade e o lixo nuclear S o Paulo Scipione 1992 MOUR O Ronaldo Rog rio de Freitas Sol e energia no terceiro mil nio S o Paulo Scipione 2002 QUADROS Sergio A termodin mica e a inven o das m quinas t rmicas S o Paulo Scipione 1996 SPINELLI Walter Guia pr tico para cursos de laborat rio do material elabora o de relat rios S o Paulo Scipione 1997 REVISTAS A F SICA na Escola Sociedade Brasileira de F sica S o Paulo 2000 2005 Dispon vel em lt http www sbfisica org br fne Welcome shtml gt Acesso em 31 jul 2006 CADERNO BRASILEIRO DE ENSINO DE F SICA Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de F sica da Universidade Federal de Santa Catarina Dispon vel em lt http www fsc ufsc br ccef gt Acesso em 31 jul 2006 CI NCIA HOJE On line Rio de Janeiro Instituto Ci ncia e Hoje 2006 Dispon vel em lt http cienciahoje uol com br view 397 gt Acesso em 31 jul 2006 ELETR NICA TOTAL S o
84. dado por T 2n 1 g onde o comprimento do p ndulo e g a acelera o da gravidade Como vemos a f rmula n o inclui a amplitude O qu o pequena deve ser a amplitude para que esta lei se verifique Isto depende do m todo experimental adotado Materiais necess rios Cron metro digital 0 01 s Trena milimetrada 2 m Linha de algod o n 10 para pipa Chumbada para pesca Figura 7 1 102 CEDER Observa es preliminares P1 Observe um detalhe importante para a realiza o desta atividade n o s o necess rios conhecimentos pr vios de mec nica sobre as leis do movimento sobre as leis de Newton ou conte dos similares Queremos apenas verificar a lei do isocronismo tal como descoberta por Galileu Nosso enfoque puramente experimental Em outras palavras partindo da observa o fazemos a pergunta o per odo do p ndulo depende da amplitude de oscila o e estamos tratando de resolver o problema experimentalmente As medidas que vamos realizar que v o responder a esta pergunta Este aspecto do problema deve ficar bem claro desde o in cio dos trabalhos com a turma P 2 Nesta experi ncia vamos fazer uso de um cron metro digital Trata se de um instrumento de uso muito frequente em laborat rios de ensino de diversas especialidades Com o advento da eletr nica digital os cron metros digitais substitu ram os cron metros mec nicos Com isso ganhamos em precis o
85. de tens o DC e informe qual a resolu o e a precis o por faixas de valores de tens o 2 Com aux lio de um mult metro digital me a a tens o de uma pilha V 3 Com aux lio de um paqu metro me a o di metro D das tr s esferas de a o dadas e complete a seguinte tabela Para verificar a regularidade das esferas de a o me a o di metro em quatro posi es diferentes Esfera Il Esfera Il Esfera III DO DimeroKm Diametro m Diametro cm 4 A partir dos resultados obtidos no item anterior e das rela es 1 6 e 2 6 determine o volume das esferas com suas respectivas incertezas Esfera Il Esfera Il Esfera III vomema st 5 Com aux lio de uma proveta graduada me a o volume das mesmas esferas utilizadas nos itens anteriores Volume da gua Volume da esfera Volume da gua V esfera V AV AV V V CEDER 93 AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de dados em F sica Experimental Il Ao introduzir a esfera na proveta com gua certifique se de que n o haja bolhas de ar aderidas a sua superf cie Em que medida isso pode afetar a determina o do volume da esfera 6 Inspecione com aten o a balan a que ser usada por voc Verifique qual o procedimento para zerar a balan a Informe o fabricante modelo sensibilidade capacidade m xi
86. descrita em uma linguagem matem tica Em outras palavras esperamos que se o n mero de medidas for grande a probabilidade de que cometeremos um erro de 0 02 s igual de que cometeremos um erro de 0 02 s Ao somarmos todas estas contribui es elas tendem a se cancelar mutuamente Disto resulta que L DL T IN gt N T ou T T T N lt T gt gt Tv isto o valor m dio tende ao valor verdadeiro Assim n o dif cil entender que mesmo para um conjunto finito de medidas afetadas por erros aleat rios o valor m dio representa o valor mais prov vel da grandeza Um outro aspecto sobre o erro acidental diz respeito a sua intensidade Se o per odo de um p ndulo da ordem de 1 00 s pouco prov vel que voc me a um valor muito diferente como por exemplo 3 00 s naturalmente que estamos desconsiderando medidas feitas de uma forma grosseira desatenta Isso ficar evidente no pr prio desenrolar da experi ncia Assim se fazemos um conjunto de medidas do per odo os valores tendem a se concentrar em torno do valor m dio isto valores muito diferentes da m dia tendem a aparecer com freq ncias progressivamente menores Para discutir essas id ias com seus alunos ser extremamente proveitoso construir um histograma de medidas n o mesmo Se voc ainda n o trabalhou com histogramas leia as instru es do Anexo A A teoria dos erros acidentais foi desenvolvida por uma s rie de emin
87. destinado d Em que se diferenciavam os livros did ticos do in cio do s culo passado dos atuais e Qual era o papel do livro did tico no in cio do s culo passado f Dentre as cr ticas aos atuais curr culos de F sica ouve se frequentemente que a F sica moderna n o faz parte dos programas escolares Qual seria segundo voc a raz o dessa omiss o Tempo Falta de prepara o do professor Aus ncia da discuss o desses temas nos livros did ticos Outros Justifique suas escolhas g Procure em alguns dos livros texto da bibliografia aprovada pelo MEC p 15 deste m dulo quais s o os t picos de F sica moderna apresentados e com que frequ ncia aparecem indique as refer ncias CEDER 123 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica O livro did tico no ensino de F sica 124 CEDER O LIVRO DID TICO E SUA IMPORT NCIA Pode se argumentar a favor ou contra mas dif cil n o concordar com a seguinte afirmativa de Moreira e Axt 1986 enunciada vinte anos atr s mas v lida at hoje Dentre os materiais did ticos dos quais os professores disp em o livro texto aquele que pode ainda ser considerado o mais importante at o momento O livro did tico geralmente utilizado pelos professores para programar suas aulas e hoje a maioria dos textos tenta adequar se s orienta es curriculares oficialmente determinadas pelas Secretarias Estaduais de Educa o e pel
88. dor de calor b Observe que o diodo zener soldado direta mente nos terminais do potenci metro c o resistor R1 soldado diretamente no terminal maior anodo do LED CEDERJ 27 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos 28 CEDER M2 4 Fixe com aux lio de um parafuso e de uma porca o radiador de calor veja Figura 1 4 a ao transistor Se poss vel utilize um pouco de pasta t rmica para melhorar o contato t rmico das duas pe as A Figura 1 8 a mostra o aspecto geral da ponte de terminais ap s a conclus o das soldagens para simplificar a imagem o radiador de calor n o est sendo mostrado M3 Soldando os acess rios na bobina prim ria do transformador Observe as Figuras 1 1 e 1 5 Devemos soldar o interruptor o porta fus vel e o cabo com o plugue macho para tomadas nos terminais da bobina prim ria do transformador Verifique na sua rede local quais os terminais a serem usados 127V azul e preto ou 220V vermelho e preto A Figura 1 9 mostra o aspecto geral da montagem Observe que uma quantidade extra de fios foi usada nas liga es para permitir uma acomoda o da fonte numa pequena caixa de abrigo Interruptor Porta fus vel Figura 1 9 Nesta figura vemos o aspecto final da soldagem do interruptor do porta fus vel e do cabo com o plugue macho para tomadas nos terminais da bobina prim ria do transformador M4 Soldando a bob
89. dos de modo a possibilitar maior integra o dos aspectos gr fico e editorial o que acaba tamb m por se tornar fator de motiva o para professores e alunos Hoje as imagens ganham em qualidade e a diagrama o cuidadosamente pensada para facilitar a leitura Mas lembre se sempre de que temos de separar aspectos puramente est ticos e visuais daqueles que justificam a escolha intelectual do livro texto Sabemos que a melhoria do ensino envolve interesses econ micos pol ticos e estrat gicos Em educa o n o basta apenas ter um bom livro preciso que professor e aluno tenham entre outras exig ncias fundamentais condi es de preparo forma o e um lugar adequado escola para utiliz lo Os livros did ticos t m papel fundamental no processo de ensino aprendizagem Oferecem um corpo de conhecimentos que porsuasele o e organiza o refletem um determinado padr o de profundidade e extens o A ado o de um livro did tico um indicador do n vel de ensino padr o da escola PINHO 2000 ATIVIDADES 2 a Qual para voc o objetivo mais importante deste m dulo b Que tipo de recursos o aluno usa quando o professor n o solicita um livro texto c Escreva um coment rio de at dez linhas sobre a seguinte afirmativa O material did tico n o tem significado por si pr prio Depende da contextualiza o feita pelo professor de sua adequa o para os alunos e do tipo de curso ao qual
90. dos em F sica Experimental Ill Portanto podemos adotar o desvio padr o como a incerteza no resultado final dado pelo valor m dio T lt T gt 0 1 Veja que neste caso a incerteza tem uma interpreta o de car ter estat stico Esse o pre o que se paga por se trabalhar com coisas aleat rias Lembre se de que a rela o 1 n o a nica forma de apresentarmos o resultado final de um conjunto de medidas O desvio padr o n o representa a melhor estimativa da incerteza sobre o valor m dio A melhor estimativa dada pelo desvio padr o da m dia 0 O desvio padr o da m dia pode ser estimado atrav s da rela o o 0 N 2e portanto t o menor quanto maior for o n mero de medidas N Entretanto discutir o desvio padr o da m dia num curso introdut rio para o Ensino M dio pode ser excessivo n o mesmo Assim adotar o desvio padr o significa adotar um crit rio mais simplificado de compreens o mais f cil Maiores detalhes sobre esta quest o podem ser encontrados na apostila T picos sobre Tratamento de Erros Experimentais ou tamb m no livro Fundamentos da Teoria de Erros de Jos Henrique Vuolo P 6 Nenhuma das considera es precedentes sobre erros acidentais tem validade se as medidas n o forem feitas com cuidado Isto deve ser esclarecido para os seus futuros alunos com muita nfase N o se deve confundir erro acidental com falta de aten o distra o ou neglig ncia Trabalhando s
91. e enquanto voc estiver lendo esta aula alguma novidade na rea de tecnologias de comunica o surja Talvez o mesmo esteja acontecendo conosco agora mesmo enquanto escrevemos este par grafo O futuro que est se delineando o de grandes e r pidos avan os na tecnologia fundamental para o professor estar atento a estes desenvolvimentos porque certo que eles v o transformar a escola e a sala de aula Tudo indica que num futuro pr ximo a sala de aula seja uma sala de multimeios ou multim dia no que diz respeito aos recursos de comunica o do professor com seus alunos O indicador relevante da rapidez desta evolu o pode ser observado na queda dos pre os dos equipamentos audiovisuais Se voc j est um pouco informado sobre recursos audiovisuais que a ind stria est disponibilizando ao p blico em geral deve perceber o qu o infrut fero ser tentar esgotar o assunto nesta aula Vamos abordar apenas os recursos mais difundidos e suas aplica es A fotografia a c mera fotogr fica e o scanner Podemos dizer que uma c mera fotogr fica atualmente um produto muito acess vel para uma grande parcela de nossa popula o e com mais certeza o para um professor de F sica Dada as enormes aplica es da fotografia no ensino consideramos a c mera fotogr fica como um instrumento de trabalho indispens vel para o professor de qualquer rea Se voc ainda n o tem uma este o momento para planejar
92. e fazer uma revis o mais aprofundada da mat ria nos livros usados por voc no seu curso Sinta se livre para estruturar a sua aula Apresente o seu plano de aula comentado Que elementos motivadores voc poderia apresentar para os seus alunos a respeito do tema proposto Quais os objetivos formais e informais que voc gostaria de alcan ar Fa a uma rela o das leis conceitos e equa es que ser o explorados Em que medida as orienta es do PCNEM Par metros Curriculares Nacionais para o Ensino M dio est o sendo seguidas no seu planejamento Fa a uma sele o de algumas ilustra es fotos gr ficos desenhos etc para a sua aula e comente suas escolhas Fa a a sua sele o em jornais revistas livros e na internet e informe a proced ncia de cada uma Informe que cen rios voc poderia fotografar pessoalmente para serem utilizados em sua aula e justifique a sua escolha Prepare uma ou no m ximo duas transpar ncias para ilustrar a sua aula Para complementar este trabalho queremos que voc fa a uma pesquisa de mercado e responda s seguintes quest es 164 CEDER Suponha que o diretor de sua escola solicitou a voc a marca e o modelo de um gravador de DVD para ser adquirido para a escola A escola possui uma TV com antena parab lica e o diretor quer dar aos professores a possibilidade de gravarem programas de interesse educacional Qual seria a sua escolha N o deixe de informar o pre o Fa a
93. e a 19 20mm A diferen a entre as divis es passa a ser de 1 20mm ou 0 05mm Isso corresponde a metade da resolu o do n nio da Figura 6 5 No caso geral para saber a resolu o conseguida com o n nio basta dividir a menor divis o da escala principal pelo n mero de divis es do n nio 1mm 20 divis es 1 20mm Os paqu metros mais utilizados apresentam uma resolu o de 0 05mm e 0 02mm A utiliza o do n nio n o se restringe ao paqu metro podendo ser encontrado em in meros instrumento de precis o Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de dados em F sica Experimental III Meta da aula Esta a terceira e ltima aula do M dulo 3 Nesta aula voc vai adquirir um pouco mais de pr tica na aplica o de experi ncias quantitativas de F sica em sala de aula usando materiais simples Durante esta aula voc e aprender um exemplo de aborat rio did tico tradicional aplicado em sala de aula e aprender a montar atividades experimentais utilizando materiais simples e alguns instrumentos de medidas b sicos como o cron metro e far uma aplica o pr tica de introdu o ao problema do tratamento de erros acidentais ao n vel do Ensino M dio Pr requisitos Para a realiza o desta aula voc precisa ter conclu do integralmente a primeira e a segunda aula do M dulo 3 Aulas 5 e 6 Reveja com cuidado os pr requisitos indicados na Aula 5 Fa a uma revis o sobre Oscila e
94. e em pre o Os atuais cron metros digitais s o muito mais baratos que seus equivalentes mec nicos Embora seja esse item o mais caro da nossa lista de materiais os cron metros se popularizaram muito muito comum encontrarmos rel gios e telefones celulares que possuem cron metros integrados e que podem ser usados nesta atividade P3 Na Figura 7 2 a mostramos uma montagem experimental meramente ilustrativa Voc pode adotar outras solu es O p ndulo fixado num palito de madeira usando livros de contra peso Figura 7 2 b O comprimento do p ndulo dado pela altura da mesa Com a massa pr xima ao ch o facilitamos a marca o da posi o de largada Vamos largar o p ndulo de duas posi es diferentes Para cada posi o teremos uma amplitude 9 de oscila o diferente Nosso objetivo medir o per odo de oscila o do p ndulo para cada uma dessas amplitudes Para que fique bem n tida a compara o dos dois resultados interessante que uma amplitude seja da ordem do dobro da outra Figura 7 2 c N o necess rio medir o ngulo 0 como indicado na Figura 7 1 CEDER 103 AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de dados em F sica Experimental Ill Figura 7 2 b Figura 7 2 a Figura 7 2 c Como massa estamos utilizando uma pe a de chumbo O chumbo tem uma densidade muito alta 11 35 g em e portanto co
95. e uma an lise dos Par metros Curriculares Nacionais PCN MEC 2002 e da Revis o Curricular SEE RJ 2005 O per odo m dio de execu o de uma aula de duas semanas e a previs o a realiza o de um conjunto de at sete M DULOS por semestre letivo Ao final de cada aula o aluno dever apresentar um RELAT RIO com as respostas s perguntas objetivas formuladas textos desenvolvidos em rela o s propostas apresentadas e o material did tico solicitado O RELAT RIO receber uma nota em que o dom nio conceitual da rea de F sica correspondente e a reda o de portugu s correta ser o particularmente observados OBJETIVOS E ORGANIZA O DA IPEF 2 CARGA 40 HORAS SEMESTRE A disciplina IPEF 2 se desenvolve em torno de um conjunto de atividades pr ticas relacionadas diretamente prepara o de aulas Como na IPEF I as atividades ser o definidas a cada in cio de semestre na se o CRONOGRAMA DE ATIVIDADES Cada atividade corresponde a um PLANO DE AULA para um intervalo padr o de 50 minutos que envolve a sele o do tema espec fico an lise dos Par metros Curriculares Nacionais a escolha do livro texto e da bibliografia complementar o preparo de material did tico e o m todo de avalia o O preparo do material did tico dever envolver a sele o de material audiovisual e a elabora o de uma atividade pr tica O m todo de avalia o dever sempre conter atividades para casa que podem incluir
96. e uma mesa de ar Uma mesa de ar um dispositivo semelhante a um trilho de ar Voc j deve ter trabalhado com um trilho de ar em suas aulas de F sica experimental A mesa de ar permite que pequenos discos de pl stico sejam lan ados sobre a sua superf cie e deslizem sobre uma fina camada de ar praticamente sem atrito Como no trilho a camada de ar proporcionada por um compressor de ar Para se obter a fotografia a c mera posicionada a uma certa dist ncia sobre a mesa junto com o estrobosc pio O obturador da c mera aberto o estrobosc pio acionado e os discos s o lan ados O resultado o registro fotogr fico de uma colis o Com a mesa de ar cuidadosamente colocada na horizontal a resultante de for as sobre cada disco nula Sabemos das Leis de Newton que nessas condi es a quantidade de movimento P total deve se conservar P antes da colis o P antes da colis o P depois P depois 1 ondeP m v P m v m representa a massa e v a velocidade dos respectivos discos Conhecendo se a massa dos dois discos e de posse da fotografia mostrada na Figura 9 9 n o s podemos ilustrar o movimento de colis o como podemos verificar quantitativamente a rela o de conserva o 1 Voc saberia explicar como Note que a rela o 1 uma rela o vetorial CEDERJ 153 AULA o 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica I Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais I
