CADERNO DE FÍSICA DA UEFS 12 (02): 21-31, 2014
UM AMBIENTE ESCOLAR QUE APRESENTA AO ALUNO, ALÉM DO
ENSINO TRADICIONAL, O USO DE EXPERIMENTOS, É MAIS
FAVORÁVEL AO APRENDIZADO DE FÍSICA?
IS MORE FAVORABLE TO THE PHYSICS LEARNING A SCHOOL ENVIRONMENT THAT PRESENTS TO
THE STUDENTS, BEYOND THE TRADITIONAL TEACHING, THE USE OF EXPERIMENTS?
Mariana Araguaia de Castro Sá Lima1, Thiago Mota Carvalho2, Clodoaldo Valverde3
Universidade Estadual de Goiás. Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas. Br 153 nº 3.105 - Fazenda
Barreiro do Meio. Caixa Postal: 459. CEP: 75.132-903.
1
Discente do Programa de Mestrado Profissional em Ensino de Ciências. E-mail: [email protected]
2
3
Discente do Curso de Licenciatura em Física. E-mail: [email protected]
Docente do Programa de Mestrado Profissional em Ensino de Ciências. E-mail: [email protected]
O presente artigo científico tem o propósito de ressaltar a importância da estruturação de um ambiente escolar propício ao
aprendizado pleno de Física. Para tanto, traz a discussão sobre a possibilidade de vincular o ensino expositivo à
experimentação dos fenômenos físicos, para que o discente possa relacionar seu conhecimento prévio e o conteúdo teórico
aos fatos do cotidiano, tornando-se um aluno crítico, capaz de desenvolver de forma satisfatória suas habilidades e
competências. Em seguida, fundamenta-se a discussão por meio de um trabalho desenvolvido em uma escola. Assim, ao
ministrar aulas, apresentam-se duas metodologias — a tradicional, apenas com a exposição de conteúdo, e a teórica aplicada,
com o uso de experimentos —. A partir da analogia entre dois grupos de alunos, verificou-se, através de questionários e
dados estatísticos, a maior eficiência do ensino-aprendizagem do conteúdo relacionado à experimentação física.
Palavras-Chave: Ensino tradicional, metodologia de ensino, ensino de Física.
The proposal of the presente scientific work is to enphasize the importance of structuring a school environment that leads to a
full learning in Physics. To this end, one is led to the discussion about the possibility of linking the expositive teaching with
the experiments of physical phenomena so that the student can relate their prior knowledge and the theoretical content to the
everyday life facts, becoming a critical studant, able to develop their skills and expertise satisfactorily. Then, the discussion is
based on works developed in a school. Thus, when teaching, two methodologies emerge - the traditional, only with exposure
of contents, and another that applies the theory through experiments. From the analogy between two groups of students, it
was found, through questionnaires and statistical data, the greater efficiency of the teaching-learning content related to
physical experiments.
Key-Words: Traditional teaching, teaching methodology, teaching physics.
INTRODUÇÃO E OBJETIVOS
O ensino de Física no Ensino Médio tem sido bastante discutido, principalmente no que diz respeito ao
desenvolvimento de competências e habilidades (SILVA; LOPES, 2007). Esta disciplina pode propiciar ao
estudante condições de compreender as causas de diversas situações, permitindo, por exemplo, maiores cuidados
com a saúde, o exercício de seus direitos e a participação em discussões que favoreçam a atuação e
transformação da realidade vigente, articulando o conhecimento científico a competências de outras áreas
(KAWAMURA; HOSOUME, 2003; RICARDO, 2004). Assim, segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais
(BRASIL, 2000, p. 7), este aprendizado:
(...) deve contribuir não só para o conhecimento técnico e de procedimentos e equipamentos
do cotidiano social e profissional, mas também propiciar a construção de compreensão
dinâmica de fatos naturais, da nossa vivência material, de convívio harmônico com o mundo
da informação, de entendimento histórico da vida social e produtiva, e articulação de uma
visão do mundo natural e social.
