TEXTOS HISTÓRICOS E EXPERIMENTOS - A CONSTRUÇÃO DE SUBSUNÇORES PARA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE CONCEITOS DE ELETROSTÁTICA NO ENSINO MÉDIO

## TEXTOS HISTÓRICOS E EXPERIMENTOS - A CONSTRUÇÃO DE SUBSUNÇORES PARA APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE CONCEITOS DE ELETROSTÁTICA NO ENSINO MÉDIO

## HISTORIC TEXTS AND EXPERIMENTS - THE BUILDING OF SUBSUMERS FOR MEANINGFUL LEARNING OF CONCEPTS OF ELECTROSTATIC IN HIGH SCHOOL

Sergio Luiz Bragatto Boss , Antonio Albérico Oliveira de Andrade , Moacir 1 2 Pereira de Souza Filho , João José Caluzi 3 4

- 1 UFRB/CFP - Universidade Federal do Recôncavo da Bahia/Centro de Formação de Professores; serginho@fc.unesp.br

## Resumo

Diversas pesquisas na área do Ensino de Ciências apontam algumas dificuldades que alunos da Educação Básica e da Superior encontram para aquisição e compreensão de conceitos científicos. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo geral analisar se uma intervenção em sala de aula, utilizando pequenos trechos traduzidos de textos de fonte primária e experimentos produzidos com materiais de baixo custo, possibilita a alunos do segundo Ano do Ensino Médio a construção de subsunçores para aprendizagem de conceitos de eletrostática. Temos como fundamentação teórica a Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel. A pesquisa é do tipo qualitativo, tendo como instrumentos de coleta de dados o questionário e o caderno de notas feito pelos alunos. Foi feito, inicialmente, um mapeamento dos conhecimentos prévios dos sujeitos da pesquisa e, após o desenvolvimento da intervenção foi aplicado um questionário final, para investigar se houve conhecimentos adquiridos pelos alunos. A intervenção foi feita em duas manhãs diferentes. Na primeira delas foi realizada uma atividade com um trecho traduzido de fonte primária sobre o primeiro princípio de Du Fay e com o experimento pêndulo elétrico , em que os alunos preencheram um caderno de notas. Na segunda manhã foi feita uma revisão da etapa anterior, foi feita a leitura e a discussão de um trecho traduzido de fonte primária sobre o segundo princípio de Du Fay, e foi aplicado um questionário. A análise dos dados e resultados revelou que a partir da nossa intervenção os alunos adquiriram alguns conhecimentos relevantes para posterior aprendizagem significativa de conceitos de eletrostática.

Palavras-chave : Ensino de Física. Aprendizagem Significativa. História da Ciência. Eletrostática.

## Abstract

Several studies in the area of Science Education pointed out some difficulties that students of Basic and Higher Education have for the acquisition and understanding of scientific concepts. Thus, this study aims to analyze whether an intervention in the classroom, using small snippets of text translated of primary source materials and experiments produced with low cost materials, allows students the second year of high school building for subsumers to the learning the physical concept of electrostatic. We have the Meaningful Learning Theory of David Ausubel as theoretical base. This research is qualitative, and as instrument of data collection have the questionnaire and diary notes made by students. It was done initially, a mapping of miss conceptions of the students, and after the development of the intervention, a final questionnaire was applied to investigate that knowledge was acquired by the students. The intervention consisted of two different mornings. In the first activity was performed with an excerpt translated from a primary source text on the first principle of Du Fay and the electric pendulum experiment, in which the students filled out a notebook. The second activity was a revision from the previous step; the reading and discussion of a excerpt translated from Du Fay in which he describes his second principle ; and was applied a questionnaire. Data analysis and results showed that from our intervention students acquired some subsumers for meaningful learning of the concepts of electrostatic.

Keywords : Physics Education. Meaningful Learning. History of Science. Electrostatic.

## Introdução

Algumas pesquisas apontam dificuldades que estudantes da Educação Básica e Superior enfrentam no processo de aprendizagem de conceitos de eletrostática. Entre outras razões, destacam-se as 'ideias prévias dos estudantes derivadas de uma análise 'superficial' das experiências sensoriais relativas à eletrostática', tais como o atrito de uma caneta e atração de papeizinhos (FURIÓ; GUISASOLA, 1998, p. 131). Estudantes de nível básico e superior, mesmo após passarem pela instrução formal, ainda apresentam ideias alternativas sobre eletrostática, sobretudo àquelas relacionadas à natureza elétrica da matéria (FURIÓ; GUISASOLA, 1998, p. 136-7). Segundo Boss (2009, p. 59-60), graduandos, antes de cursarem a disciplina de Física Geral 3 (Eletricidade e Magnetismo), apresentaram ideias confusas sobre o conceito de carga elétrica , mesmo já tendo cursado o Ensino Médio, nível em que o currículo contempla tal conteúdo.