97. e versa Por exemplo definimos uma classe como sendo o intervalo 0 70 s lt x lt 0 80 s ou 0 70 s lt x lt 0 80 Para a escolha do n mero de classes temos de usar um pouco de bom senso Se escolhemos por exemplo apenas duas classes o histograma ser muito pouco informativo n o mesmo Por sua vez se usamos um n mero muito grande de classes as medidas ser o pulverizadas de tal forma a n o revelar nenhuma estrutura significativa As medidas usadas para a constru o do histograma da Figura 7 3 s o reais e servem para uma an lise mais detalhada Foram feitas 100 medidas de cinco per odos O histograma revela uma certa simetria em rela o ao valor m dio lt T gt Na medida em que os valores se afastam da m dia a freq ncia diminui O menor valor encontrado foi de 8 85 s e o maior foi de 9 37 s Para a constru o do histograma foram escolhidos 12 intervalos de 0 05 s entre o valor 8 80 s e 9 40 s No gr fico est o indicados os par metros relevantes No intervalo situado entre lt 5T gt o e lt 5T gt o s o encontradas 62 das medidas Um valor muito pr ximo do valor previsto teoricamente que de 67 Nesta experi ncia foi medido o intervalo de tempo de 50 oscila es sucessivas 91 09 s O valor encontrado foi dividido por 50 para se obter uma boa estimativa para o per odo de uma oscila o 1 822 s Observe o quanto este valor pr ximo do valor m dio obtido que 1 819 s Esses resultados est o b
98. em cuidado n o poss vel se observar nenhuma regularidade nos fen menos naturais P 7 Para diminuir a dispers o das medidas existe um recurso simples que d bons resultados em vez de medir um nico per odo procure medir o intervalo de tempo de cinco por exemplo oscila es sucessivas O per odo ser este tempo dividido por cinco Bem a raz o simples ao contar um n mero maior de per odos o intervalo de tempo cronometrado maior Entretanto o erro presente nesta medida da mesma ordem que o erro cometido ao se cronometrar apenas um per odo Assim ao dividir o tempo cronometrado pelo n mero de per odos contados dividimos tamb m o erro Usando esta id ia podemos obter uma boa estimativa do per odo do p ndulo cronometrando um n mero expressivo de oscila es sucessivas algo como 50 oscila es completas Essa medida de maior precis o pode ser usada como uma estimativa alternativa para o per odo do p ndulo e comparada com os valores m dios obtidos a partir das medidas dispersas ATIVIDADES 1 Leia atentamente o manual de opera o do cron metro que ser usado por voc Informe o fabricante o modelo e as caracter sticas t cnicas Fa a um levantamento sobre fornecedores de cron metros pelo menos dois informe o fabricante o modelo e o pre o dos cron metros oferecidos D prefer ncia ao com rcio de sua cidade 2 Com aux lio do cron metro me a o per odo do p ndulo p
99. em de acordo com as previs es da Teoria dos Erros Acidentais e servem para mostrar o que se pode alcan ar nesta experi ncia Se o n mero de medidas cresce indefinidamente podemos aumentar o n mero de classes adotando intervalos de medidas cada vez menores Com isto devemos esperar que o histograma em degraus tenda para uma curva suave e cont nua As experi ncias mostram que esta curva tem uma forma sim trica em rela o ao seu valor m ximo Como voc j aprendeu a fun o que descreve esta curva limite denominada fun o Gaussiana ou fun o de distribui o normal No limite em que o n mero de medidas tende ao infinito o valor de x que corresponde ao valor m ximo do histograma o valor verdadeiro da grandeza e coincide com o valor m dio da medida CEDERJ 113 AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de dados em F sica Experimental III muito importante lembrar que nem toda dispers o de medidas regida por uma fun o de distribui o normal ou Gaussiana Para maiores detalhes voc pode consultar os Fundamentos da Teoria de Erros de Jos Henrique Vuolo V rios programas comerciais muito difundidos em nosso pa s permitem a constru o autom tica dos histogramas Um exemplo bem conhecido o Excel da Microsoft Al m do histograma estes programas permitem o c lculo autom tico dos par metros de interesse o valor
100. empre trabalhada com os alunos em sala de aula e de prefer ncia por meio da apresenta o de atividades pr ticas As consegii ncias para a avalia o da aprendizagem s o um mal maior j que a maioria dos professores verifica o que o aluno aprendeu por meio de modelos f sicos fechados e considera a aplica o simb lica que os alunos erroneamente chamam de f rmulas como evid ncia dessa aprendizagem ATIVIDADES 4 a O que voc faria se o livro de F sica do Ensino M dio que voc escolheu apresentasse t picos numa ordem conceitual da qual voc discorda Como exemplo sugerimos que voc fa a uma an lise do Cap tulo 8 Calor e m quinas t rmicas do livro F sica Volume nico de Ant nio M ximo e Beatriz Alvarenga livro texto utilizado na disciplina Introdu o F sica CEDERJ Reflita sobre a sequ ncia apresentada pelos autores Voc utilizaria a ordem conceitual de apresenta o dos autores Justifique sua proposta de ordenamento conceitual b Compare o t pico Queda livre apresentado no livro F sica Volume nico M ximo e Alvarenga com a vers o apresentada no livro F sica Volume 1 dos mesmos autores Observe que no Volume nico os autores fizeram uma sele o e s ntese dos conceitos apresentados Para justificar seus argumentos utilize os seguintes crit rios clareza dos conceitos apresenta o formal dos conceitos exerc cios e problemas atividades sugeridas
101. ente trabalham em pequenos grupos O estudante tem participa o ativa mas a liberdade e o poder de decis o ficam limitados porque t m de obedecer a um roteiro predefinido e n o podem modificar a montagem experimental O aluno trabalha com conceitos leis e f rmulas prontas e os objetivos a serem atingidos est o bem definidos Uma importante caracter stica o valor atribu do ao relat rio experimental Tudo dirigido para tomada dos dados elabora o de gr ficos an lise dos resultados coment rios sobre erros experimentais O relat rio s vezes completado na pr pria aula outras vezes em casa e torna se um instrumento de verifica o de aprendizagem Assim se os resultados est o de acordo com o desejado pelo professor o aluno aprendeu Soares 1977 aponta um dos maiores obst culos as conclus es s o muitas vezes tiradas em casa longe dos aparelhos e do fen meno A conclus o torna se dif cil assim como a an lise detalhada dos dados obtidos porque o fen meno fica reduzido a um conjunto de n meros Faz uma cr tica severa expectativa do aluno cientista para um f sico treinado que viveu o fen meno durante meses estes n meros s o excelentes representa es do pr prio fen meno e para o estudante apenas esquemas com pouca ou nenhuma representatividade do fen meno real Apontamos as principais caracter sticas do laborat rio tradicional a organiza o e
102. entes estudiosos entre os quais devemos citar os nomes de Newton Laplace Legendre Gauss Chebishevisk e Markov dentre outros Esta teoria al m da id ia sobre o car ter acidental aleat rio se baseia num conjunto de postulados cuja validade nem sempre evidente Sobre essa quest o vale a pena citar um coment rio aned tico atribu do ao eminente matem tico franc s Henry Poincar 1854 1912 Os experimentadores consideram estes postulados como estritamente demonstrados pelos matem ticos enquanto os matem ticos os consideram justificados experimentalmente P 5 Na primeira aula deste M dulo Aula 5 mostramos que muito importante fixar a id ia de que o registro correto de uma medida envolve tr s elementos o valor mais prov vel da medida a incerteza e a unidade No caso presente podemos concordar que o valor mais prov vel do per odo dado pela m dia mas o que dizer da incerteza Ao apreciar esta quest o com seus alunos voc ter uma boa oportunidade de introduzir a no o de precis o de uma medida Se pensamos em termos do histograma de medidas podemos dizer que quanto mais largo ele for maior a dispers o das medidas De uma certa maneira podemos dizer tamb m que quanto maior a dispers o das medidas maior ser a incerteza Como podemos medir o grau de dispers o Existem v rias maneiras Uma delas atrav s do c lculo do desvio padr o 9 Calculamos o desvio 6 de cada medida em rela
103. eressados no ensinar a fazer do que no objetivo pr tico do trabalho Assim sendo estamos apresentando este m dulo como se voc fosse realiz lo sozinho em sua casa Um ltimo coment rio sobre este m dulo em algumas aplica es pr ticas em sala de aula podemos obter os efeitos desejados usando um sistema de pilhas ou baterias Mas lembre se de que pilhas e baterias se esgotam e se tornam fontes de polui o s rias quando deixadas no meio ambiente D sempre prefer ncia a fontes renov veis e n o poluentes de energia E n o se esque a de compartilhar e discutir essas id ias com seus alunos CEDER 17 AULA 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos PARTE PR TICA O desenho da Figura 1 1 mostra o circuito eletr nico da fonte de tens o que vamos construir Observe atentamente os s mbolos utilizados pois voc vai encontr los diversas vezes 127N 220N Figura 1 1 Circuito eletr nico da fonte 0 12VDC Esses s mbolos s o objetos de uma conven o internacional mas poss vel encontrar conforme o texto pequenas varia es Na Figura 1 2 auxiliar indicamos o significado de cada s mbolo utilizado Capacitor eletrol tico Resistor Transistor NPN Dido Transistor PNP Diodo Diodo Zener comitomada central Figura 1 2 Rela o de s mbolos utilizados no circuito eletr nico da Figura 1 1 18 CEDERJ Na
104. eri ncias de Ci ncias para o Ensino Fundamental Este livro foi escrito para o Ensino Fundamental mas ser til para o professor do Ensino M dio pela riqueza do material apresentado por seu enfoque curricular expl cito e pelos recursos utilizados para capacitar o professor novato na pr tica da montagem de experi ncias simples que utilizam materiais de baixo custo Cada se o cont m um conjunto de experimentos para um dado tema apresentado A se o Como construir a atividade cont m uma explica o simples dos conceitos desenvolvidos fornecem um roteiro pedag gico que orienta o professor e ainda explicitam alguns dos problemas do que pode dar errado na experi ncia Aproveite porque uma verdadeira aula de como dar aula B FREDERIC SKINNER 1904 1990 Psic logo e professor da Universidade de Harvard foi o expoente m ximo da corrente behaviorista corrente que dominou o pensamento e a pr tica da Psicologia em escolas e consult rios at os anos 1950 O princ pio do behaviorismo que s poss vel teorizar e agir sobre o que cientificamente observ vel Skinner baseou suas teorias na an lise das condutas observ veis Nenhum pensador ou cientista do s culo XX levou t o longe a cren a na possibilidade de controlar e moldar o comportamento humano O behaviorismo restringe seu estudo ao comportamento behavior em ingl s tomado como um conjunto de rea es dos organismos a
105. erimental Uma r gua pl stica de comprimento cont m n entalhes semicirculares onde podem ser colocadas moedas do mesmo di metro r gua est fixa a um tabuleiro em uma de suas extremidades no ponto O em torno do qual pode girar Quando a r gua recebe um impulso se movimenta a partir da posi o inicial at colidir com o parafuso localizado no ponto P Colocando se moedas iguais nos entalhes da r gua observa se que elas se movimentam conjuntamente com a r gua at esta chocar se com o parafuso no ponto P A partir desse instante a r gua fica em repouso e as moedas se soltam e continuam se movimentando at eventualmente parar sobre o tabuleiro veja a Figura 2 3 Para simplificar o problema vamos fazer algumas considera es 1 O movimento inicial at a colis o da r gua com o parafuso obedece a um movimento circular uniforme com velocidade angular constante e iguala v r onde o sub ndice i 1 2 3 n indica a posi o da moeda 2 O atrito das moedas com o ar desprez vel CEDER 51 AULA 2 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos I ATIVIDADE Para fazer a experi ncia utilizaremos o dispositivo mostrado na Figura 2 3 e uma r gua milimetrada Figura 2 3 O problema das moedas a fotografia mostra a mon tagem experimental Registre as informa es necess rias os dados experimentais e as condi
106. escolha de uma boa metodologia experimental mas n o podem ser eliminadas Dizemos assim que todas as medidas s o afetadas por erros sobre os quais n o temos um controle absoluto S o os chamados erros acidentais ou estat sticos Por outro lado temos de ter bom senso na escolha do instrumento se com uma r gua milimetrada j detectamos varia es n o tem sentido em se optar por exemplo por um paqu metro com uma precis o de 1 10 mm para se medir a mesma grandeza Como consegu ncia da regra geral que apresentamos anteriormente adotamos como crit rio metodol gico b sico em F sica experimental a repeti o da medida toda medida deve ser repetida um n mero de vezes t o grande quanto poss vel Quanto maior o n mero de medidas que realizamos maiores s o as chances de conhecermos as causas ou as fontes destes erros Como consegu ncia maiores s o tamb m as chances de tratarmos esses erros e nos aproximarmos do conhecimento do valor verdadeiro da grandeza Essa situa o muito parecida com as pesquisa de opini o quanto maior o n mero de pessoas pesquisadas sobre suas inten es de voto maiores s o as chances de prever a disputa de uma elei o N o toa que os tratamentos de dados de pesquisas de opini o s o equivalentes ao tratamento de dados experimentais em F sica Como voc j teve a oportunidade de estudar a Ci ncia que domina esta discuss o a Estat stica um ramo importante da Matem tica Va
107. esistente adaptado s condi es de funcionamento do circuito Neste ltimo aspecto um problema encontrado frequentemente s o circuitos com partes que sofrem um forte aquecimento em uso normal Nesse caso importante evitar as caixas de pl stico dando prefer ncia s caixas de metal sempre poss vel encontrar solu es caseiras de baixo custo usando a id ia da reciclagem Seja criativo Algumas solu es evitam o uso de caixa isto todo o circuito fixado em uma t bua de madeira deixando o circuito mostra A id ia que os alunos possam ver a estrutura interna do equipamento que est sendo utilizado pelo professor promovendo a curiosidade e a discuss o durante a aula Note que os instrumentos em uma atividade de ensino n o podem ser dissociados dos objetivos did ticos da pr pria atividade Como regra geral devemos evitar caixas pretas em uma aplica o did tica Em contrapartida uma montagem exposta dificulta o transporte a preserva o e aumenta os riscos de acidente Voc receber uma caixa pl stica previamente adaptada para a instala o da fonte Os furos para o encaixe dos bornes do interruptor do potenci metro e do LED podem ser facilmente ajustados aos componentes que voc estiver usando Como a caixa f cil de ser aberta estamos colocando o porta fus vel no seu interior O modelo de porta fus vel mostrado na Figura 1 4 a para ser adaptado no corpo da caixa ficando a tampa volt
108. fessor para ilustrar suas aulas Figura 9 14 Todo o material aqui envolvido bem conhecido de voc n o mesmo um equipamento simples de f cil utiliza o e manuten o e muito difundido nas nossas escolas Por outro lado lamentavelmente constatamos que pouco utilizado pelos professores CEDERJ 161 AULA o 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica I Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais I 162 CEDER Figura 9 14 Modelo t pico de retroprojetor Com o SRT voc pode optar por substituir integralmente o quadro negro para apresentar a sua aula ou preparar apenas algumas transpar ncias com as ilustra es mais importantes Essa quest o vai depender um pouco de como os seus alunos reagem a esta forma de comunica o e da din mica em que a aula transcorre Voc pode tamb m preparar suas transpar ncias a m o usando canetas hidrogr ficas apropriadas em diversas cores e espessuras de tra o ou prepar las com o aux lio de um editor de texto no PC e posteriormente imprimi las diretamente sobre transpar ncias especiais seja com uma impressora jato de tinta ou laser seja por meio de um servi o de c pias Com o editor de texto voc pode incluir al m de texto fotos gr ficos e desenhos coloridos com uma grande flexibilidade de cria o Veja que com isso aumenta ainda mais em import ncia um bom dom nio por parte do professor dessas ferramentas do PC COMENT RIOS FINAI
109. finito de algarismos que denominamos algarismos significativos pois traduzem uma informa o objetiva ou seja com significado Isto vale para toda e qualquer medida experimental muito importante fixar a id ia de que o registro correto de uma medida envolve os tr s elementos o valor mais prov vel L 0 8 0 1 U a Incerterza ni a unidade Valor mais prov vel incerteza unidade Com a r gua D podemos medir diretamente o d cimo de U e estimar a fra o que excede a oitava marca da escala fazendo uma subdivis o mental em 1 10 D Como 1 D uma extens o pequena o autor da medida preferiu por se sentir mais seguro dividir em cinco partes e registrou a medida como 0 84 0 02 U Observe que o algarismo que foi estimado com a r gua U foi agora lido diretamente na r gua D e dentro da incerteza registrada este algarismo foi confirmado Com a r gua C podemos medir o cent simo de U e estimar a fra o que excede em 1 10 C No entanto como 1 C uma extens o menor ainda que 1 D dividiu se em apenas duas partes registrando a medida como 0 845 0 005 U Assim os algarismos significativos de uma medida s o os algarismos que temos certeza mais um algarismo duvidoso decorrente de uma estimativa pessoal Com a r gua U obtemos uma medida com apenas um algarismo significativo com a r gua D obtemos dois algarismos significativos e com a r gua C tr s algarismos significativos Lembre se de que o zero
110. gistradas no caderno ou numa folha de respostas previamente distribu da Al m do equipamento mostrado na figura o professor disp e de um dinam metro para auxiliar na medida das massas A seguir o professor inicia a demonstra o Roda de bicicleta CONDI ES INICIAIS OBSERVE A FIGURA a O sistema est em repouso b O corpo se encontra mais perto do ch o que o balde Nota o utilizada para registro P J Previs o Justificativa O Observa o E Explana o a Como se compara o peso do balde ao peso do corpo P J A o o professor compara as massas com aux lio de um dinam metro AULA 3 M DULO 1 b O que acontece quando se coloca uma colher de sopa de gua no balde P J A o o professor coloca uma colher de sopa de gua no balde c O que acontece quando se coloca 1 litro de gua no balde P J A o segurando a roda o professor despeja 1 litro de gua no balde Em seguida libera a roda para a observa o do resultado d Como se compara a velocidade do balde quando est quase tocando o ch o com sua velocidade num ponto pr ximo posi o inicial P J CEDERJ 59 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos Il 60 CEDER A o ainda com 1 litro de gua no balde o professor nivela os dois objetos e solta a roda para a observa o do movimento Repete a a o diversas vezes e O