Entretanto, talvez pelo fato da formação de muitos professores ser fundamentada em um modelo
tradicional de educação, observa-se que esta prática docente — cujas principais características são a exposição
oral de matérias, exercícios de memorização, fixação de conteúdos e leituras em livros didáticos — permanece
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muito presente nas escolas. Assim, faltam estímulos para que o estudante problematize, questione ou faça
relações entre o que aprendeu e o seu conhecimento prévio, “recebendo tudo pronto” (OLIVEIRA, 2006).
Esta forma de abordar os conteúdos tende a provocar desinteresse e insatisfação por parte dos alunos, que
pouco aprendem por não estarem envolvidos na construção de seu próprio conhecimento. Assim, podem
apresentar-se acríticos, com concepções triviais e não científicas de como o mundo natural funciona, e com
baixos resultados nas avaliações escolares (OLIVEIRA, 2006; DEMCZUK, 2007). Há também a possibilidade
de obterem bons resultados, mas através da reprodução de informações decoradas (FEYMANN, 2000). Em
ambos os casos, a tendência é que apresentem conexões insuficientes entre os conceitos trabalhados em sala de
aula e o cotidiano, sem capacidade de aplicarem os conhecimentos em novos contextos (FEYMANN, 2000;
MENDES et al., 2007).
Desse modo, uma forma de aperfeiçoar o processo ensino-aprendizagem desta disciplina é trazer fatos do
cotidiano para a sala de aula, tal como os PCN+ Ensino Médio (BRASIL, 2002, p. 18) sugerem:
O desenvolvimento dos fenômenos elétricos e magnéticos, por exemplo, pode ser dirigido
para a compreensão dos equipamentos elétricos que povoam nosso cotidiano, desde aqueles
de uso doméstico aos geradores e motores de uso industrial, provendo competências para
utilizá-los, dimensioná-los ou analisar condições de sua utilização. Ao mesmo tempo, esses
mesmos fenômenos podem explicar os processos de transmissão de informações,
desenvolvendo competências para lidar com as questões relacionadas às telecomunicações.
Dessa forma, o sentido para o estudo da eletricidade e do eletromagnetismo pode ser
organizado em torno a esses aspectos mais presentes no mundo vivencial.
Esta ação pode permitir que os estudantes tenham uma visão mais clara do assunto lido no livro didático
ou assistido em uma aula expositiva, já que parte do conhecimento prévio destes (PAIVA; MAHFOUD, 2007).
Desta forma, por meio da contextualização daquilo que é ensinado, a Física seria um meio, e não um fim, para a
compreensão do mundo (RICARDO, 2004). Neste sentido, o uso de experimentos como elementos motivadores
do processo ensino-aprendizagem é bastante válido (OSTERMANN; CAVALCANTI, 2010). Feymann (2000)
exemplifica:
Quando você pega um torrão de açúcar e o fricciona com um par de alicates no escuro, podese ver um clarão azulado. Alguns outros cristais também fazem isso. Ninguém sabe o motivo.
O fenômeno é chamado ‘triboluminescência’. Aí alguém vai para casa e tenta. Nesse caso, há
uma experiência da natureza.
Segundo Skinner, a aprendizagem está relacionada à eficiência na organização das condições
estimuladoras da aprendizagem. Assim, o educador pode modelar as respostas aos seus objetivos buscando
conseguir, através da tecnologia educacional, um novo comportamento, nomeado por Skinner como modelagem
(FERRARI, 2004; OSTERMANN, CAVALCANTE; 2010). Esta seria a aprendizagem, a capacidade do
estudante de modificar conceitos já compreendidos. Para atingir este objetivo, e seguindo as ideias de Skinner, o
educador pode proceder da seguinte forma: fornecer um modelo, condicionar a conduta, dar um estímulo,
apresentar parte da resposta, e omitir parte ou toda a representação escrita, visando que o estudante procure estas
respostas por si só (FERRARI, 2004).
Desse modo, considerando o contexto exposto previamente, foi desenvolvida a seguinte pergunta: um
ambiente escolar que apresenta ao aluno, além da exposição oral com resolução massiva de exercícios
como reforço, associada ao uso de experimentos como fatores de motivação, é mais favorável ao
aprendizado de Física?