111. icas no contexto da rela o educativa Inclui se nesse contexto mais amplo de recursos impressos o suporte tecnol gico do computador e os acess rios de multim dia e at um simples aqu rio de laborat rio ou uma exposi o museol gica quando integrada num plano de aula Assim a defini o de material did tico est relacionada a todo e qualquer recurso que ap ia a atividade pedag gica e contribui para a aprendizagem bom lembrar que qualquer que seja sua natureza o material did tico n o tem significado por si pr prio Sua funcionalidade depende da contextualiza o pr via feita pelo professor que determina como quando quanto e para quem esse material ser utilizado assim como os objetivos a serem atingidos para que o aluno possa construir um aprendizado significativo intermediado pelo material did tico e com o suporte do professor O material did tico n o tem significado por si pr prio Depende da contextualiza o feita pelo professor e de sua adequa o aos alunos aos quais se destina Os materiais did ticos podem ser classificados em tr s grandes classes I Impresso a produzido pelo professor ou pela coordena o e comumente denominados apostila b livros texto e livro do professor c manuais de atividades experimentais livros paradid ticos d material publicado em jornais e revistas e enciclop dias atlas e dicion rios II Tecnol gico a equipamentos para a realiza o de atividades
112. ico escolhido O exemplo que apresentamos a seguir meramente ilustrativo Voc pode fazer a experi ncia sozinho mas seria muito mais interessante trabalhar com outros alunos SEGUNDO EXEMPLO Exemplo de demonstra o na estrat gia Previs o Observa o Explana o POE As Leis de Newton A m quina de Atwood P s requisito Veja que temos aqui um p s requisito Nesta fase n o necess rio rever a teoria da m quina de Atwood para realizar a demonstra o Queremos que voc sinta o impacto de uma situa o desafiadora e se coloque numa posi o intelectual t o pr xima quanto poss vel dos seus futuros alunos Vamos considerar essa demonstra o como uma atividade pr via ao estudo te rico da m quina de Atwood Ao terminar a experi ncia e completar o question rio fa a uma revis o sobre a m quina de Atwood no livro Curso de F sica 2 grau volume 1 ou no volume nico de Ant nio M ximo e Beatriz Alvarenga Editora Scipione para ter uma base de como o tema abordado no Ensino M dio Voc encontra este livro no p lo CEDER 57 AULA 3 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos Il 58 CEDER Descri o do sistema experimental Apresenta se a situa o mostrada na figura solicitando que os alunos fa am previs es sobre o comportamento do sistema para as situa es listadas a seguir Essas previs es s o re
113. im sucessivamente CEDER 97 AULA o 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de 98 CEDER dados em F sica Experimental Il Escala principal Figura 6 5 Voc j deve ter entendido como utilizar o n nio para expandir a leitura da escala principal vamos imaginar que movemos o cursor para a direita de maneira que o zero do n nio situe se entre a vig sima quinta e a vig sima sexta divis o da escala principal Isto significa que a abertura ajustada corresponde a 25mm mais uma fra o de mil metro Esta fra o de mil metro pode ser estimada observando se na escala do n nio qual de suas dez divis es coincide de forma mais adequada com uma divis o qualquer da escala principal Sempre haver uma melhor Se por exemplo for a sexta divis o da escala do n nio que melhor se ajuste a uma divis o qualquer da escala principal isso significa que devemos acrescentar 6 10mm ao valor lido na escala principal Assim a abertura corresponde a um comprimento de 25 6mm Como o n nio nos permite uma leitura de 0 1mm em 0 1mm tomamos este valor como a margem de incerteza na leitura final isto 25 6 0 1 mm O n nio da Figura 6 5 meramente ilustrativo Podemos conseguir resolu es maiores se aumentarmos o n mero de divis es do n nio Se por exemplo tomamos 19mm da escala principal e dividimos em 20 partes iguais uma divis o do n nio correspond
114. ina secund ria do transformador na ponte de terminais Observe as Figuras 1 1 e 1 5 Devemos soldar os terminais da bobina secund ria do transformador na ponte de terminais Os dois fios de mesma cor em geral amarelo devem ser soldados aos terminais 1 e 3 e o fio de cor nica tomada central deve ser soldado ao terminal 5 TESTAGEM DA FONTE M5 Completadas as etapas anteriores a fonte est pronta Devemos agora proceder ao teste de funcionamento Antes por m realize um cuidadoso exame de todas as liga es Ajuste o mult metro para a escala mais baixa de medida de resist ncia e teste a conectividade de todas as liga es Um erro frequente nas montagens eletr nicas desse tipo o de se inverter a polaridade dos componentes polarizados tais como capacitores eletrol ticos M5 1 Coloque um fus vel de apenas 250mA no porta fus vel e mantenha o interruptor na posi o OFF Fique bastante atento nesta etapa pois sua fonte est totalmente exposta sobre a mesa de trabalho Ligue a fonte na tomada e acione o interruptor Ao perceber qualquer comportamento an malo como estalos ru dos ou o aquecimento de componentes desligue a imediatamente Um fus vel de apenas 250mA ajuda a proteger a fonte em caso de defeitos Verifique se o LED est aceso e se o transistor se mant m na temperatura ambiente Nessa fase nenhum componente deve se aquecer uma vez que n o temos nenhuma carga ligada fonte Desligue a fonte e aguarde alg
115. ipais e os componentes eletr nicos envolvidos na montagem RET IET olg Capacitores w Porta fus vel m Fus vel o Bornes vermelhos e preto Pinos banana Tranformador Figura 1 3 Sugest o de como organizar um local para montagens eletr nicas Tente organizar um pequeno espa o em sua casa para o desenvolvi mento de pequenos projetos importante que ele seja bem iluminado e bem ventilado Transistor miksa Potenci metro Diodo Diodos Zener Ponte de terminais e e Q fe oa gt Barra de conectores Figura 1 4 Nas partes a e b desta figura podemos observar os com ponentes e acess rios necess rios para a constru o da fonte Voc poder encontrar no com rcio componentes com formatos ligeira mente diferentes As fotografias s o apenas ilustrativas CEDERJ 21 AULA 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos P2 Montar o circuito significa conectar fisicamente uma s rie de componentes eletr nicos de uma forma bem definida Conectar significa aqui soldar Voc vai precisar ter m o as seguintes ferramentas e um soldador el trico ou ferro de soldar e um pouco de solda e um mult metro e um alicate de corte e uma tesoura e um descascador de fios ou simplesmente um estilete e solda fita isolante e pasta t rmica Conectar nem sempre significa soldar mas soldar significa conecta
116. ir sobre o conjunto completo de atividades desenvolvidas no M dulo 3 Este conjunto forma uma unidade de ensino que tem uma proposta inaugural com o tema deste m dulo iniciamos o ensino de F sica na primeira s rie do Ensino M dio O conjunto de conceitos e id ias abordados no M dulo 3 maior do que o explorado em livros textos de boa qualidade como por exemplo o F sica B sica Cap tulo 1 do Volume 1 dos professores Beatriz Alvarenga e Ant nio M ximo Essa proposta portanto vai al m Seguramente vai exigir para a sua aplica o que o professor prepare um texto complementar ao livro texto adotado possivelmente uma pequena apostila com notas explicativas e alguns coment rios hist ricos particularmente aqueles referentes ao nascimento do m todo cient fico e ao nascimento da F sica moderna Por outro lado mostrar a F sica como uma ci ncia fundamen talmente experimental que se expressa atrav s da linguagem matem tica e que faz uso intensivo de medidas lan ar uma base muito s lida para todo o trabalho que se segue sem d vida um esfor o e um desafio pedag gico muito grande para um in cio de curso mas cujas consequ ncias sem d vida ser o muito positivas CEDER 111 AULA g M DULO 1 N mero de medidas frequ ncia Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de dados em F sica Experimental Ill ANEXO A HISTOGRAMA DAS MEDIDAS Se numa
117. is CEDER 69 AULA 5 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise 70 CEDER de dados em F sica Experimental 1 Vamos estudar e realizar uma atividade pr tica aplicada durante muitos anos no curso de F sica Experimental I do ciclo b sico das reas de Engenharia e Ci ncias Exatas ministrado pelo Instituto de F sica da UFRJ Esta era a primeira atividade pr tica do curso de F sica Experimental I dedicada medida e tinha por objetivo na primeira parte apresentar no es sobre algarismos significativos opera es com algarismos significativos leitura de uma escala e incerteza ou erro de uma medida Na segunda parte era utilizada uma experi ncia muito simples para mostrar como medidas poderiam ser usadas para testar uma hip tese cient fica ou melhor um modelo te rico EXPERI NCIA Objetivos 1 Medir com as r guas U D e C o comprimento de um cilindro 2 Medir com um term metro a temperatura da sala de aula 3 Medir com um transferidor os ngulos internos de tri ngulos 4 Medir a raz o entre a circunfer ncia de um c rculo e o seu di metro o n mero T pi e comparar com o valor previsto teoricamente Materiais necess rios e R guas U D e C e Discos de CD ROM e pratos pl sticos de diversos di metros e Fita m trica de tecido e R gua milimetrada e Tubos cil ndricos de PVC de diversos comprimentos e Term
118. is veis a olho nu Esta foto bastante ilustrativa do movimento de rota o da Terra e permite boas discuss es em sala de aula Se voc quiser mais informa es sobre como obter uma fotografia como esta entre em contato com a coordena o do curso Instrumenta o para o Ensino da F sica O texto a seta e o pequeno ponto indicando a posi o aproximada do p lo sul celeste foram feitos com aux lio do programa CorelDraw da Corel Corporation Uma pergunta voc saberia estimar quanto tempo levou para se fazer esta foto O melhor m todo de se apresentar uma imagem para a turma projetando a sobre uma tela ou uma parede Como voc sabe o recurso mais utilizado at bem pouco tempo atr s era o projetor de slides Figura 9 12 a Com o advento da tecnologia digital este sistema est em vias de desaparecer Muito embora voc ainda possa contar com estes projetores em algumas escolas a dificuldade fica em se conseguir as imagens de interesse sob a forma de slides fotogr ficos O sistema que est prevalecendo o projetor de imagens digitalizadas o datashow Figura 9 12 b Este dispositivo permite a proje o de uma imagem armazenada como um arquivo eletr nico diretamente de um computador Por quest es operacionais transporte do sistema entre salas de aula em geral o computador utilizado do tipo notebook O datashow ainda um dispositivo caro e de manuten o onerosa mas esta situa o est mudando
119. itas magn ticas videocassete praticamente desapareceu resultado da r pida evolu o da tecnologia digital Novamente uma an lise do custo benef cio pode indicar que a aquisi o de um aparelho para grava o em DVD n o seja recomend vel para um professor mas certamente pode ser indicado para uma escola Entretanto lembre se de que esses equipamentos tendem a ficar cada vez mais acess veis Muitos v deos educativos que podem ser bem aproveitados em sala de aula foram tamb m produzidos para o p blico em geral e podem ser adquiridos pela escola ou mesmo pelo professor em livrarias e bancas de jornal Sugerimos a voc que fique atento aos lan amentos que as editoras e produtoras de v deo fazem todos os anos Como notas finais gostar amos de comentar as seguintes quest es Uma aplica o eficiente do v deo como recurso audiovisual requer um bom planejamento A sele o dos v deos requer um conhecimento pr vio do material dispon vel nas diversas fontes e uma integra o adequada com os temas a serem abordados Esse planejamento deve ser paulatino na medida em que requer uma resposta dos alunos Guardadas as devidas propor es algo parecido com o que fazem as emissoras de televis o quando planejam a sua programa o anual levando em conta ndices de audi ncia Um bom planejamento tem a vantagem de ser permanente isto pode ser aplicado em anos subsequentes incorporando avan os e melhorias de uma ma
120. la antes de escolher o livro 10 Entre nas p ginas da internet das editoras listadas ao final deste m dulo e selecione um conjunto de t tulos que voc recomendaria para seus alunos explicitando qual o objetivo e a CEDER 137 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica O livro did tico no ensino de F sica 138 CEDER O Estado por meio dos seus programas educacionais tem o dever de proporcionar aos alunos da rede p blica de ensino acesso a livros de qualidade Desta forma o professor ter uma ferramenta que complementa seus conhecimentos sua cultura permitindo a sua atualiza o O PNLDEM iniciou em 2006 a avalia o dos livros texto de F sica para o Ensino M dio Foram escolhidos seis livros texto ap s avalia o de uma comiss o de especialistas Estes livros estar o disposi o dos professores que indicaram aquele mais adequado para seus alunos O livro escolhido ser encaminhado escola na base de empr stimo anual para o uso individual dos alunos Acompanhe esse processo na sua escola e observe a forma como ele est sendo implantado O conjunto de livros selecionado em 2006 est identificado especificamente nas Refer ncias No curso de sua vida profissional voc enfrentar diversos desafios dentre eles um dos mais dif ceis ser a escolha do livro texto para sua escola Nessa situa o voc dever ter argumentos bem estruturados para discutir com a coordena o
121. lei de Ohm e unidades das grandezas el tricas no sistema internacional SI e pot ncia el trica e transformador de tens o el trica e transistor e diodo e diodo zener A parte pr tica deste m dulo ser desenvolvida no laborat rio de F sica do p lo com aux lio do seu tutor No laborat rio est o todos os componentes eletr nicos e as ferramentas necess rias para a montagem da fonte e aplica es Uma primeira leitura desta aula dever ser feita antes de voc ir ao p lo realizar a parte pr tica Ao final da montagem da fonte de tens o uma experi ncia de aplica o ser realizada Com a conclus o desta experi ncia voc ter o prazo de uma semana para preparar um relat rio o qual deve conter os resultados experimentais os gr ficos e as respostas s perguntas apresentadas O relat rio receber uma nota INTRODU O Dentre os muitos equipamentos de apoio ao professor de F sica uma fonte de tens o vari vel port til um dos mais b sicos Em termos bem simples uma fonte de tens o vari vel um dispositivo cuja fun o transformar um dado n vel de tens o el trica dispon vel para outro n vel que pode ser ajustado dentro de uma determinada faixa As fontes vari veis mais comuns transformam tens o el trica alternada da rede el trica comercial de 110VAC ou 220VAC em tens es cont nuas mais baixas tipicamente no intervalo de O a 30VDC A maioria dos equipamentos eletr
122. letromagnetismo Alguns textos modernos entram na F sica At mica de forma apenas descritiva e discutem aplica es de interesse como formas de gera o de energia limpa que n o poluem o meio ambiente especialmente a energia nuclear para uso pac fico Mec nica Qu ntica e Relatividade t picos de fronteira da F sica atual s o apenas mencionados em se es oferecidas como opcionais Dada a impossibilidade de explicitar todos esses aspectos restringiremos nossa discuss o an lise de alguns dos livros texto recomendados pelo PNLDEM ENFOQUES CURRICULARES O enfoque curricular o conjunto coerente de mensagens sobre os conte dos da F sica comunicados expl cita ou implicitamente ao leitor pelo autor Nos textos did ticos cujo objetivo principal fazer com que algu m aprenda essa a forma como o autor comunica os conte dos a forma como se questiona como se ilustra e como se define a ordem conceitual como s o escolhidas as atividades e os problemas como apresenta exerc cios e outros tipos de avalia o da aprendizagem levando em conta o perfil do aprendiz a quem se destina o texto A seguir faremos uma breve descri o que n o pretende ser exaustiva de alguns dos principais enfoques curriculares A nossa escolha utiliza a classifica o de Roberts 1982 importante lembrar que na atualidade os livros did ticos tendem a utilizar nfases h bridas que refletem as id ias did ticas construtivist
123. lo H pouco tempo os livros did ticos passam por avalia es do Minist rio da Educa o que a partir de determinados crit rios aprova ou n o a publica o Al m do mais como os livros s o produzidos em cap tulos em blocos de temas necess rio que haja complementaridade entre um assunto e outro e h que se garantir a continuidade da linguagem das tarefas propostas da linha de racioc nio fatores que podem ser garantidos por meio de uma criteriosa revis o t cnica Afinal como os livros s o escritos por dois ou mais autores muitas vezes esses detalhes passam despercebidos comprometendo a originalidade e a qualidade do material Muitos dos livros did ticos apresentados acabam sendo reprovados pelo Minist rio da Educa o devido a linguagem inadequada a pobreza visual e a informa es desatualizadas Para conhecer os livros devemos primeiro saber avali los e por isso importante que voc utilize crit rios que o habilitem a atender os objetivos do projeto pedag gico seu e da escola Nunca escolha um livro texto sem ter um bom conhecimento do seu conte do Um livro did tico n o deve ser escolhido apenas porque parece ser bom ter uma boa apresenta o bonita e colorida ou porque um colega o apresenta como interessante Aceite os coment rios de colegas mas fa a o seu julgamento pessoal analisando o livro cuidadosamente E principalmente pense nos objetivos do ensino de F sica nos seus alunos e na esco
124. lo voc vai encontrar uma tabela com o c digo de cores O potenci metro um resistor no qual podemos variar a resist ncia Ele possui tr s terminais entre os dois terminais da extremidade a resist ncia fixa entre os terminais da extremidade e o terminal do centro a resist ncia vari vel Figura 1 4 a Lembre se de que resistores e potenci metros diferem entre si n o somente quanto ao valor de suas resist ncias e toler ncias mas tamb m quanto pot ncia m xima que podem dissipar por efeito joule Os resistores mais usados em circuitos eletr nicos de baixa pot ncia s o resistores feitos de carv o com pot ncias nominais de 1 8W watt 1 4W e 1 2W P7 Um transformador simples possui duas bobinas enroladas numa armadura de ferro Uma delas denominada prim ria e a outra secund ria Na bobina prim ria ligamos a tens o alternada AC que queremos transformar Na bobina secund ria retiramos a tens o alternada transformada de que precisamos para alimentar o nosso circuito Observe o transformador que voc vai utilizar nesta montagem Identifique a bobina prim ria e a bobina secund ria Existem tr s terminais em cada bobina Na bobina prim ria vamos ligar a tens o da rede local que pode ser de 110V ou 220V Se vamos trabalhar com uma instala o de 110V identifique os terminais correspondentes conven o comum entre os fabricantes terminal preto e azul para 110V terminal preto e vermelho para 220V Para o
125. m 6 a partir da an lise dos dados obtidos em sala de aula Organize uma tabela para apresenta o dos dados 8 Conclus o e Coment rios AULA 2 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos I 54 CEDER Notas e Coment rios O equipamento utilizado de custo baixo e pode ser reproduzido com facilidade Nesta atividade podemos pensar em distribuir um equipamento para cada grupo de tr s ou quatro alunos Voc poderia dar uma sugest o de como constru lo utilizando material recicl vel Uma outra solu o construir um nico equipamento semelhante ao que voc recebeu Este equipamento fabricado em acr lico transparente e tem dimens es adequadas para a instala o em um retroprojetor Assim toda a experi ncia pode ser projetada sobre uma tela e observada por todos os alunos O lan amento das moedas pode ser repetido facilmente e comentado pelo professor tantas vezes quantas julgar necess rio Uma transpar ncia quadriculada pode ser intercalada entre o retroprojetor e o equipamento para servir como sistema de refer ncias e permitir a medida das coordenadas das moedas ap s um lan amento Observe que as perguntas apresentadas no relat rio apresentam uma organiza o isto apresentam uma estrutura que leva o aluno a fazer uma aplica o e verificar a validade do teorema da Energia Cin tica e d
126. m dio e desvio padr o ANEXO B TABELA DE DADOS L comprimento do p ndulo H Amplitude 1 Amplitude 2 N 5 T s No 5 T s N 5 T s N 5 T s 1 51 1 2 52 2 3 53 3 4 54 4 5 55 5 6 56 6 7 57 7 8 58 8 9 59 9 10 60 10 11 61 11 12 62 12 13 63 13 14 64 14 15 65 15 16 66 16 17 67 17 18 68 18 19 69 19 20 70 20 21 71 21 22 72 22 23 73 23 24 74 24 25 75 25 26 76 26 27 77 27 28 78 29 29 79 30 30 80 31 31 81 32 32 82 33 33 83 34 34 84 35 35 85 36 36 86 37 114 CEDER 37 87 38 38 88 39 39 89 40 40 90 41 41 91 42 42 92 43 43 93 44 44 94 45 45 95 46 46 96 47 47 97 48 48 98 49 49 99 50 50 100 Valor M dio Valor M dio Desvio Padr o SOT Desvio Padr o CEDER 115 AULA g M DULO 1 O livro did tico no ensino de F sica Meta da aula Este m dulo ser desenvolvido em uma aula Com este m dulo voc dever adquirir uma vis o geral do papel do livro did tico Ao final desta aula voc dever ser capaz de e reconhecer os livros selecionados pelo Programa Nacional do Livro Did tico do Ensino M dio PNLDEM MEC e exemplificar enfoques curriculares e analisar textos did ticos na perspectiva dos objetivos do ensino proposto e saber escolher o material a
127. m sido muito fraca quando n o ausente O grande n mero de trabalhos dedicados ao laborat rio did tico ao longo dos ltimos 50 anos metodologias formas de apresenta o etc s o fortes indicadores do descontentamento que existe em rela o aos resultados do processo de ensino aprendizagem de F sica J em 1965 os coment rios de Nedelsky a esse respeito eram bastante cr ticos e pode se dizer pessimistas Assim bom que voc fique ciente que sua etapa formativa fator priorit rio para que voc ensine bem a F sica para seus alunos tamb m necess rio que a infraestrutura escolar seja adequada oferecendo condi es e os materiais necess rios que possibilitem atividades experimentais em sala de aula bibliotecas e os materiais necess rios etc No Brasil ainda temos de considerar o fator cultural que valoriza muito o discurso escrito ou oral subestimando os resultados do ensino que utiliza materiais concretos e atividades controladas Figura 2 2 O estado deplor vel em que se encontra o meio ambiente particularmente nas cidades motivo de grande preocupa o para todos n s A nica forma segura e sustent vel de reverter esta situa o por meio da educa o e da preven o Reconhecer as fontes causadoras de polui o ou as limita es nocivas de certas tecnologias conse qu ncia de uma boa educa o cient fica CEDER 41 AULA 1 Instrumenta o para o Ensino da F si
128. ma Nos livros modernos destinados ao ensino de Ci ncias do segundo segmento do Ensino Fundamental 5 a 8 s ries a ci ncia ensinada de forma integrada conseguindo se um certo grau de interdisciplinaridade nos programas Esse enfoque altamente desej vel de dif cil aplica o dada a forma o espec fica dos professores e dificilmente aplic vel ao 3 grau tal como os curr culos hoje est o organizados Apresentamos apenas um livro de Ci ncias do Ensino Fundamental que apresenta caracter sticas desej veis pela sua integra o conceitual Exemplo comentado Construindo Consci ncias Ed Scipione 2004 Mencionaremos como exemplo de um ensino de ci ncias integrado uma s rie do Ensino Fundamental 5 a 8 s ries intitulada Construindo Consci ncias Ed Scipione 2004 Esta s rie foi constru da para despertar no aluno curiosidade e interesse pela ci ncia As atividades propostas CEDER 133 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica O livro did tico no ensino de F sica 134 CEDER solicitam de forma consistente a participa o ativa dos alunos fazendo da sala de aula um verdadeiro espa o de aprendizagem O interessante que este livro foi constru do de forma que n o necess rio passar por todas as unidades e cap tulos ficando a crit rio do professor a sele o dos conte dos Os autores s o professores que formam o grupo A o e Pesquisa em Educa o em
129. ma e precis o 7 Com aux lio da balan a me a a massa das esferas ET ee o e a po 8 As esferas utilizadas por voc s o esferas de a o empregadas normalmente na fabrica o de rolamentos Consulte uma tabela de densidades e informe a densidade do a o com pelo menos tr s algarismos significativos Indique qual a fonte utilizada por voc para obter esta informa o p g cm 9 Determine as densidades das tr s esferas e compare os valores obtidos com a densidade do a o densidade g cm O o ow E ES ER D 1000 x p medido Prabeladol Prabelado 10 Como propusemos na Aula 5 fazer uma previs o do tempo necess rio para a realiza o de uma experi ncia fundamental Uma experi ncia que consuma muito tempo pode se tornar invi vel para um nico tempo de aula padr o de 50 minutos mas pode se tornar vi vel se o professor disp e de um turno de dois ou tr s tempos seguidos Qual o tempo estimado gasto por voc para executar as Atividades 1 8 94 CEDERJ 11 Procure avaliar os custos envolvidos nesta experi ncia Organizamos abaixo uma tabela para a apresenta o das suas informa es Observe a variedade de modelos que s o oferecidas no com rcio os paqu metros podem ser encontrados em a o e em pl stico com diferentes escalas para o n nio Provetas podem ser encontradas em vidro e em pl stico com diferentes capacidades e com diferentes escalas Item Pre o R Forne
130. mercado de brinquedos Sua mem ria seguramente j deve ter se voltado para algum exemplo em particular n o mesmo B ssolas m s lupas apontadores a laser pipas de papel de seda parece que os exemplos podem se multiplicar indefinidamente Veja o exemplo do aeromodelismo um hobby fascinante para muitos em todas as faixas de idade A constru o de pequenos planadores pequenos avi es propulsados por motores de combust o interna ou por motores el tricos avi es dirigidos por controle remoto abre um campo enorme de aplica es na escola S o problemas de mec nica de fluidos teoria do v o resist ncia de materiais e tantos outros que passam a ter uma forma de tratamento extremamente interessante e motivadora Querendo conhecer um pouco mais sobre esse assunto procure entrar em contato com as associa es regionais ou nacionais de aeromodelismo Voc pode fazer muitos amigos Pesquise na internet Como sugest o final procure visitar uma loja de 1 99 perto da sua casa use sua criatividade e tente listar algumas oportunidades interessantes ATIVIDADES Esta aula centrada num trabalho intensivo de pesquisa na internet Para responder s perguntas que se seguem voc deve reservar algumas horas de trabalho junto a um computador ligado internet Voc pode contar para isso com as facilidades do laborat rio de inform tica do seu p lo Atividade 1 a Fa a uma rela o de pelo menos tr s e
131. metro muito til para a forma o t cnica dos alunos No ap ndice A fazemos uma apresenta o sucinta do paqu metro P3 A balan a est sendo usada nesta experi ncia para medir as massas de um conjunto de esferas Uma balan a mec nica graduada AULA g M DULO 1 em 1 10g um instrumento delicado e n o muito acess vel em termos de custo Se n o for poss vel contar com uma balan a na escola sempre poss vel ao professor levar as esferas com as massas previamente determinadas Assim a medida da massa da esfera deixa de ser um objetivo da experi ncia e passa a ser um dado complementar Um dos aspectos interes santes associado ao emprego da balan a a de que podemos discutir a no o de erro sistem tico A balan a um desses instrumentos que para ser usado voc deve inform la qual o zero da escala No jarg o t cnico usamos dizer zerar a balan a Todo fabricante informa como proceder Figura 6 2 Balan a mec nica de um prato para zerar a sua balan a Sem essa provid ncia inicial indispens vel em geral muito simples qualquer medida feita em uma balan a estar afetada para mais ou para menos N o importa quantas vezes essa medida seja repetida ela estar sempre afetada da mesma quantidade para mais ou para menos Esse tipo de erro que se repete da mesma maneira toda vez que usamos a balan a denominado erro sistem tico Se para as tr s esferas que vamos usar n
132. metro de lcool e Transferidor e Tri ngulos de cartolina de diversos tamanhos e formatos Observa es preliminares P 1 O livro texto para o Ensino M dio que vamos adotar o F sica B sica vol 1 de Beatriz Alvarenga e Ant nio M ximo Este livro pode ser encontrado na biblioteca do p lo Leia com aten o o Cap tulo 1 Algarismos significativos Lembre se sempre de que o nosso foco de aten o a sala de aula Precisamos estar atentos a todo momento repercuss o de todas as tarefas que vamos realizar com os nossos alunos R gua U o L 0 8 0 1 U L 0 84 0 02 U R gua C 0 7 0 8 0 9 E Lott L 0 845 0 005 U Figura 5 1 P2 A experi ncia que vamos realizar muito simples sendo constitu da de cinco partes primeira parte A 1 preparat ria e dedicada apenas ao professor Na segunda parte A 2 vamos fazer uma medida direta do comprimento de um tubo cil ndrico isto vamos comparar o comprimento do cilindro com um padr o fornecido pela r gua Vamos utilizar tr s r guas uma r gua graduada em unidades U r gua U uma r gua graduada em d cimos de U r gua D e uma r gua graduada em cent simos de U r gua C A unidade U uma unidade arbitr ria Para o que se segue observe a Figura 5 1 Com a r gua U podemos medir diretamente o algarismo da unidade U e estimar o d
133. mos aprender como instrumentalizar uma aula dedicada a explorar esta quest o por meio de uma experi ncia quantitativa simples Como as experi ncias antecedentes estudadas nas Aulas 5 e 6 esta experi ncia pode ser facilmente realizada na pr pria sala de aula por equipes de quatro ou cinco alunos Vamos estudar o p ndulo simples EXPERI NCIA Objetivos Ao contr rio dos erros sistem ticos que estudamos na Aula 6 os erros acidentais n o incidem da mesma forma sobre uma medida ora afetam para mais ora afetam para menos com intensidades variadas o valor da medida em rela o ao seu valor verdadeiro Para mostrar o efeito da dispers o das medidas vamos sugerir a medida do per odo de oscila o de um p ndulo simples a ser realizada com aux lio de um cron metro CEDER 101 AULA g M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de dados em F sica Experimental III O objetivo da experi ncia mostrar a lei do isocronismo do p ndulo Como sabemos a descoberta desta lei se deve a Galileu 1564 1642 Esta lei estabelece que o per odo de oscila o de um p ndulo independe da amplitude da oscila o Aprendemos no curso de F sica 2 que o isocronismo uma propriedade do movimento do p ndulo que se verifica nas situa es em que as amplitudes n o s o muito grandes Vimos ent o que no regime de pequenas amplitudes de oscila o o per odo
134. mp sios s o atividades indispens veis para os professores mas dependendo da loca o nem sempre est o dispon veis Dados recentes sobre a forma o do professor de F sica do Ensino Fundamental e M dio pelo INEP MEC indicam que aproximadamente 90 dos professores em servi o n o possuem forma o espec fica O GLOBO 11 1 07 O livro texto faz parte do projeto pedag gico da escola do qual os professores devem participar ativamente sendo um processo pedag gico intencional voltado para o desenvolvimento de a es transformadoras na escola Esta mais uma raz o para que o livro texto seja uma ferramenta pedag gica que voc utiliza criticamente conhecendo tanto suas limita es como suas qualidades bom lembrar que os conte dos e orienta es espec ficos que os livros fornecem s o escolhidos pelos autores de acordo com enfoques curriculares espec ficos que constituem a base do projeto pedag gico do autor Mas lembre se sempre de que voc ser o professor que estar na frente da classe e que suas escolhas devem adequar se turma e n o precisam necessariamente ser as mesmas do autor Use o livro como se voc o tivesse escrito TEXTOS DID TICOS Os textos did ticos citados nas atividades deste m dulo encon tram se disposi o dos alunos nas bibliotecas dos p los Aconselhamos que voc entre em contato com as editoras para se manter atualizado com os novos lan amentos e para conseguir exemplares gr
135. mpl cito em todos eles que para aprender F sica necess rio fazer uso do laborat rio e realizar experimentos necess rio ressalvar que o referencial metodol gico da maioria destes Projetos est baseado na teoria da descoberta mais f cil aprender F sica comportando se como um f sico do que fazendo qualquer outra coisa BRUNER 1968 p 13 Entretanto esta proposta mostrou ser uma idealiza o inating vel A id ia de transferir a atividade do cientista profissional para o aluno no contexto escolar deve ser refutada j que o aluno do Ensino Fundamental ou M dio n o tem condi es de realizar ou executar uma experimenta o como cientista profissional para ent o aprender F sica A partir dos Projetos de Ensino de F sica o ensino experimental ficou em evid ncia e novas propostas metodol gicas equipamentos montagens etc foram introduzidos como elementos de inova o tornando se alvo de interesse dos professores Os princ pios que guiaram Bruner nessa empreitada foram 1 O ensino deve se relacionar s experi ncias e contextos que fazem com que o aluno deseje e seja capaz de aprender prontid o 2 O ensino deve ser estruturado de forma a ser facilmente compreendido pelos estudantes organiza o curricular em espiral 3 O ensino deve facilitar a extrapola o da aprendizagem e completar lacunas de conhecimento ir al m da informa o fornecida JUSTIFICATIVA DO LABORAT RIO D
136. mpresas nacionais e tr s empresas estrangeiras dedicadas ao fornecimento de material para laborat rios did ticos de F sica Entre as empresas estrangeiras procure conhecer a Pasco Estados Unidos e a Phywe Alemanha Informe o endere o eletr nico homepage dessas empresas o endere o postal da matriz nome e mail e telefone do representante comercial no Brasil b Procure se cadastrar nessas empresas onde poss vel como professor de F sica bem voc j est quase l para poder receber informes e material CEDER 177 AULA 1o M DULO 5 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Tecnologias para o ensino equipamentos comerciais kits para experi ncias did ticas Il promocional c Em nome do seu p lo solicite a cada empresa que seja enviado um cat logo atualizado dos produtos fornecidos Neste casos n o necess rio nem conveniente que todos os alunos do mesmo p lo encaminhem essa solicita o necess rio portanto eleger um representante da turma Ser interessante que esses cat logos possam ser guardados no laborat rio de F sica do p lo para futuras consultas Converse com o seu tutor presencial para saber como proceder Procure trocar as informa es obtidas com os colegas Atividade 2 A maioria das empresas possui cat logos e manuais em formato eletr nico arquivos html ou PDF de seus produtos kits Fa a o download dos cat logos eletr nicos procurando manter o ordenamento tem ti
137. ndo da F sica de trezentos anos atr s O conhecimento de t picos da F sica moderna como a estrutura da mat ria a Teoria da Relatividade propriedades at micas e nucleares raios X e gama e o espectro eletromagn tico etc que j n o s o modernos t m mais de cem anos dificilmente s o tratados em sala de aula A principal alega o a falta de tempo Os livros atuais tratam desses assuntos e at de t picos avan ados mas de forma extremamente sint tica e a t tulo meramente informativo Um outro aspecto a considerar a importante fun o formadora dos livros texto para os professores em geral Em certas regi es do pa s h CEDER 121 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica O livro did tico no ensino de F sica O registro da mat ria que o aluno faz no caderno n o pode de forma alguma substituir um bom livro texto 122 CEDER ainda professores de F sica com forma o incompleta e que desconhecem a metodologia did tica e os processos de ensino modernos Para estes professores os livros atuais s o fonte de informa o importante mesmo que eles j tenham acesso a materiais audiovisuais internet e ao computador Isso porque a estrutura linear de um bom livro texto fornece a estrutura de que o professor precisa como fio condutor para seu trabalho de sala de aula Veja que esse aspecto interessa a voc que como futuro professor ter de enfrentar a realidade de uma s
138. neira funcional Lembre se de que o v deo como recurso audiovisual al m de ser um facilitador do aprendizado deve tamb m estimular o debate e a discuss o livre em sala de aula Isso requer do professor um estudo pr vio detalhado de todo o material selecionado Da mesma forma que temos fotografias que nos permitem analisar quantitativamente um fen meno f sico assim tamb m temos v deos que nos permitem tais aplica es Para que voc possa conhecer algumas dessas aplica es vamos disponibilizar na plataforma do CEDER alguns v deos com pequenos textos explicativos Voc vai receber informa es sobre como proceder com o seu tutor presencial Al m da CVD existem v rias possibilidades de integra o de pequenas c meras de TV com o computador do tipo PC para a produ o de pequenos v deos educativos Entre essas c meras est o as chamadas webcams utilizadas para a comunica o interpessoal via internet e que voc seguramente j conhece Uma das vantagens destas c meras o seu pre o s o muito acess veis Sua desvantagem principal sua baixa resolu o em compara o com as CVD V rios trabalhos publicados em revistas dedicadas ao ensino tratam de aplica es das c meras de TV com o PC Vamos ter a oportunidade de indicar algum material para a sua leitura As transpar ncias e o retropojetor O sistema retroprojetor transpar ncias SRT provavelmente o equipamento mais simples disposi o do pro