Para testar a hipótese acima, foi desenvolvido um trabalho na cidade de Anápolis, Goiás, no Colégio
Polivalente Frei João Batista, em quatro turmas da 3ª série do Ensino Médio. Em duas delas, 3ªC e 3ªD foram
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realizados, além das aulas expositivas e resoluções de exercícios, experimentos cujo tema era “resistores”. A
escolha por este conteúdo se deu, principalmente, pelo fato de que as aulas que o contemplam geralmente
acontecem através de exposição oral e representações gráficas que exigem alto grau de abstração, por serem
muito diferentes dos dispositivos em questão.
A seguir, é apresentado o referencial teórico do estudo desenvolvido. Posteriormente, são descritos os
procedimentos utilizados na referida escola. Após esta etapa, são fornecidos os resultados de um questionário
diagnóstico, pontuando a opinião dos alunos a respeito das atividades realizadas na escola, assim como uma
análise estatística entre as notas das turmas que participaram dos experimentos e daquelas que não foram
contempladas com esta metodologia. Por último, fez-se a análise e as considerações finais acerca do projeto,
discutindo os dados referentes ao desempenho dos 144 alunos participantes.
REFERENCIAL TEÓRICO
Corrente elétrica
A grandeza escalar corrente elétrica se caracteriza por um fluxo de partículas portadoras de cargas
elétricas que se movimentam de uma região para outra, em um condutor. A corrente só se faz necessária quando
ao condutor é estabelecido um campo elétrico, no qual as cargas são submetidas a uma força elétrica que as
conduzirá de forma desordenada, recebendo o nome de movimento de deriva das cargas livres. O valor numérico
da corrente elétrica i é caracterizado pela razão entre o módulo da quantidade de carga ∆Q que passa por uma
secção tranversal, em uma fração de tempo ∆t (HALLIDAY et al., 2007).
Resistores
O resistor é um dispositivo elétrico, cuja função é resistir à passagem de corrente elétrica. Existem
resistores elétricos de vários tamanhos, tipos e potências. A adoção destes dependerá do objetivo de uso. Em um
circuito eletrônico, o resistor tem a função de operar com o menor fornecimento de calor possível, sendo sua
função básica a queda de tensão em partes de um circuito, sem provocar a queda de corrente elétrica. Este tem
como matéria-prima o carvão ou a cerâmica. Para a função de efeito joule, ou seja: conversão de energia elétrica
em térmica, é utilizado um resistor espiralado, muito comum em chuveiros e ferros de passar roupa, cuja função
é converter energia elétrica em térmica (HALLIDAY et al., 2007). A Figura 1 mostra os dois tipos de resistores
e sua representação pictórica.
Figura 1: Resistor de circuito elétrico, resistor que causa
efeito joule e representação gráfica de ambos,
respectivamente.
Matriz de Contato Protoboard
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A protoboard é utilizada para fazer montagens provisórias, teste de projetos, entre outras utilidades. Ela é
composta por uma base plástica, contendo numerosos orifícios, o que facilita a inserção de terminais de
componentes eletrônicos. Internamente, existem ligações metálicas em série nos orifícios, permitindo
interligações entre eles. Este dispositivo é de fácil manuseio devido aos componentes serem facilmente retirados,
sem a utilização de soldas, permitindo assim novas montagens (LINHARES, 2011). A imagem abaixo (Figura 2)
ilustra uma matriz de contato utilizado no trabalho.
Figura 2: Matriz de contato de 830 furos.
Esta matriz dispõe de dois pares de linhas na horizontal, de coloração azul e vermelha. Estas podem ser
utilizadas para a alimentação do circuito, e por isso possuem os símbolos de positivo (+) e negativo (-) (FUMEP,
2013).
As filas verticais da placa são interligadas entre si, e possuem dimensionamento próprio para a montagem
dos circuitos, além de serem organizadas em números e letras, facilitando a localização dos orifícios
(HALLIDAY et al., 2007). Para melhor entendimento da interligação dos orifícios da placa, segue abaixo a
Figura 3, que traz a sua parte inferior.
Figura 3: Imagem das ligações dos orifícios da placa.