139. nhecidos da maioria dos fot grafos amadores Num primeiro momento n o necess rio que voc se preocupe muito com isto mas medida que voc avance nesta rea seria muito til que voc dedicasse um pouco da sua aten o ao estudo da t cnica fotogr fica Um pouco de conhecimento t cnico vai melhorar muito a qualidade das suas fotografias Existem bons livros de t cnicas fotogr ficas para leigos em geral que podem ser usados por voc Na biblioteca do seu p lo voc vai encontrar alguns exemplares Um detalhe importante sobre a t cnica fotogr fica que ela envolve muitos conhecimentos de F sica particularmente de ptica geom trica e ptica f sica Procure envolver seus alunos em seus trabalhos de fotografia Voc vai encontrar v rias oportunidades para discutir F sica com eles Um momento particularmente proveitoso s o as feiras de ci ncia e as mostras de fotografia que podem ser organizadas por voc em sua escola O v deo c meras de v deo As modernas c meras de v deo digitais CVD constituem uma dessas not veis evolu es tecnol gicas de grande repercuss o na rea do ensino ver Figura 9 13 vieram para substituir as filmadoras que operam com filmes fotogr ficos Como voc sabe as vantagens s o enormes Uma delas a de que as CVD s o muito mais acess veis que as filmadoras e todo o processo de produ o de um v deo mais simples do que a produ o de um filme cinematogr fico Bast
140. nicos opera em tens es el tricas cont nuas bem abaixo dos valores fornecidos pela rede el trica comercial Assim muito grande o n mero de experimentos e demonstra es que requerem uma fonte de tens o vari vel para a sua realiza o Vamos analisar v rios desses equipamentos ao longo do nosso curso Um dos aspectos interessantes deste m dulo o fato de que ele serve para desmitificar o uso da eletr nica por n o especialistas na rea N o necess rio ser um engenheiro ou mesmo um t cnico em eletr nica para utilizarmos os seus in meros recursos no ensino Precisamos apenas de alguns conhecimentos te ricos b sicos perfeitamente acess veis a um professor de F sica e de algumas no es pr ticas que queremos come ar a explorar em nosso curso Em outros termos o que pretendemos praticar a id ia de que da mesma maneira que n o precisamos conhecer a qu mica dos alimentos para preparar um bolo n o precisamos conhecer os detalhes da teoria de circuitos eletr nicos para construir equipamentos eletr nicos simples para aplica es did ticas em sala de aula A parte pr tica deste m dulo voc vai realizar no laborat rio de F sica do seu p lo e vai receber uma pequena ajuda do tutor No entanto o objetivo principal deste m dulo que projetos como esse sejam realizados por voc em casa Queremos que voc adquira t cnica meios e confian a para se lan ar nessas pequenas aventuras instrumentais Estamos mais int
141. nseguimos um corpo de massa expressiva ocupando um pequeno volume A massa usada na Figura 7 2 a de 500 g A vantagem com isto que conseguimos minimizar os efeitos do atrito com o ar isto o p ndulo oscila por mais tempo antes de parar voc saberia explicar o porqu Voc pode conseguir massas de chumbo numa loja de material de pesca chumbada para varas de pescar P4 prov vel que voc j tenha cronometrado o per odo de oscila o de um p ndulo em atividades experimentais do seu curso de F sica Se n o o fez voc ter uma oportunidade agora O fato marcante que queremos explorar que esta medida repetida v rias vezes apresenta uma dispers o de valores A principal causa dessa dispers o 104 CEDER est relacionada a limita es humanas em reagir a um est mulo visual Temos uma tend ncia natural em nos adiantarmos ou nos atrasarmos no acionamento de um cron metro quando estimulados visualmente Nestes casos o experimentador ou se preferir o cronometrista faz parte integrante do processo de medida juntamente com o pr prio cron metro A quest o pr tica que resulta desta experi ncia pode ser colocada assim se temos N medidas do per odo realizadas da mesma forma que valor devemos adotar como o per odo de p ndulo Voc aprendeu que se as N medidas foram feitas pelo mesmo experimentador com o mesmo instrumento e usando o mesmo procedimento o valor mais prov vel do per odo o valor
142. nta o O foco dos materiais did ticos apresentados pelos diversos projetos que tradicionalmente era dirigido ao professor foi redirecionado ao aluno dando lhe a responsabilidade pela realiza o dos experimentos Como exemplos de Projetos de Ensino de F sica que tiveram grande import ncia em pol ticas institucionais voltados para o ensino de Ci ncias podemos citar o PSSC Physical Science Study Committee que foi a base para a reformula o no Ensino M dio de F sica na d cada de 1960 nos Estados Unidos o Projeto da Funda o Nuffield na Inglaterra o PEF Projeto de Ensino de F sica elaborado pela Universidade de S o Paulo e patrocinado pela Unesco Estudaremos estas contribui es no m dulo sobre o livro did tico CEDER 39 AULA 2 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos I JEROME BRUNER USA Psic logo construtivista que participou da revolu o na educa o das ci ncias nos anos 1960 preocupando se com as formas com que eram ensinadas Colaborou com o desenvolvimento dos grandes projetos inovadores do ensino de Ci ncias 40 CEDERJ O laborat rio did tico apresentado nesses projetos d nfase fenomenologia dos eventos f sicos Da mesma forma a versatilidade e a simplicidade dos equipamentos utilizados permitem que o estudante crie situa es experimentais estimulando assim sua compreens o da F sica Fica i
143. o terminal 2 fio colorido 12V Terminal 1 Terminal 2 24V MONTAGEM DA FONTE Montagem 1 M1 Ligue o ferro de soldar na tomada pr xima e mantenha o em uma posi o pr xima mas ao mesmo tempo segura Cuidado para n o toc lo inadvertidamente a ponta de solda atinge temperaturas da ordem de 400 C e pode provocar queimaduras graves na pele M2 Soldando os componentes na ponte de terminais PT Observe atentamente as Figuras 1 1 1 5 e 1 8 a Localize a posi o de cada componente na ponte Para facilitar foram introduzidos n meros nos terminais dos componentes como indicado na Figura 1 5 M2 1 Observe que o diodo zener n o fixado na PT mas sim soldado diretamente nos terminais do potenci metro Figura 1 8 b O potenci metro ligado PT por tr s fios de aproximadamente 15cm e com cores diferentes para facilitar a orienta o M2 2 O LED e a resist ncia R1 n o s o fixados na PT O resistor R1 soldado diretamente no terminal maior anodo do LED Figura 1 8 c O catodo do LED e o terminal livre de R1 s o conectados na PT por fios simples M2 3 Os bornes vermelho e preto s o conectados PT por meio de dois fios de apro ximadamente 10cm Use fios de cores compat veis pois isso ajuda na identifica o das polaridades Figura 1 8 a Nesta fotografia vemos o aspecto final da ponte de terminais com os componentes soldados Por sim plicidade est sendo mostrado o transistor sem o radia
144. o esses programas s o mais complexos do que programas para edi o de fotografias Em geral para trabalhar com edi o de v deos necess rio CEDERJ 159 AULA o 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais I 160 CEDER forma o t cnica espec fica Se voc estiver interessado neste assunto mais uma vez sugerimos que entre em contato com a coordena o da disciplina Instrumenta o para o Ensino de F sica I Se por um lado voc pode fazer muita coisa com uma CVD na m o e uma id ia na cabe a lembre se de que muito material educativo sob a forma de v deos pode ser obtido em institui es p blicas e privadas dedicadas ou que tenham programas de apoio ao ensino Existem tantos recursos dispon veis nesta rea que n o seria pedagogicamente aceit vel n o aproveit los Uma fonte interessante de recursos audiovisuais s o as emissoras de televis o educativas tais como a TV Escola e o canal Futura Estas emissoras possuem uma intensa programa o educacional para diversas reas do conhecimento que pode ser gravada livremente e posteriormente reproduzida em sala de aula Alguns outros canais do sistema a cabo s o tamb m importantes por sua programa o dedicada ci ncia e tecnologia como por exemplo o National Geographic e o Discovery Para a grava o de programas de TV a tecnologia dominante o DVD O sistema de grava o anterior em f
145. o pode acelerar a alfabetiza o de uma crian a um m todo educacional mal concebido para este fim pode retardar a alfabetiza o ou at mesmo prejudicar o seu desenvolvimento intelectual E essa toda a quest o que confrontamos como professores Nesta aula vamos discutir um segundo exemplo de laborat rio did tico a demonstra o Previs o Observa o Explana o POE que j comentamos na aula anterior O m todo se caracteriza por uma forte intera o aluno aluno e aluno professor uma estrat gia que pode envolver toda a turma motivando os alunos a pensar sobre o fen meno e expor suas id ias Como j vimos na Aula 1 ela desenvolvida em tr s etapas a Na primeira etapa P apresenta se verbalmente uma situa o e solicita se que os alunos fa am previs es e as justifiquem as discutam em grupo e as registrem b Na segunda etapa O a turma observa a demonstra o Os alunos pensam e confrontam suas pr prias explana es por meio da observa o e encontram uma oportunidade de descobrir suas formas de pensar e as consist ncias inconsist ncias de suas id ias c Na ltima etapa E o aluno confronta sua justificativa com a observa o e modifica ou n o seu registro Completa se a demonstra o com o professor aproveitando as interven es individuais para fazer uma reflex o mais aprofundada dos conceitos envolvidos luz das id ias e convic es dos alunos sobre o t p
146. o Minist rio da Educa o Assim razo vel que sua escolha seja um dos indicadores mais utilizados para saber como se processa o ensino na escola Na aus ncia de um livro texto seja este selecionado pelo professor pela coordena o ou pela dire o da escola o estudo dos alunos fica reduzido a copiar as anota es que o professor coloca no quadro E temos de concordar que esse tipo de material de estudo de qualidade duvidosa e que dificilmente ser fidedigno Esta situa o muito frequentemente encontrada na escola dificulta a aprendizagem de F sica podendo se afirmar que uma das principais causas da inefici ncia do ensino aprendizado de F sica no Brasil Na realidade escolar atual como recurso did tico um bom livro texto adquire import ncia cada vez maior no sistema escolar massificado no qual o professor deve atender a grupos com quarenta ou mais alunos por turma Essa situa o n o permite dar ao aluno aten o individual muitas vezes necess ria Assim o uso adequado de um bom livro texto tem fun o m ltipla assegura a qualidade da informa o e consequentemente o aprendizado dos alunos d apoio s aulas do professor facilita a sele o de problemas e atividades para o estudo independente e ainda contribui para a educa o continuada e para a atualiza o do professor O livro n o o nico ve culo de atualiza o do professor em servi o Revistas especializadas cursos semin rios e si
147. o Trabalho O relat rio portanto n o livre e sim conduzido por um conjunto de perguntas tendo tamb m a fun o de roteiro de atividades O relat rio deve ser distribu do para cada aluno e respondido individualmente Uma parte muito importante da demonstra o o desenvolvi mento do modelo te rico quais as hip teses relevantes para se interpretar os resultados obtidos Para a cria o do modelo te rico a observa o do fen meno fundamental Uma etapa aberta com os alunos para a observa o do fen meno e discuss o deve anteceder qualquer outra atividade Procure apresentar perguntas que estimulem a observa o de certas caracter sticas importantes do fen meno O laborat rio did tico metodologias e exemplos Il Meta da aula Esta a segunda aula do M dulo 2 Como indicamos na aula anterior a meta geral deste m dulo dar uma vis o do papel do laborat rio did tico escolar e das metodologias utilizadas para o ensino de F sica Vamos dar continuidade ao estudo de alguns exemplos de laborat rio did tico Nesta aula voc dever ser capaz de e identificar um exemplo de demonstra o baseado no sistema Previs o Observa o e Explana o POE e montar atividades experimentais utilizando materiais simples Pr requisitos Para a realiza o desta aula voc deve completar integralmente a Aula 1 do M dulo 2 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did
148. o e acur cia Observe o baixo custo da montagem sugerida SITES RECOMENDADOS Voc pode encontrar in meros sites na internet com farta quantidade de material sobre eletr nica Neles voc encontrar circuitos dicas t cnicas de montagem e programas 1 Em http olmo pntic mec es jmarti50 descarga d electron html voc pode encontrar programas de simula o de circuitos eletr nicos Como sugest o procure obter o programa CircuitMaker 6 0 para estudantes vers o para Windows uma vers o gratuita autorizada mais limitada que a vers o profissional s permite a simula o de circuitos com at 50 componentes mas ainda sim muito poderosa para os nossos prop sitos afinal n o queremos nos tornar profissionais em eletr nica CEDER 2 Em http Avww inf pucrs br calazans undergrad laborg cod cores res html e http aquarius ime eb br webde3 LABELOBAS cores resistores htm voc pode encontrar uma tabela com o c digo de cores para resistores e instru es para utiliza o 3 Em http pt wikipedia orgAwiki encontramos a vers o em l ngua portuguesa desta enciclop dia colaborativa de acesso livre e gratuito na internet Nesta enciclop dia podemos encontrar excelentes refer ncias sobre todos os componentes eletr nicos utilizados neste projeto LEITURA RECOMENDADA GUIMAR ES L A FONTE BOA M F sica para o 2 grau S o Paulo Harbra 1997 v 3 Cap 2 CEDER 35 AULA a M DU
149. o sobre uma mesa horizontal temos dificuldades para coloc lo em movimento Surge uma for a que depende do seu peso e das superf cies em contato Essa a for a de atrito No instante em que o corpo entra em movimento a for a passa a ser de atrito cin tico ligeiramente menor do que for a de atrito imediatamente antes do in cio do movimento denominada for a de atrito est tico A for a de atrito expressa por F u N onde o coeficiente de atrito que pode ser tanto u N a for a de rea o da est tico ou H cin tico superf cie de contato N normal superf cie de contato e neste caso igual ao peso N mg Material utilizado dinam metro r gua milimetrada blocos de madeira forrados com diversos materiais f rmica madeira borracha papel de lixa Descri o Para fazer esta experi ncia utilizaremos um dinam metro O dinam metro uma mola que se deforma el sticamente quando aplicamos uma for a em sua extremidade A for a aplicada proporcional deforma o e pode ser medida com aux lio da escala fixada no dinam metro assim utilizado como um instrumento para medida de for a Bloco com dinam metro em equil brio e sendo puxado CEDER 63 AULA E M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos III 64 CEDER a Monte esta atividade como mostra a figura anterior Puxe o dinam metro
150. o tomarmos o cuidado de zerar previamente a balan a as tr s medidas de massa ser o afetadas da mesma maneira Com a balan a em sala de aula voc pode ilustrar esse problema de uma maneira muito clara Fa a uma medida de uma massa qualquer sem zerar a balan a Em seguida zere a balan a e repita a medida As diferen as ser o evidentes A balan a que estamos mostrando na Figura 6 2 n o neces sariamente a que voc vai usar no p lo inteiramente mec nica n o contendo componentes eletroeletr nicos um dos modelos mais CAIXA PRETA simples e baratos para atividades did ticas Uma das vantagens que Equipamento f T aao ou instrumento todo o seu mecanismo aparente Voc pode mostrar toda a seq ncia cujos detalhes de funcionamento de etapas para zerar e comentar o arranjo mec nico que d sentido ES n o s o claros a essas etapas Lembre se sempre que poss vel em atividades did ticas ou abertos a observa o direta evite as CAIXAS PRETAS CEDER 91 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de Figura 6 3 Proveta graduada 92 CEDER dados em F sica Experimental Il P 4 Para medir o volume das esferas vamos usar dois m todos a uma medida indireta feita por meio da f rmula V 4 3 7 R 1 6 n D 1 6 onde R o raio da esfera e D 2 R o seu di metro A medida de D feita com aux lio do paqu
151. ogia Conductista SKINNER levou nos anos de 1970 produ o de livros texto programados nos quais o estudante realiza um estudo dirigido perguntas e respostas que exigem dom nio do conte do conduzindo assim o aluno em cada etapa da instru o COMENT RIO SOBRE ALGUNS LIVROS DE INTERESSE PARA O PROFESSOR DE F SICA Livros de experi ncias de F sica O Manual de Experi ncias que ainda publicado associado a equipamentos experimentais vendidos por firmas comerciais tanto nacionais como estrangeiras um t pico exemplo Esse tipo de livro geralmente preparado para auxiliar o professor a utilizar o equipamento espec fico Geralmente apresenta os roteiros dos experimentos organizados de forma t pica Mec nica F sica T rmica Eletricidade e Magnetismo etc Os roteiros descrevem a experi ncia na sequ ncia de atividades a serem realizadas e colocam um conjunto de perguntas para an lise das conclus es Hoje como voc pode ter percebido na visita s escolas ou por experi ncia pr pria dificilmente se encontram escolas que tenham laborat rios de F sica e cada vez mais os livros texto modernos incluem propostas de atividades integradas conceitualmente mat ria tratada Estas atividades s o geralmente qualitativas de f cil montagem utilizam materiais simples e acess veis e ilustram os fen menos discutidos na teoria Recomendamos especialmente que voc se familiarize com o livro de Gaspar 2003 Exp
152. ois discos foi determinada para cada instante de tempo Uma nota interessante que toda essa an lise foi feita por alunos do Ensino M dio do projeto Jovens Talentos para a Ci ncia CECIERJ que estagiaram no Instituto de F sica da UFRJ 154 CEDER O 1 090 disco 1 o 800 O fo o E O axe DPE al gaT lt 600 o saagi massa do disco 1 87 45 5 g DO dia massa do disco 2 47 55 5 g E i o CM centro de massa po 400 O UA unidades arbitr rias v CM Y O S Q h 200 disco 2 o 0 200 400 600 800 1000 Coordenada X UA Figura 9 10 Se tomamos eixos cartesianos x e y segundo os lados da Figura 9 8 podemos determinar as coordenadas do centro geom trico dos discos em cada instante A partir das coordenadas x y de cada disco a cada instante e de suas respectivas massas podemos calcular as coordenadas X mr Y m do centro de massa do sistema formado pelos dois discos a cada em instante de tempo Nesta figura vemos a trajet ria dos discos e do centro de massa do sistema Este resultado comprova uma importante previs o da din mica de um sistema de part culas se a resultante das for as externas aplicadas a um sistema de part culas nula o centro de massa do sistema de part culas se desloca em movimento retil neo uniforme As Figuras 9 7 e 9 9 exigem t cnica e alguns acess rios especiais que n o s o muito f ceis de serem obtidos N o fique preocupado em como produzi las pois fotografias t cnicas como estas
153. omendados pelos professores como leitura complementar ou para o desenvolvimento de projetos Esse tipo de livro apresenta os mais variados assuntos tecnologias complexas em termos leigos o Radar Lan amento de sat lites Vacinas Sistemas complexos Nanotecnologia O computador por dentro etc e livros de hist ria da Ci ncia e a natureza das descobertas cient ficas H ainda farta literatura para crian as Alguns s o escritos para fazer a ponte entre a tecnologia e os fundamentos f sicos hist ricos etc A grande maioria destes livros produzida no exterior e traduzidos para o portugu s Praticamente todas as editoras de livros did ticos publicam esse tipo de literatura No Brasil a Sociedade Brasileira de F sica iniciou um projeto em 2005 para produ o de livros paradid ticos escritos por f sicos brasileiros At o presente foram publicados seis t tulos sobre temas de F sica contempor nea Editor Livraria da F sica USP Nanotecnologia A luz Microondas Supercondutividade Radia o ultravioleta e efeitos biol gicos e Nossa estrela o Sol Nas refer ncias indicaremos as editoras que t m um bom acervo de material paradid tico ATIVIDADE raz o de sua escolha AVALIA O DO LIVRO DID TICO O texto de um livro did tico tem por objetivo sintetizar da melhor forma um assunto dentro de determinada rea do conhecimento adaptando se sempre ao n vel de compreens o dos alunos que v o utiliz
154. or o n mero de pixels por unidade de rea mais detalhes da cena real fotografada poder o ser reproduzidos na imagem isto maior a resolu o Naturalmente isto tem um pre o quanto maior a resolu o alcan ada com uma c mera fotogr fica maior o seu pre o De posse de uma c mera fotogr fica h v rias formas de se preparar ilustra es para uma aula a Paisagens do meio ambiente natural ou urbano na Figura 9 2 vemos uma fotografia feita por um dos autores desta aula A fotografia mostra um sistema de nuvens do tipo cumulus t picas de um dia de ver o fotografia mostra um fen meno interessante ao qual se d pouca aten o estas nuvens t m uma base relativamente plana e se elevam a partir de uma certa altura comum at certo ponto bem definida Essa fotografia serviu para ilustrar uma aula sobre os processos de forma o de nuvens de um curso de Termodin mica e s foi poss vel ser feita porque o professor estava num dia de f rias no lugar certo na hora certa e com a c mera fotogr fica na m o Esta nossa primeira mensagem para voc um professor com uma c mera um produtor privilegiado de recursos audiovisuais Procure criar um banco pessoal de fotografias para aplica es did ticas Estando de f rias ou a passeio esteja atento s oportunidades que o ambiente natural pode propiciar Compartilhe estas descobertas felizes com os seus alunos Eles v o gostar muito Figura 9 2 Vemos nesta f
155. os est mulos externos O refor o o elemento chave de sua teoria Um refor o qualquer coisa que fortale a a resposta desejada pode ser um elogio verbal uma boa nota ou um sentimento de realiza o ou satisfa o crescente A teoria tamb m cobre refor os negativos uma a o que evita uma consequ ncia indesejada CEDER 135 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica O livro did tico no ensino de F sica 136 CEDER ATIVIDADE 9 Escreva uma resenha de vinte linhas do livro Experi ncias de Ci ncias para o Ensino Fundamental Gaspar 2003 destacando os aspectos metodol gicos oferecidos pelo autor em especial a estrutura e fun o das se es das experi ncias Livros paradid ticos e de divulga o cient fica O que s o Livros escritos para atualiza o de t picos cient ficos e tecnol gicos de fronteira cuja apresenta o qualitativa pressup e que sua leitura dever estar ao alcance de n o especialistas Alguns deles s o escritos pelos pr prios cientistas das reas de conhecimento Stephen Hawkings Steven Gould Albert Einstein Carl Sagan dentre muitos outros Mas hoje existe um mercado editorial amplo de livros paradid ticos escritos especificamente para alunos do Ensino B sico Estes livros s o de utilidade para o desenvolvimento de projetos leituras extraclasse e em geral s o os pr prios pais que os ofertam aos filhos Na escola s o rec
156. os algarismos quantos apare am no visor da m quina de calcular Voc aprendeu que para saber com quantos algarismos devemos expressar o resultado de uma medida indireta precisamos proceder propaga o das incertezas No entanto para uma atividade introdut ria este tratamento prematuro e deve ser postergado para uma fase em que os alunos tenham adquirido maior familiaridade com as propriedades gerais da medida Vamos discutir um pouco mais esta quest o na pr xima aula Numa primeira fase mais interessante a aplica o das regras de manipula o com algarismos signficativos veja como o assunto abordado na refer ncia 1 Essas regras s o quase intuitivas e facilmente assimiladas e servem como uma prepara o para uma discuss o mais profunda envolvendo a propaga o das incertezas ATIVIDADES 1 Preencha a Folha de Respostas com as respostas s perguntas solicitadas abaixo N o se esque a de registrar as medidas com as suas respectivas incertezas e unidades Dos materiais que voc est recebendo apenas as r guas U D e C n o podem ser compradas diretamente no com rcio Essas r guas precisam ser fabricadas pelo professor Como primeira atividade voc vai produzir um jogo de r guas U D e C Considere a orienta o a seguir apenas como uma sugest o Se voc tiver uma outra sugest o de como fazer essas r guas preencha o espa o reservado na Folha de Respostas Posteriormente n s vamos divulgar as
157. os did ticos de F sica avaliados e aprovados pelo Programa Nacional do Livro Did tico do Ensino M dio PNLDEM MEC Anexo B Editoras de livros did ticos listagem incompleta Instumenta o para o Ensino da F sica 1 Anexo ANEXO A Textos did ticos de F sica avaliados e aprovados pelo Programa Nacional do Livro Did tico do Ensino M dio PNLDEM MEC O Programa Nacional do Livro Did tico foi criado em 1993 para o Ensino Fundamental e a partir de 2006 estendido para o Ensino M dio Sua implementa o est prevista para o ano de 2007 quando os livros ser o distribu dos s escolas p blicas por solicita o dos professores para empr stimo aos alunos Reproduzimos a seguir a lista aprovada pelo MEC Componente Curricular F sica Autor T tulo Recomendado Editora 1 Alberto Gaspar F sica Volume nico Editora tica 2 Carlos Magno Azinaro Torres e Paulo C sar Martins Penteado F sica Ci ncia e Tecnologia Volumes 1 2 3 Editora Moderna 3 Jos Luiz Pereira Sampaio e Caio S rgio Vasques Cal ada Universo da F sica Volumes 1 2 3 Saraiva Editores 4 Jos Luiz Pereira Sampaio e Caio S rgio Vasques Cal ada F sica Volume nico Saraiva 5 Antonio M ximo Ribeiro da Luz e Beatriz lvares Alvarenga F sica Volumes 1 2 3 Editora Scipione 6 Aur lio Gon alves Filho e Carlos Toscano F sica e Realidade Volumes 1 2 3 Editora S
158. otografia um grupo de nuvens do tipo cumulus t picas de um dia de ver o Separadas como est o n o oferecem indica o alguma de chuva Vemos que as nuvens se elevam de uma base altura comum Voc saberia explicar por qu Em termos mais gerais voc sabe como as nuvens se formam Ao preparar uma aula pense nos cen rios que poderiam ilustrar a sua explana o Organize atividades para fotograf los Um aluno de Licenciatura em F sica do Instituto de F sica da UFRJ obteve uma fotografia que mostra uma junta de dilata o de um viaduto Figura 9 3 Seu interesse era mostrar exemplos de como o fen meno da dilata o t rmica afeta nossas vidas Os engenheiros ao projetarem viadutos e pontes prev em uma pequena folga nos encaixes das estruturas para permitir que estas se expandam livremente com as varia es t rmicas a que est o submetidas A fotografia foi idealizada pelo autor quando preparava uma aula sobre o fen meno da dilata o t rmica de materiais s lidos Depois de decidir o que mostrar ele foi para a rua em busca do cen rio ideal Esta atividade simples deve se integrar de forma permanente elabora o de suas aulas CEDERJ 147 AULA o 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica I Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais I PR Figura 9 3 A fotografia mostra uma junta de dilata o de um viaduto Esses pequenos espa os entre as partes de uma estrutura servem para permitir a dilata
159. para a constru o da fonte e realizar algumas aplica es did ticas simples utilizando a fonte Pr requisitos Para a realiza o deste m dulo voc vai precisar conhecer o mult metro como instrumento de bancada As aplica es que faremos com o mult metro incluem a medida de tens es e correntes alternadas e cont nuas a medida de resist ncia e o teste de diodo Como elementos te ricos voc tem de estar familiarizado com conceitos b sicos da teoria de circuitos el tricos diferen a de potencial tens o corrente resist ncia capacit ncia lei de Ohm corrente alternada e conceitos correlatos Portanto se necess rio fa a uma revis o das Aulas 12 13 e 14 do curso de F sica 3B reserve um tempo para essa necess ria recapitula o Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos 16 CEDER OBSERVA ES GERAIS Eventualmente alguns dos conceitos que iremos utilizar nesta aula n o foram estudados por voc nas disciplinas regulares do nosso curso N o se sinta intimidado pois isso vai acontecer diversas vezes na sua vida profissional V luta pesquise procure se informar Sobre diodos e transistores semicondutores voc vai encontrar um texto muito interessante no cap tulo 5 de F sica 3 Eletromagnetismo GREF 2001 Assim voc dever agora escrever de forma resumida o que sabe sobre e corrente el trica e resist ncia el trica e
160. perimenta o s o ponto de partida e ao mesmo tempo teste crucial na formula o das leis naturais A F sica como a ci ncia natural parte de dados experimentais Por outro lado o bom acordo com a experi ncia o juiz supremo da validade de qualquer teoria cient fica Assim o di logo Hegeliano S pode haver sete planetas Mas isso contradiz os fatos Tanto 1 pior para os fatos representa o oposto da atitude cient fica A nica autoridade reconhecida como rbitro decisivo da validade de uma teoria a verifica o experimental de suas consegii ncias p 3 Esta quest o t o central para o desenvolvimento da F sica que gostar amos que voc pudesse aprofund la Um segundo aspecto importante associado ao nosso tema o fato de que a Matem tica a linguagem b sica da F sica Para lembrar esta quest o citamos mais uma vez este outro texto do professor Moys s Nussenzveig A F sica deve grande parte de seu sucesso como modelo de ci ncia natural ao fato de que sua formula o utiliza uma linguagem que ao mesmo tempo uma ferramenta muito poderosa a Matem tica Na express o de Galileu a Ci ncia est escrita neste grande livro colocado sempre diante de nossos olhos o Universo mas n o podemos l lo sem apreender a linguagem e entender os s mbolos em termos dos quais est escrito Este livro est escrito na linguagem Matem tica 2001 Estas duas id ias cen
161. podem ser conseguidas na internet em livros ou mesmo entrando em contato com institui es de ensino Entretanto com um pouco de criatividade poss vel produzir fotografias t cnicas com um m nimo de recursos A Figura 9 11 ilustra o que estamos comentando Esta fotografia do c u noturno mostra o movimento aparente das estrelas A foto composta por uma s rie de arcos luminosos conc ntricos que t m como centro comum o p lo sul celeste Os arcos s o formados pelo movimento aparente das estrelas que impressionam um filme numa c mera fotogr fica fixa num trip com o obturador permanentemente aberto Esta fotografia pode ser utilizada numa aula dedicada por exemplo Terra e seus movimentos no espa o CEDERJ 155 AULA o 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica I Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais I 156 CEDER Figura 9 11 Fotografia do c u noturno Uma c mera fotogr fica Zenit modelo 12XP objetiva de 58mm com filme 35mm colorido de ASA 400 foi fixada sobre um trip e apontada na dire o do p lo sul celeste O obturador da c mera foi mantido aberto por um certo intervalo de tempo permitindo que se registrasse continuamente o movimento aparente das estrelas no firmamento Cada arco foi produzido por uma estrela diferente e suas intensidades s o diferentes porque suas magnitudes s o diferentes Muitos dos arcos registrados na foto foram produzidos por estrelas que n o s o v
162. presentado de forma criteriosa para implementa o do Projeto Pedag gico escolar atendendo solicita o dos Par metros Curr culos oficiais Reorienta o Curricular da SEEC RJ 2006 e dos PCN MEC SEMTEC Brasil 2002 2006 e estar capacitado a avaliar livros did ticos de F sica Pr requisitos Para que voc possa acompanhar melhor este m dulo dever ter completado as disciplinas b sicas de F sica que integram o curr culo do seu curso no CEDER conhecer os conte dos espec ficos de F sica do Ensino M dio como tamb m estar familiarizado com o sistema escolar em que ser utilizado o livro texto Instrumenta o para o Ensino da F sica I O livro did tico no ensino de F sica OBSERVA ES GERAIS Pedimos que voc tenha paci ncia e que desenvolva todas as atividades solicitadas pois elas ser o necess rias para o bom desenvolvimento deste m dulo Dado o car ter aplicado do assunto tratado e j que a gente n o aprende a nadar por correspond ncia preciso bastante leitura e alguma pesquisa bibliogr fica O tempo oficial destinado ao m dulo dever ser utilizado para a leitura e familiariza o com os livros did ticos Com certeza voc ter de recorrer biblioteca do p lo e ou procurar na p gina do IPEF I na plataforma o material bibliogr fico que n o estiver dispon vel no p lo Caso voc n o encontre o material necess rio entre imediatamente em contato com a coordena o do
163. prometer com o financiamento do seu curso de sua escola Trata se de uma quest o de cidadania e de tica profissional Nesta aula vamos fazer um conjunto de atividades que s o simples nos seus objetivos mas um pouco trabalhosas na sua execu o Antes por m queremos fazer dois coment rios finais Nem todo equipamento utilizado numa dada experi ncia produzido por uma empresa especializada em educa o Muitos equipamentos usados numa experi ncia podem ser formados por acess rios produzidos por diferentes fabricantes que n o t m voca o direta para o ensino de Ci ncias Isso particularmente evidente no caso de equipamentos de eletr nica aplicados em experi ncias de eletromagnetismo equipamentos de inform tica e tantos outros Embora esse mercado n o seja o nosso foco no momento importante n o perder de vista toda essa gama de produtos tecnol gicos que se comunicam indiretamente com a sala de aula e o laborat rio did tico Tudo isso aponta para a necessidade de uma forma o t cnica mais ecl tica para o professor de Ci ncias e para o professor de F sica em particular Lembre se de que a F sica est na base da maioria das cria es tecnol gicas da humanidade e estas por sua vez podem ter aplica es importantes e inusitadas em sala de aula Assim n o restrinja artificialmente a sua curiosidade e vontade de aprender Um exemplo particularmente interessante do que dissemos acima pode ser encontrado no
164. que ampliam a intera o com outras reas da Ci ncia e contextualizam a atividade importante estar atento a estas possibilidades Neste sentido reveja a sua resposta quest o A 7 Como uma variante para a medida do per metro do c rculo podemos usar em vez da fita m trica uma simples tira de papel envolvemos o disco com a tira de papel e marcamos na tira a posi o exata em que o per metro se fecha Ap s ent o retificamos a tira sobre uma mesa e medimos o per metro com uma r gua CEDER ANEXO Modelo para as r guas U D e C feitas com a fun o Tabelas do Ms Word R gua C R gua D R gua U Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de dados em F sica Experimental II Meta da aula Esta a segunda aula do M dulo 3 Nesta aula voc vai adquirir um pouco mais de pr tica na aplica o de experi ncias quantitativas de F sica em sala de aula usando materiais simples Durante esta aula voc e aprender um exemplo de aborat rio did tico tradicional aplicado em sala de aula e aprender a montar atividades experimentais utilizando materiais simples e alguns instrumentos de medidas b sicos como paqu metro e balan a e far uma aplica o pr tica de introdu o ao problema da propaga o de erros para medidas indiretas ao n vel do Ensino M dio Pr requisitos Para a realiza o desta aula voc precisa ter conclu do integralmente a primeira aula do M dulo
165. que sua escolha Desenvolvimento de habilidades espec ficas Focaliza as habilidades fundamentais necess rias para desenvolver atividades cient ficas O objetivo do ensino de ci ncia n o seria assim o ac mulo de conhecimento numa rea determinada mas a compet ncia no uso dos processos b sicos e comuns a todas as ci ncias Assim o processo cient fico mais importante que o produto Nesse sentido os autores n o se preocupam com a inclus o de todos os t picos mas com a forma de tratamento dada aos assuntos que s o apresentados Um outro aspecto trabalhado a independ ncia dada ao aluno 132 CEDER ATIVIDADES Th Leitura do M dulo 3 O Campo Eletromagn tico Projeto de Ensino de F sica PEF IFUSP MEC FENAME PREMEN 1974 a O que voc acha do enfoque curricular para ensinar F sica b Liste quais seriam as vantagens e desvantagens desse enfoque para uma aprendizagem conceitual eficiente c O que voc acha do papel do professor nesse enfoque curricular Desenvolvimento em espiral O conhecimento de ci ncias adquirido em cada n vel de esco lariza o o fundamento para o pr ximo n vel ci ncia no Ensino Fundamental uma prepara o para o estudo no Ensino M dio e este por sua vez a base da pr xima etapa O aluno recebe a mensagem de estar aprendendo algo que se encaixa numa estrutura planejada Muitos dos Curr culos Nacionais das ltimas d cadas foram desenvolvidos desta for
166. r de forma eficiente segura e duradoura Portanto d sempre prefer ncia a esta forma de conectar componentes em seus projetos Lembre se em sala de aula nem sempre voc tem tempo e condi es para improvisar dl Figura 1 5 Nesta figura vemos a montagem da fonte em uma barra de terminais Os componentes representados est o fora de escala Para me lhor orient lo os pinos est o numerados de 1 a 9 Estude com aten o esta figura antes de iniciar a soldagem dos componentes 22 CEDER P3 Leia com aten o as instru es de uso do ferro de soldar No livro Curso b sico de Eletr nica Li o 1 p gina 37 refer ncia 1 voc encontrar algumas orienta es teis para fazer uma boa solda e algumas informa es sobre o uso seguro do ferro de soldar P4 A montagem ser feita em uma ponte de terminais poss vel tamb m o uso de uma barra de conectores veja a Figura 1 4 b Uma ponte com nove terminais suficiente para que voc possa realizar todas as conex es exigidas pelo projeto Fixe a ponte na morsa que est sobre a mesa Toda a montagem pode ser vista na Figura 1 5 que mostra o circuito eletr nico em sua forma real mas fora de escala Todo o seu trabalho ser baseado nesse desenho portanto estude o atentamente P5 Observe que componentes como o diodo o diodo zener o transistor e os capacitores eletrol ticos s o componentes polarizados isto suas extremidades s o diferen