A matriz em geral possui uma boa resistência mecânica, conferindo uma boa durabilidade. Sua fabricação
é de metal flexível, a qual pode ser restaurada em caso de rompimento ou deformação dos orifícios (LINHARES,
2011). A imagem abaixo (Figura 4) apresenta contatos transversais e longitudinais da matriz.
Figura 4: Contatos transversais e longitudinais.
Os contatos são constituídos de berílio-cobre, banhados em prata-níquel. Há também modelos banhados a
ouro, o que aumenta a durabilidade em função da não oxidação, e cuja flexibilidade do material permite o
encaixe de vários calibres de fio (FUMEP, 2013). As imagens a seguir (Figura 5 e Figura 6) ilustram
graficamente montagem de pequenos circuitos de resistores na matriz.
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Figura 5: Exemplos de Circuitos Simples na Matriz de Contato.
Figura 6: Exemplo de Curto-Circuito.
PROCEDIMENTOS
O presente trabalho foi realizado em quatro salas de terceira série do Ensino Médio, na Escola Polivalente
Frei João Batista, localizada na cidade de Anápolis, Goiás, compreendendo dois bimestres escolares. Para
facilitar as análises estatísticas, as turmas foram identificadas da seguinte forma: 3ªA e 3ªB - Turma A Controle;
3ªC e 3ªD - Turma B Controle.
No terceiro bimestre de 2013, os conteúdos foram trabalhados de forma tradicional nas turmas
participantes do projeto (A e B Controle): aula expositiva (quadro e giz) e resolução massiva de exercícios. Já no
quarto bimestre, a Turma A Controle manteve a mesma metodologia, enquanto na Turma B Controle as aulas
expositivas foram acompanhadas de experimentos, utilizando material de fácil manuseio e baixo custo. Em
ambas as turmas, foram ministrados os mesmos conteúdos e resolvidos os mesmos exercícios. Nos dois
bimestres, foram contabilizadas 24 horas/aulas em cada turma.
Para a realização das atividades experimentais, os estudantes pertencentes à Turma B Controle foram
divididos em quatro grupos com sete integrantes cada, sendo este critério adotado devido à restrição dos
equipamentos (quatro kits, cada um contendo um multímetro, uma matriz, doze resistores de valores nominais
diferentes, duas agulhas para desviar a corrente de modo a fazer uma ligação em série com o amperímetro, e
duas pilhas).
Os momentos teóricos foram ministrados no início de cada aula, tendo como recurso o quadro branco.
Estes tinham como objetivo apresentar o conteúdo que seria trabalhado com os kits de aula prática, relacionando
as simbologias desenhadas aos materiais que seriam utilizados. A Figura 7 apresenta um destes momentos.
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Figura 7: Demonstração teórica do tema.
Os grupos também receberam listas de exercícios, com ordem crescente de dificuldade, para que
pudessem resolvê-los a partir do que foi trabalhado, utilizando também o kit recebido.
Criando circuitos em uma matriz de contato
Nas aulas iniciais, os alunos aprenderam a manusear a matriz de contato e o multímetro digital. Buscou-se
a compreensão destes quanto à forma como se interliga os orifícios da matriz e, em relação ao multímetro, o
entendimento de suas três funções básicas: ohmímetro, voltímetro e amperímetro.
Alguns exercícios foram organizados de modo que os alunos pudessem ter contato com o aparelho,
enfatizando a verificação das resistências por código de cores. Em seguida, sugeriu-se a montagem de circuitos
na matriz, o que possibilitou, com o uso multímetro digital para a função ohmímetro, verificar a resistência
equivalente, e também a resistência individual de cada resistor no circuito.
Quanto à função voltímetro, a placa foi alimentada por duas pilhas em série de descrição nominal 1,5V
cada uma, permitindo aos alunos a verificação das tensões nos extremos, e as tensões individuais para cada
resistor.
Com a montagem de três circuitos em uma matriz de 840 furos, os estudantes mensuraram, com o
multímetro, a tensão nos extremos de uma associação em série de três resistores iguais (Figura 8). Assim, pôde
ser comprovado o valor da tensão das duas pilhas em série que alimentaram a matriz.
Figura 8: Tensão para três resistores em série.
A partir da décima aula, verificou-se que os alunos já apresentavam significativa facilidade para transpor
diversos circuitos na matriz e manusear o multímetro. Através dos exercícios propostos, os participantes
puderam observar uma corrente única para todos os resistores ligados em série, e uma distribuição proporcional
para aqueles ligados em paralelo. Quanto à tensão aplicada na placa contendo duas pilhas em série de 1,5V, foi
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perceptível que na associação em série, as tensões se dividiam proporcionalmente às resistências, enquanto na
associação em paralelo, elas eram distribuídas uniformemente para cada resistor.
A Figura 9 apresenta três resistores iguais associados em série, cuja tensão foi medida somente em dois
deles. A partir destes, os grupos comprovaram que a subdivisão das tensões foi proporcional aos dois resistores
em série, utilizando um multímetro digital na função voltímetro.
Figura 9: Tensão para dois resistores de uma serie de três resistores.
A partir da décima segunda aula, apresentou-se aos alunos circuitos com maior grau de dificuldade,
considerando o estudo de associações em série e em paralelo. Nesta proposta, os grupos resolveram uma espécie
de quebra-cabeça: a montagem de uma ponte de Wheatstone, utilizando dois resistores em série ligados
paralelamente a outros dois outros, também em série (todos de mesmo valor nominal, comprovado por código de
cores).
A ponte possuía dois pontos de potenciais iguais, sendo ligado a eles um amperímetro. Neste contexto, foi
constatada a não passagem de corrente, ou seja: o equilíbrio da ponte. A Figura 10 representa a estrutura descrita,
onde, para se mensurar a corrente nula, foram utilizadas duas agulhas. O emprego destas facilitou a leitura do
amperímetro, por proporcionar uma ligação em série com este dispositivo.
Figura 10: Ponte de Wheatstone em equilíbrio.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A participação e o interesse dos alunos foram visíveis durante a realização dos experimentos, sendo
perceptível que estes acreditam que tal abordagem é uma boa maneira de facilitar o processo de aprendizagem.
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Para verificar,, formalizar e analisar o ponto de vista dos educandos acerca da metodologia adotada, foi
solicitado aos estudantes das Turmas
Turma A e B Controle o preenchimento individual de um questionário contendo
quatro questões objetivas.
A primeira questão, aplicada apenas na Turma B Controle, tinha como objetivo identificar o impacto da
abordagem experimental nas aulas de Física. Assim, a Figura 11 aponta que a maioria dos estudantes percebem
pontos positivos: 61,9% confirmam uma melhor compreensão dos conteúdos e 32,3%, um maior interesse pela
disciplina. É importante frisar que 2,8% dos alunos acreditam que houve um maior desinteresse
desinteress pela disciplina e
1,8% afirma que não houve mudança na sua percepção deste conteúdo.
Figura 11. O que mudou nas aulas de física com a chegada da aula experimental. Melhor
compreensão dos conteúdos (61,9%); maior interesse pela disciplina (32,3%); maior
m
desinteresse pela disciplina (2,8%); nenhuma mudança (1,8%).
Quanto ao que o educando sugere, visando melhorias nas aulas de Física na escola (questão 2), a maioria
(43%) afirma que o aumento na quantidade de aulas experimentais
experimentais seria necessário para atingir este objetivo. As
respostas “estou satisfeito” e “aulas com vídeos e simulações”” foram marcadas pela mesma quantidade de
pessoas, correspondendo a 13,8%. Alguns estudantes (10,1%) sugeriram “aulas fora da sala de aula”, e 7,3%,
“maior divulgação dos experimentos”. Feiras de Ciências também foram sugeridas (5,5%), assim como o
aumento na quantidade de exercícios resolvidos em sala (2,7%). Observe a Figura 12.
Figura 12: O que você sugere para a melhoria das aulas de física na escola. Estou
E
satisfeito (13,8%); maior
m
divulgação dos experimentos (7,3%); aulas
ulas com vídeos e
simulações (13,8%); aumento
a
das aulas experimentais (43%); aumento
umento da resolução de
exercícios (2,7%); aulas
a
fora da sala de aula (10,1%); feira de Ciências (5,5%).