167. ral da experi ncia adquirida no laborat rio de F sica dar ao estudante a oportunidade de explorar os v rios aspectos da rela o entre a descri o f sica da realidade e a pr pria realidade acrescida dos aspectos motivacionais experi ncia pessoal e trabalho em grupo CEDER 43 AULA 2 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos I 44 CEDER b conhecimento compreens o verbal e matem tica informa o sobre leis e princ pios teorias fatos e defini es de grandezas f sicas c habilidade de aprender a partir dos resultados da observa o e da experimenta o d capacidade de generaliza o emp rica O que se observa no entanto que essas habilidades sem d vida de alto valor educacional n o s o geralmente desenvolvidas no ensino experimental de F sica Para mencionar alguns obst culos que explicam esse fato destacamos alguns fatores a os objetivos did ticos s o fortemente dependentes do racioc nio formal dos alunos a capacidade de conceitua o f sica est associada generaliza o b a falta de cultura de laborat rio dos estudantes e dos professores o que constitui um fator de desmotiva o c a infra estrutura escolar deficiente dificuldades para o uso do laborat rio materiais grade curricular d a falta de continuidade nas atividades laboratoriais nas quais diversas disciplinas trab
168. rcas de largada feitas sobre papel uma para cada amplitude Estas marcas podem ser feitas de maneira simples com peda os de fita crepe Voc deve constatar que com estas marcas simples definimos melhor os pontos extremos da oscila o e por conseguinte os momentos em que devemos acionar o cron metro Trata se de facilitar a percep o visual dando mais conforto ao cronometrista CONCLUS O Com esta aula finalizamos um ciclo de propostas de instrumenta liza o dedicadas a explorar o problema do tratamento de dados experimentais para o Ensino M dio O conjunto de propostas discutidas neste M dulo 3 deve ser tratado como um todo com vistas a um planejamento global para a apresenta o deste tema A quest o do tratamento de dados experimentais TDE fundamental para uma adequada discuss o de experi ncias quantitativas Infelizmente como dissemos na Aula 5 constatamos que o TDE completamente negligenciado na maioria dos cursos de F sica da rede de ensino em nosso pa s Por outro lado constatamos tamb m que n o existe nenhuma restri o de car ter pedag gico para que o tema n o seja abordado Como voc p de concluir as experi ncias as id ias e conceitos que exploramos neste m dulo s o perfeitamente acess veis aos nossos alunos N o estamos procurando estruturar um curso completo sobre TDE mas sim dar as primeiras no es que permitam uma articula o adequada entre teoria e a pr tica Tente reflet
169. rcebido a import ncia desse material na sua forma o Existem v rias empresas nacionais e internacionais que se dedicam total ou parcialmente produ o de equipamentos did ticos muito importante para um professor conhecer esse mercado A despeito das quest es de custo e das limita es de verbas para equipar as nossas escolas vemos que n o poss vel prescindir completamente desses recursos para se ter um ensino verdadeiramente de qualidade Temos dado nfase forma o de professores que se ocupam da produ o dos seus recursos audiovisuais e de seus materiais did ticos e estamos convictos de que esse o caminho certo Por meio de um trabalho permanente de cria o do material did tico por parte do professor que o conhecimento a ser transmitido aprofundado que as dificuldades materiais de nossas escolas s o superadas e que o n vel de comunica o entre professor e aluno aperfei oado Entretanto devemos considerar que em face do enorme desenvolvimento da ci ncia e da tecnologia em nossos dias n o podemos resolver tudo As limita es de tempo imp em tamb m severas restri es atua o de um professor Devemos ver o mercado de equipamentos did ticos como um aliado e n o como uma possibilidade alheia e distante voltada para os segmentos mais ricos da cadeia de ensino A qualidade do ensino deve ser o ponto central de nossa preocupa es e permanentemente perseguida Todo professor deve se com
170. res a meta geral deste m dulo dar uma vis o geral do papel do laborat rio did tico escolar e das metodologias utilizadas para o ensino de F sica Vamos dar continuidade ao estudo de alguns exemplos de laborat rio did tico Nesta aula voc dever e reconhecer um exemplo de laborat rio tradicional e montar atividades experimentais utilizando materiais simples e produzir um roteiro para uma experi ncia Pr requisitos Para a realiza o desta aula voc deve completar integralmente as Aulas 1 e 2 do M dulo 2 Fa a uma revis o sobre for as de atrito na Aula 18 do M dulo 2 da disciplina F sica B sica 1A Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos III 62 CEDER OBSERVA ES GERAIS A parte pr tica desta aula ser desenvolvida no laborat rio de F sica do p lo com aux lio do seu tutor No laborat rio est o todos os materiais necess rios para completar as tarefas solicitadas Uma primeira leitura desta aula e o cumprimento dos pr requisitos dever o ser feitos antes de voc ir ao p lo realizar a parte pr tica Com a conclus o das atividades programadas voc ter o prazo de uma semana para preparar o relat rio final que receber uma nota INTRODU O Vimos na Aula 1 do M dulo 2 que o laborat rio tradicional o tipo de laborat rio did tico mais conhecido e divulgado Neste laborat rio a atividade centrada
171. rmalmente fabricado em a o e cont m duas escalas justapostas uma graduada em mil metros e outra em polegadas calibradas na temperatura de 20 C Medidas de profundidade e X acco Medidas internas Figura 6 4 e Podemos identificar na Figura 6 4 alguns componentes importantes sempre presentes no paqu metro o cursor 1 orelha m vel 2 e o bico m vel 3 orelha fixa 4 e o bico fixo 5 n nio ou vernier para a escala milimetrada 6 e o n nio para a escala em polegadas 7 parafuso de trava 8 e o impulsor 9 haste de profundidade 10 O cursor pode deslizar livremente pela r gua No cursor est o a orelha m vel o bico m vel a haste de profundidade e as escalas auxiliares escala auxiliar denominada n nio ou vernier permite expandir a leitura da escala principal Na Figura 6 5 podemos ver em detalhe como o n nio constru do O n nio construindo dividindo se nove unidades da escala principal em dez partes iguais Se uma divis o da escala principal corresponde a 1mm ent o uma divis o do n nio corresponde a 9 10mm A diferen a entre elas de 1 10mm Se movemos o cursor com o n nio para a direita de tal forma que a primeira divis o da escala principal coincida com a primeira divis o do n nio teremos uma abertura de 1 10mm se a segunda divis o da escala principal coincide com a segunda divis o do n nio temos uma abertura de 2 10mm e ass
172. rme suas caracter sticas principais processador perif ricos sistema operacional etc Voc tem alguma experi ncia na utiliza o de programas de edi o e tratamento de imagens Quais Voc tem alguma experi ncia na utiliza o do datashow Na utiliza o do PowerPoint ou similar Nesta atividade voc vai preparar recursos visuais para uma aula simples de curta dura o estimativa de trinta minutos de exposi o Primeiramente escolha a rea o tema e o livro texto que servir de base para a prepara o da aula Discuta sua escolha com os seus colegas para que n o haja superposi o Indique a rea selecionada entre as op es abaixo Mec nica ptica Eletricidade e Magnetismo Termodin mica Termologia e Calor CEDER 163 AULA o 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica Tecnologias para o ensino os recursos audiovisuais I Informe o livro texto Fa a a sua escolha em fun o dos exemplares dispon veis na biblioteca do seu p lo Consulte tamb m a rela o geral de livros de refer ncia do curso Instrumenta o para o Ensino da F sica Titulo Autores Editora Informe o tema da aula Consulte o livro texto que voc selecionou Cap tulo Se o Por simplicidade vamos adotar como o tema da aula o assunto abordado em uma se o do cap tulo escolhido por voc Leia com aten o o texto escolhido Procur
173. rt teis etc t m uma tens o el trica de 1 5 volts e que este valor especifica de uma certa maneira a capacidade da pilha realizar um certo trabalho Esta no o prim ria serve para a discuss o que se segue Ao conectar os cabos do mult metro nos terminais de uma pilha voc deve observar no mostrador um valor que a medida da tens o em uma dada escala Esse valor relativamente est vel variando quando muito o ltimo digito de mais ou menos uma unidade A quest o para se discutir aqui como procedemos para determinar a incerteza nesta medida N o se trata de ler uma escala A resposta neste caso LEIA O MANUAL DO INSTRUMENTO O fabricante informa qual a incerteza que devemos associar O medida lida no visor para a faixa de tens es utilizada Em geral ela expressa como um percentual da medida realizada muito importante entender que n o necessariamente esta incerteza instrumental a incerteza final de uma medida Em uma situa o dada voc pode observar que a tens o el trica est variando no tempo de uma maneira irregular e inerente Neste caso f cil perceber que a incerteza na medida ser afetada por outros fatores que nada t m a ver com o instrumento sobre isso que vamos tratar na terceira aula deste m dulo P 2 Nesta experi ncia introduzimos um instrumento de medida de comprimento muito vers til e de uso muito difundido o paqu metro ver Figura 6 1 Ensinar o uso do paqu
174. rva o e reflex o Podemos identificar v rias modalidades de demonstra o e tradicional mostrar e comentar o aluno observa e ouve o professor e estruturada apresenta o de uma experi ncia completa com registro de dados o alunos acompanha um roteiro e levanta informa es e dados e previs o os alunos individualmente fazem previs es do que acontecer antes de observar uma demonstra o e previs o observa o explana o POE A demonstra o tradicional foi e ainda a atividade experimental mais frequentemente trabalhada em sala de aula seja devido s limita es de ordem material ou s dificuldades de uso dos equipamentos A manipula o geralmente feita pelo professor e ao aluno cabe agir como espectador CEDER 45 AULA 2 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 O laborat rio did tico metodologias e exemplos I 46 CEDER Al m disso o ambiente experimental organizado de modo que um certo fen meno seja observado for ando o aluno a refletir sobre aquilo que foi preparado para n o falhar levando o a acreditar na sua percep o imediata o que reflete uma vis o empirista Partindo da observa o o aluno aceita os fatos que falam por si e deles s o induzidas as leis f sicas As estrat gias utilizadas para a apresenta o de uma demonstra o podem modificar sua efic cia sendo importante que os alunos sempre participem de forma ativa
175. s O enfoque fenomenol gico est sempre presente nas aplica es e nas listas de exemplos e problemas Tamb m s o oferecidas diversas formas de fixa o conceitual aplica es e problemas Atividades simples que podem ser feitas em casa ou na escola s o sempre apresentadas Recomendamos que voc sempre comece a leitura dos livros texto pelo pref cio ou pelas p ginas de apresenta o Os textos s o acompanhados do livro do professor no qual o s autor es explica m seus objetivos e o enfoque curricular descrito de forma expl cita As fun es das diferentes se es do livro s o justificadas assim como a forma como s o apresentados os assuntos as atividades e a avalia o S o tamb m propostas estrat gicas a serem utilizadas em sala de aula geralmente com exemplos de aplica o concretos No livro do professor s o tamb m dadas respostas s atividades experimentais e aos problemas apresentadas no livro do aluno e s o discutidos aspectos did ticos com propostas de trabalhos e tarefas n o mencionadas no livro do aluno O objetivo enriquecer e dar suporte ao trabalho do professor em sala de aula Bibliografias software e endere os na internet interessantes para o professor s o tamb m fornecidos Os conte dos espec ficos como foi mencionado antes est o geralmente sequenciados a partir da Mec nica cinem tica e din mica da Termodin mica da ptica geom trica e f sica da F sica Ondulat ria e do E
176. s particularmente nas escolas da rede p blica onde os recursos materiais costumam ser muito escassos Queremos exercitar a id ia de que a qualidade de uma pr tica experimental do ponto de vista pedag gico n o est associada a custos altos Com recursos muito simples de baixo custo que podem ser adquiridos em papelarias ou lojas de ferragens de qualquer cidade podemos realizar experi ncias muito ricas e extremamente instrutivas Teremos a oportunidade de conhecer v rios exemplos Aproveitamos aqui para chamar a sua aten o quanto a um detalhe importante fique atento s oportunidades de reciclar os materiais de uso dom stico para experi ncias em sala de aula Com um pouco de cria tividade poss vel aproveitar quase tudo que vai para a lata do lixo O interessante que voc sempre poder envolver sua classe nessas atividades Nos p los voc vai encontrar um estoque de produtos para trabalhar dentre os quais voc vai reconhecer facilmente v rios itens que fazem parte do seu dia a dia Um conjunto de ferramentas simples estar dispon vel para a execu o das tarefas Vamos aplicar esse recurso de instrumentaliza o a um tema fundamental e ao qual se d muito pouca import ncia nas pr ticas atuais do ensino de F sica na escola secund ria a F sica como ci ncia experimental Lembre se aqui destas observa es contidas no cap tulo 1 do livro Curso de F sica B sica 1 NUSSENZVEIG 2001 A observa o e ex
177. s vel e pode ser muito til para aplica es com as c meras de v deo poss vel conseguir ilustra es muito interessantes a partir de fotos e figuras de livros revistas e jornais Quando as figuras s o pequenas poss vel copi las com aux lio de um scanner Se as fotografias que queremos copiar s o maiores do que a rea til de um scanner poss vel ent o fotograf las Procure guardar fotos e figuras de revistas e jornais que voc considere de interesse para as suas aulas Posteriormente fotografe ou reproduza com O scanner e armazene os resultados no seu banco de fotografias O scanner ptico um dispositivo optoeletr nico criado para digitalizar imagens ou textos impressos para aplica es com o computador Podemos dizer que ele realiza uma fun o inversa de uma impressora Trata se de um dos mais difundidos perif ricos de um PC Existem v rios fabricantes e modelos com diferentes caracter sticas e pre os variados Procure se informar na internet sobre os modelos oferecidos pela ind stria e suas caracter sticas t cnicas Uma an lise do custo benef cio pode indicar que a aquisi o de um scanner n o recomend vel para um nico professor mas seguramente pode ser uma aquisi o muito til para uma escola onde v rios professores e at mesmos os alunos poder o ter acesso Figura 9 5 A foto mostra um scanner ptico modelo PSC 1310 fabricado pela Hewllet Packard CEDERJ 149
178. s aos modelos te ricos trabalhados conceitualmente 4 o conhecimento cient fico apresentado de forma contex tualizada fazendo uso adequado dos conhecimentos pr vios e das experi ncias culturais dos alunos tratados de maneira respeitosa 5 o desenvolvimento de habilidades de comunica o oral e de natureza cient fica faz uso did tico de artigos cient ficos e de divulga o cient fica de textos jornal sticos gr ficos tabelas mapas cartazes v deos internet simula es etc 6 incentiva atividades que exigem trabalho cooperativo estimulando se a valoriza o e o respeito s opini es do outro 7 a realiza o dos experimentos demonstra es propostos vi vel utilizando as instru es apresentadas e em termos dos materiais necess rios Indica materiais alternativos 8 o resultado final das atividades propostas n o apresentado antes da sua realiza o Incentiva o esp rito investigativo por meio de atividades em que os alunos aventam hip teses sobre fen menos naturais e desenvolvem formas de test las ou utilizam evid ncias para julgar a plausibilidade do modelo proposto CEDER 139 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica O livro did tico no ensino de F sica 140 CEDER Constru o do conhecimento cient fico 1 compreens o integrada da F sica 2 valoriza a hist ria e a filosofia das Ci ncias 3 hist ria da ci ncia integrada constru o do
179. s conceitos f sicos evita resumi la a biografias de cientistas 4 abordagem adequada de modelos cient ficos sem confundi los com a realidade 5 uso do conhecimento cient fico para compreender problemas contempor neos a tomada de decis es e a inser o dos alunos em sua realidade social 6 os conceitos centrais aparecem de forma recorrente em contextos explicativos diferentes favorecendo a constru o de sistemas conceituais integrados 7 trabalha as origens hist ricas 8 n o apresenta mat ria nociva ou descobertas isoladas para o aluno ou propaganda de qualquer esp cie 9 n o apresenta doutrina o religiosa e desrespeito ao meio ambiente Constru o da cidadania 1 enfrenta quest es ambientais com respeito e de forma realista e equilibrada 2 evita posturas alarmistas e catastr ficas Crit rios para o livro do professor 1 descreve a estrutura geral do livro explicitando a articula o pretendida entre suas partes e ou unidades e os objetivos espec ficos de cada uma delas 2 d orienta es claras e precisas para a abordagem do conte do em sala de aula 3 d subs dios conceituais para o ensino correto discuss o das atividades e exerc cios propostos 4 trata do processo de avalia o da aprendizagem e fornece instrumentos diversificados de avalia o 5 oferece conhecimentos atualizados necess rios para a compreens o adequada das atividades ou da proposta pedag gica 6 tem
180. s e Movimento Harm nico Simples MHS particularmente sobre a din mica do p ndulo simples nas Aulas 1 e 2 do curso de F sica 2B Reveja tamb m a apostila T picos sobre tratamento de erros experimentais Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise de INTRODU O 100 CEDER dados em F sica Experimental Ill Nas duas primeiras aulas do M dulo 3 Aulas 5 e 6 realizamos um conjunto de experi ncias com materiais muito simples e de baixo custo Voc viu como poss vel introduzir conceitos importantes como o de incerteza ou erro de uma medida algarismos significativos opera o com algarismos significativos e a propaga o das incertezas atrav s de experimentos quantitativos Esses experimentos foram idealizados para serem realizados em sala de aula n o requerendo a exist ncia de um espa o especializado para esse fim Lembre se de que neste M dulo 3 estamos explorando o problema do tratamento de dados experimentais ao n vel do Ensino M dio Procuramos dar no es simplificadas ao inv s de uma abordagem rigorosa formal que deve ser reservada para os cursos de n vel mais avan ado Na Aula 6 discutimos o problema da propaga o das incertezas por meio do conceito de erro limite Comentamos ent o que o conceito mais intuitivo de erro limite melhor se adapta ao problema em que as incertezas de uma medida direta se restringem ao instrumento de medida Esse