(5,5%)
A última pergunta (Figura
Figura 13) aponta a indisposição física/emocional como o principal fator que
desmotiva os estudantes a frequentarem a escola (37,5% das respostas), seguido do desinteresse por partes dos
professores (36,4%). As outras respostas se referem ao transporte
transporte (13,4%), excesso de tarefas propostas pelos
professores (9,3%), e ausência de uma boa relação entre escola e comunidade (7,1%).
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Escolar
Figura 13: O que desmotiva o estudante a frequentar a escola. Comunidade ausente
(7,1%); baixa
aixa motivação do professor (36,4%); muita tarefa (9,4%); indisposição
i
física/emocional (37,5%); transporte
t
ineficiente (13,4%).
Apesar dos questionários apontarem que os estudantes, em sua maioria, veem como positiva a adoção de
experimentos nas aulas de Física, percebeu-se
percebeu se a necessidade de analisar se esta metodologia, além de propiciar
uma maior atratividade em relação ao conteúdo proposto, também permitiu maior aquisição de conhecimentos
por parte dos envolvidos.
Neste contexto, foram analisadas as notas
notas das provas de Física do terceiro bimestre das Turmas A e B
Controles,, ou seja: antes do inicio das aulas experimentais. As médias foram 4,87 ± 2,01, e 4,82 ± 2,14,
respectivamente. Aplicando o teste t-student usando o software R, encontramos t = 0,1383, com p = 0,4451.
Logo, podemos afirmar que, estatisticamente, as duas turmas tiveram médias iguais, com nível de significância
de 1%. Um resultado era esperado, pois todas as turmas tiveram as mesmas aulas, com as mesmas resoluções de
exercícios.
No quarto bimestre, a Turma A Controle (sem experimento) obteve média de 3,54 ± 1,95. Já a Turma B
Controle (com experimento) obteve média de 4,29 ± 1,82. Aplicando o teste t-student,, o resultado foi o seguinte:
t = -2,3646
2,3646 com p = 0,009. Desta forma, podemos afirmar
afirmar estatisticamente que a média da Turma A Controle foi
menor do que a da Turma B Controle,
Controle considerando um nível de significância de 1%.
Os resultados das médias indicam que aulas acompanhadas com experimentos levam a uma melhor
compreensão dos conteúdos. Outro indicativo de que as aulas com experimentos ajudam na compreensão dos
alunos pode ser visto na Figura 14:
14
Figura 14:: Boxplot das avaliações das turmas A e B, antes de depois dos experimentos.
Na Figura 14 (quarto bimestre), é observável que a amplitude interquartílica da Turma A Controle (sem
experimento) é significantemente maior que a Turma B Controle (com experimento). Esta maior amplitude
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interquartílica indica que, nesta, houve uma maior concentração das notas entre 4,0 e 6,0, enquanto que na
naquela, os valores estão entre 2,0 e 6,0. Outro fato interessante de observar é que a mediana na Turma B
Controle (com experimento) é maior do que a da Turma A Controle (sem experimento).
Como, no questionário, houve relevante quantidade de respostas que sugerem outros pontos para que as
aulas de Física sejam melhores, percebe-se que, de forma geral, os estudantes estão poucos satisfeitos com aulas
focadas na exposição oral dos conteúdos. O reflexo disto inclui a indisposição dos alunos em frequentar as aulas,
que também tende a interferir na disposição do professor em sua prática profissional.
Considerando as questões pontuadas, a pesquisa nos mostra indícios de que o uso de experimentos
provoca uma maior atratividade por parte dos estudantes no que tange ao conteúdo, facilitando na resolução de
exercícios. Neste contexto, percebe-se que tal fato está relacionado a outros fatores positivos, como a
possibilidade de ampliar a compreensão dos conteúdos e outras questões, como a redução da indisciplina e da
evasão, e a elevação das notas, comprovada pela análise das médias. Neste estudo mostramos que uma mudança,
mesmo pequena, na forma de como ministrar aulas, otimizou o processo de ensino-aprendizagem do conteúdo
trabalhado.
Para uma próxima etapa, pode-se avaliar se os resultados se apresentam melhores quando adotadas
metodologias com enfoque construtivista, como a aprendizagem significativa, de David Ausubel; ou
Metodologia por Projetos.
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