181. s n veis do ensino b sico b conhecimento cr tico e familiariza o dos materiais dispon veis bibliografia espec fica livros texto material did tico sob a forma de software e v deos sites espec ficos na internet e lista de Museus de Ci ncia c uso de tecnologias educacionais laborat rio inform tica e v deo d metodologias de ensino apropriadas para os diversos p blicos decorrentes dos estudos de aprendizagem e cogni o e estrat gias do trabalho com os alunos em sala de aula que v o da aula discursiva convencional bem ilustrada at a aula de participa o dos trabalhos dos alunos discuss o em grupo demonstra es etc f conhecimento do uso do ferramental b sico para a prepara o de atividades simples g organiza o de atividades extra classe e aproveitamento das ofertas do ensino informal visitas a laborat rios e Museus interativos A orienta o das disciplinas Instrumenta o para o Ensino de F sica IPEF 1 e 2 de que todos os recursos facilitadores possam convergir para a prepara o de um professor de F sica que venha a agir com independ ncia ensinando futuramente as primeiras letras com boa fundamenta o Para tanto a instrumenta o deve assegurar que o car ter experimental da F sica seja dominado criticamente e se integre objetivamente em todos os seus esfor os futuros como educador A an lise de metodologias por sua vez fortemente dependente do grupo para o
182. s terminais da bobina secund ria encontramos duas cores o terminal de cor nica em geral preto a tomada central Se medirmos a tens o entre o terminal preto e qualquer dos outros dois vamos encontrar o mesmo valor 12VAC A diferen a entre um e outro que eles est o em oposi o de fase como a tens o vari vel no tempo significa que se a tens o num dado instante de tempo V e em um terminal no outro ser V P8 O radiador de calor uma pequena pe a de metal que aumenta a rea de contato do corpo do transistor com o meio ambiente Serve assim para aumentar a efici ncia da troca de calor com o ar circunvizinho evitando que o transistor se aque a demasiadamente Para melhorar o contato do corpo do transistor com o radiador comum utilizarmos uma pasta especial boa condutora de calor pasta t rmica CEDER 25 AULA a M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos 26 Exerc cio 2 Antes de iniciarmos a montagem da fonte vamos fazer alguns testes simples com os componentes adquiridos Observe que muitas dessas aplica es podem ser utilizadas em sala de aula para demonstrar fen menos f sicos de grande interesse na rea do Eletromagnetismo a Com aux lio do mult metro me a a resist ncia de todos os resistores e complete a tabela Valor nominal Valor medido Discrep ncia 2 2k9 vermelho vermelho vermelho 2
183. seguran a de que os conceitos e o conjunto de id ias expostos s o corretos e portanto que a legitimidade da corre o das explica es cient ficas prevalece Este enfoque tem como base a pr pria natureza da ci ncia trabalhando a intera o entre a evid ncia dos dados experimentais e as teorias da F sica ou seja explica os fen menos e a natureza evolutiva dos conhecimentos cient ficos a partir da sua adequa o aos modelos f sicos propostos Este enfoque a base da maioria dos livros texto A cr tica que hoje se coloca a de que este enfoque define as estrat gias de ensino da maioria dos professores de F sica pela mera transcri o no quadro negro dos conte dos formais sem o correspondente embasamento dos fen menos f sicos tratados Essa estrat gia did tica hoje considerada uma das principais causas das dificuldades de compreens o aprendizagem dos alunos CEDER 129 AULA 8 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica I O livro did tico no ensino de F sica 130 CEDER Este tipo de ensino traz consigo v rias dificuldades que nunca demais apontar a exige do aluno capacidade de abstra o e dom nio da Matem tica necess rios para a express o correta dos modelos f sicos b exige do professor um excelente dom nio dos resultados emp ricos para trabalhar os conceitos f sicos interpreta o dos resultados experimentais luz das teorias e modelos deve ser s
184. tes e devem ser soldadas em qualquer circuito numa orienta o nica Os componentes diodo e diodo zener possuem uma faixa pintada em uma de suas extremidades Essa faixa indica a posi o do catodo o que significa que se esses componentes forem conectados segundo o esquema da Figura 1 6 polariza o direta conduzir o corrente el trica Se a polariza o for invertida o componente n o conduzir corrente Corrente Anodo Catodo Anodo aa Catodo terminal mais curto Figura 1 6 O diodo o diodo zener e o LED s o componentes polarizados A corrente pode fluir somente do terminal chamado anodo A para o terminal chamado catodo K e n o ao contr rio O s mbolo do diodo em forma de seta indica o sentido de percurso da corrente O LED por sua vez um diodo com a propriedade de emitir luz em polariza o direta O p lo negativo ou catodo neste caso indicado pelo tamanho do terminal perna o terminal mais curto o p lo negativo catodo e o terminal maior o p lo positivo anodo Os capacitores eletrol ticos s o tamb m componentes polarizados isto s funcionam como capacitores se forem ligados na polariza o correta No corpo destes capacitores encontramos facilmente uma grava o indicando a polaridade de cada terminal Podemos tamb m identificar a polaridade desses componentes pelo comprimento dos terminais a perna menor sempre o p lo negativo veja
185. todo do erro limite no nosso caso sua simplicidade conceitual tendo por base um crit rio claro e objetivo Fica transparente para os alunos nesta discuss o o efeito de propaga o das incertezas Exerc cio derive a rela o para o erro limite no caso da divis o Como devemos proceder a propaga o das incertezas no caso geral em que y f Xo XX Em outras palavras as grandezas x s o medidas diretamente X X Ax e desejamos medir y de forma indireta por meio de uma rela o funcional dada que exprime uma certa lei f sica qual o melhor valor para y e como a incerteza se propaga para esse valor O melhor valor para y se obt m substituindo se na fun o os melhores valores de x y T X 34X A incerteza em y calculada pelo m todo do erro limite leva em considera o o fato de que em geral as incertezas Ax s o pequenas quando comparadas com as pr prias medidas Assim podemos fazer uma expans o em s rie de pot ncias Ax s ries de Taylor e desprezar as contribui es de ordens superiores a 2 ay E am E tm EO cam ox lo 0x DXN ou N of NED E As y 2 Ao tomar o m dulo das contribui es parciais estamos garantido que todas as fontes de incertezas se somam para dar a combina o mais desfavor vel o valor limite Sem d vida uma vis o pessimista das coisas Quando as incertezas n o s o puramente instrumentais os tratamentos estat sticos apontam para solu
186. tos atividade e as medidas de S e de 1 s o indiretas e vamos usar o sistema m trico internacional SI e temos um previs o te rica para as medidas que vamos realizar A medida de 7 muito simples envolvemos cuidadosamente um disco com a fita m trica e medimos a circunfer ncia C Em seguida usamos a r gua para medir o di metro D Note que a r gua deve ser posicionada ao longo de um di metro isto um segmento reto que passa pelo centro do disco Veja no entanto que o centro n o est marcado no disco A fita m trica est graduada em cent metros e a r gua est graduada em mil metros Os resultados obtidos para S e p devem ser comparados com os respectivos valores esperados A melhor maneira para fazer isto calcular a discrep ncia relativa D Para o caso de 7 temos D 100 Im As T experimental te rico experimental CEDER 73 AULA 5 M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Experimentos de baixo custo tratamento e an lise 74 CEDER de dados em F sica Experimental 1 P 5 Para as medidas indiretas encontramos um outro problema que precisa ser bem discutido em sala de aula se as medidas diretas t m uma quantidade limitada de algarismos significativos o mesmo deve acontecer com as medidas indiretas Assim com quantos algarismos significativos devemos escrever o resultado obtido para 7 por exemplo Uma resposta comum dar o resultado com tant
187. tos repetidamente pelos autores da literatura especializada O objetivo primeiro de um laborat rio introdut rio dever ser desenvolver a compreens o do estudante sobre a rela o entre Ci ncia e Natureza isto a maneira como a Ci ncia descreve os fen menos confrontando sua descri o modelo com a realidade Aprender exige esfor o do pensamento e esse esfor o deve ocorrer no laborat rio e na presen a de objetos materiais relevantes NEDELSKY 1965 p 75 Mas n o basta apenas colocar o estudante em contato com o fen meno e o equipamento necess rio que a experi ncia seja planejada e guiada luz de objetivos detalhados e expl citos Uma outra condi o apontada por Nedelsky para a aprendizagem a motiva o do estudante Cada experimento deve interessar ao estudante cada passo deve fazer sentido para ele e o resultado deve ter como consequ ncia a compreens o do fen meno f sico luz do modelo princ pios f sicos utilizado para fundamentar a experi ncia Nedelski 1965 p 16 19 prop e que os objetivos das atividades realizadas experimentalmente levem o estudante a desenvolver a conhecimento e compreens o do laborat rio aparelhos e materiais rela es entre teoria e fen menos procedimentos laboratoriais processo experimental coleta e interpreta o de dados generaliza o a partir dos dados coletados Leon NEDELSKY USA F sico e professor afirma que a fun o cent
188. trais devem sempre envolver o debate em sala de aula sobre qualquer tema de F sica que esteja sendo abordado Experimentar no contexto que estamos tratando significa frequentemente medir certas grandezas e correlacion las atrav s de equa es matem ticas Com o desenvolvimento da Ci ncia vemos hoje que medir uma a o muito elaborada com v rios detalhes associados que precisamos conhecer e praticar O tema desta aula tem uma posi o muito importante no planejamento de todo curso de F sica As quest es relacionadas medida e an lise de dados experimentais s o pr requisitos fundamentais para todas as atividades experimentais que fa am parte de uma planejamento global para um curso de F sica Sem saber medir e interpretar um resultado n o poss vel o pleno entendimento de um experimento did tico Essa quest o muito importante porque observamos que esses fundamentos n o s o em geral apresentados em nossas escolas de Ensino M dio O assunto tratado pela primeira vez nos cursos t cnicos superiores evidenciando essa invers o negativa dos conte dos de F sica ministrados no Ensino M dio Isso precisa mudar Em outra extremidade temos as preocupa es esbo adas pelos PCNEM Par metros Curriculares Nacionais do Ensino M dio para o ensino de F sica As quest es relativas medida e an lise de dados experimentais t m implica es evidentes no cotidiano do cidad o e nas atividades profissiona
189. u propostas de atividades cuja prepara o era de compet ncia do professor Tampouco eram inclu das informa es sobre o desenvolvimento hist rico dos conceitos as dificuldades conceituais dos alunos os aspectos relacionando ci ncia e sociedade ci ncia e tecnologia ci ncia e arte como hoje vemos nos livros modernos Vale lembrar que esses livros eram destinados ao Ensino M dio etapa que poucos alunos alcan avam na poca constituindo se assim em um ensino proped utico tamb m interessante observar que quando aparecia um assunto de interesse profissional os comp ndios eram atualizados para garantir a contemporaneidade dos conceitos estudados LORENZ 1986 O livro did tico evoluiu ao longo do tempo em resposta s demandas sociais e s exig ncias determinadas pelas pol ticas educacionais Originalmente escrito como complemento aos grandes livros cl ssicos apresentava os conhecimentos originais como conte dos redigidos de forma did tica transdu o did tica atendendo ao n vel de compreens o do leitor estudante Hoje o livro did tico tem fun es diferenciadas e al m de transferir os conte dos espec ficos linguagem escrita tamb m um instrumento pedag gico que possibilita o processo de educa o geral e contribui para a forma o acad mica cultural social e pol tica do indiv duo Voc j deve ter ouvido cr ticas severas aos conte dos de F sica do Ensino M dio que continua trata
190. uantidade de refer ncias bibliogr ficas para circuitos eletr nicos que fornecem al m do desenho do circuito a lista comentada dos componentes utilizados e informa es pr ticas de montagem Listamos algumas dessas refer ncias na bibliografia geral do curso e ao final desta aula aquelas que ser o utilizadas Aqui vale a m xima de que nada se cria tudo se copia Nunca se esque a de que sempre h uma grande quantidade de informa es dispon veis na internet CEDER 19 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos Raz o social informe o site na internet se houver O segundo ponto importante de posse da lista de componentes onde compr los Esta uma quest o relativamente complicada para quem mora fora de uma grande cidade At em grandes centros urbanos encontramos dificuldades pois o mercado de componentes eletr nicos muito restrito em nosso pa s No entanto um dos avan os recentes neste mercado muito til para os nossos prop sitos o de que a maioria das lojas ou empresas do ramo passou a fornecer seus produtos por servi o de entrega expressa ou mesmo pelo correio comum Hoje poss vel comprar pela internet a bom pre o estando em qualquer parte do pa s Exerc cio 1 Relacione na tabela abaixo o nome de tr s fornecedores em que os componentes da fonte Tabela 1 1 podem ser encontrados completando com as informa
191. ue ao usarmos a rela o 1 6 estamos introduzindo uma hip tese as esferas de a o s o perfeitas A f rmula vale para um s lido ideal e n o para s lidos reais Se examinamos a esfera em detalhe usando um microsc pio poderoso vamos observar ranhuras trincas e cavidades em suas superf cies que em nada se assemelha esfera ideal Vemos assim que o uso da rela o 1 6 envolve uma aproxima o em que sentido repetir a medida do di metro com o paqu metro segundo diferentes orienta es ajuda a justificar o uso da rela o 1 6 Veja que essas quest es n o s o meros detalhes Ao contr rio s o oportunidades valiosas de discutir o m todo cient fico com experi ncias simples que conseguimos discutir ou fundamentar id ias complexas e interessante discutir com seus futuros alunos as diferen as entre os dois m todos aplicados para se determinar o volume das esferas Como proceder se o s lido de interesse tiver uma forma muito irregular Pense em uma pequena pedra e O relat rio desta aula consiste na apresenta o das respostas s quest es de Atividade 1 Atividade 11 AP NDICE A O PAQU METRO Na Figura 6 4 vemos um paqu metro universal fabricado em a o de uso muito difundido Trata se de um dos instrumentos mais vers teis para medidas de dimens es lineares Pode se medir facilmente dimens es externas internas e a profundidade de uma pe a com uma precis o superior ou igual a 0 1mm no
192. uns minutos antes de passar pr xima etapa Se algum problema foi encontrado nesta etapa significa que algum erro foi cometido na montagem devemos portanto proceder a uma revis o de tudo o que foi feito antes de irmos adiante M5 2 Testando a tens o de sa da Como a fonte n o tem um indicador de tens o na sa da vamos precisar do mult metro para fazer este teste Mais tarde voc poder fazer uma modifica o no projeto para incluir um mostrador que poder ser anal gico ou digital para indicar a tens o de sa da Selecione no mult metro a op o medida de tens o DC Ajuste o n vel de tens o para a faixa desejada 12V e conecte o mult metro aos bornes preto p lo negativo e vermelho p lo positivo da fonte Ligue a fonte e gire o eixo do potenci metro Verifique se a tens o est variando e se ela atinge o valor m ximo da ordem de 12V ou mesmo um pouco acima ENCAIXOTANDO A FONTE M6 Como ltima etapa vamos instalar a fonte numa caixa apropriada Existem v rios modelos dispon veis com diferentes formatos diferentes tamanhos e naturalmente diferentes pre os S o caixas CEDER 29 AULA a M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos pr prias para projetos de eletr nica O requerimento b sico que a caixa selecionada tenha um tamanho adequado ao circuito constru do tenha boa ventila o e seja fabricada com um material r
193. verificar a lei de Ohm Pr requisito como texto de Ensino M dio sobre a lei de Ohm sugerimos a leitura do Cap tulo 2 do livro F sica para o segundo grau GUIMAR ES FONTE BOA 1997 Material fonte vari vel de tens o 0 12VDC um miliamper metro e um volt metro ou dois mult metros de bancada interessante que estes instrumentos sejam digitais para facilitar a observa o das medidas por parte dos alunos um resistor de fio met lico 1200 15W uma barra de conectores fios com pinos banana Ed Fonte vari vel 0 12VDC Figura 1 11 Circuito b sico para a verifica o da lei de Ohm CEDER 31 AULA a M DULO 1 Instrumenta o para o Ensino da F sica 1 Modelos de constru o de equipamentos e instrumentos 32 CEDER M todo Construa o circuito indicado na Figura 1 11 Na Figura 1 12 apresentamos uma sugest o de montagem Variando progressivamente a tens o aplicada determinamos simultaneamente a queda de tens o V no resistor R e a corrente I que percorre o circuito Organizamos os resultados numa tabela Pela lei de Ohm V RI Podemos testar esta lei construindo em papel milimetrado um gr fico de V x I que e segundo Ohm resulta numa rela o linear O coeficiente angular da reta a resist ncia R do resistor O rec OCA O 4 PRREUCCE UEL OTTO TUA Figura 1 12 Sugest o para montagem da experi ncia de verifica o da lei de Ohm Exerc cio 3
194. xperimentos de baixo custo tratamento e an lise de 88 CEDER dados em F sica Experimental Il Como um caso particular do produto encontramos a situa o do produto de uma medida por uma constante num rica que se conhece com exatid o Por exemplo se queremos medir o per metro do ret ngulo devemos multiplicar o semiper metro por 2 Neste caso fazemos 2p 2 x 16 5 0 4 2 x 16 5 2 x 0 4 33 0 0 8 cm A constante multiplica tanto o melhor valor quanto a incerteza No caso da divis o se queremos calcular a raz o R b a um desenvolvimento semelhante mostra que a incerteza limite dada por AR a Ab b Aa a Podemos resumir esses resultados na tabela abaixo Tabela 6 1 A E emo a X a constante ES RR RR Observe que na deriva o destas rela es n o usamos nenhum argumento que n o seja acess vel a um aluno do Ensino M dio A aplica o do erro limite em cursos mais avan ados restrita a situa es em que as medidas diretas s o obtidas por leituras diretas de uma escala ou seja as incertezas das medidas diretas s o incertezas puramente instrumentais Essa separa o se deve ao fato de que a incerteza de uma medida nem sempre decorrente da leitura de uma escala Na maioria dos casos a incerteza de uma medida direta tem uma origem estat stica Vamos abordar esta quest o na terceira aula deste m dulo Aula 7 A vantagem na propaga o das incertezas pelo m

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