Pesquisas recentes têm demonstrado que a História da Física pode ser utilizada para prover elementos cognitivos que fundamentam a aquisição de novos conhecimentos científicos, estando de acordo com os pressupostos da Teoria de David Ausubel (BOSS, 2009). Isto pode ser feito a partir de propostas metodológicas que aliam a discussão de traduções de excertos de fonte primária e experimentos feitos com materiais de baixo custo.

A leitura e utilização de textos têm sido destacadas como uma contribuição importante para o processo educacional (ZIMMERMANN; SILVA, 2007; BUENO; PACCA, 2009; MONTENEGRO; ALMEIDA, 2005). Diante disso, acreditamos ser

possível utilizar excertos de traduções de originais em nível Médio, visando contribuir com o processo de ensino-aprendizagem de conceitos científicos.

A construção e utilização de experimentos históricos na educação científica podem ser feitas a partir de duas tendências: i) preza 'pela reprodução fiel dos mínimos detalhes dos instrumentos'; ii) não preza por uma reprodução meticulosa dos detalhes, mas os aparatos construídos 'guardam [...] os princípios físicos fundamentais contidos em suas fontes inspiradoras' (MEDEIROS; MONTEIRO JÚNIOR, 2001). Na segunda vertente 'o principal objetivo é reproduzir os fenômenos físicos [...], a fidelidade aos detalhes do experimento original é de interesse secundário. O desafio [...] não é a verificação da exatidão de repetição, mas a caracterização do fenômeno a ser replicado' (CHANG, 2011, p. 320).

A partir desses pressupostos, elaboramos uma proposta de intervenção para o Ensino Médio que associa traduções de excertos de fontes primárias e experimentos feitos com material de baixo custo, tendo como base a Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel. Partimos de algumas dificuldades apontadas pela literatura, no que tange à aprendizagem de conceitos de eletrostática (FURIÓ; GUISASOLA, 1998, 1999; FURIÓ; GUISASOLA; ZUBIMENDI, 1998), e das concepções prévias dos sujeitos da pesquisa, para proporcionar a eles um momento em que pudessem adquirir alguns conhecimentos que, futuramente, poderão subsidiar a aprendizagem significativa de conceitos de eletrostática (BOSS, 2009; BOSS; SOUZA FILHO; CALUZI, 2009; BOSS et al., 2011).

Segundo Furió e Guisasola (1998), os problemas apresentados para a interpretação de fenômenos eletrostáticos básicos, como a eletrização por atrito ou a atração de pequenos corpos leves por um corpo eletrizado, envolvem conceitos como a natureza elétrica da matéria. Para a explicação do fenômeno de eletrização de um isolante por atrito é preciso 'aceitar previamente a existência de cargas positivas e negativas nos corpos atritados e a transferência de cargas de um para o outro' (FURIÓ; GUISASOLA; ZUBIMENDI, 1998, p. 166). Contudo, alguns alunos mesmo depois de passarem pela educação formal não apresentam tais conhecimentos (FURIÓ; GUISASOLA, 1998, p. 136). Uma clara compreensão desses conceitos é fundamental quando se quer 'iniciar os estudantes em uma visão científica dos fenômenos eletrostáticos e da eletricidade' (FURIÓ; GUISASOLA; ZUBIMENDI, 1998, p. 166).

Entendemos que o conhecimento de que (i) a matéria é elétrica e que (ii) no processo de eletrização por contato esta eletricidade é transferida de um corpo para outro pode ser construído a partir do trabalho em sala de aula com textos históricos e experimentos sobre os dois princípios de Du Fay. Além disso, pode-se compreender como foi construída a proposta de Du Fay sobre a existência de duas eletricidades distintas e o princípio empírico de que eletricidades diferentes se atraem e iguais se repelem. Entendemos que tais conhecimentos podem ser importantes para a aprendizagem de conceitos de eletrostática. Assim, este trabalho tem como objetivo geral analisar se uma intervenção em sala de aula, utilizando pequenos trechos traduzidos de textos de fonte primária e experimentos produzidos com materiais de baixo custo, possibilita a alunos do segundo Ano do Ensino Médio a construção de subsunçores para aprendizagem de conceitos de eletrostática.

## Teoria de David Ausubel - breves considerações

O referencial teórico desta pesquisa é a Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel. Devido aos limites de espaço do presente texto pontuaremos apenas alguns aspectos essenciais desta teoria. A aprendizagem significativa ocorre na medida em que uma determinada ideia relaciona-se de forma não-arbitrária e não-literal a alguns conhecimentos relevantes existentes na estrutura cognitiva do aprendiz. (AUSUBEL et al., 1980, p. 34; AUSUBEL, 1968, p. 38-9) . Ausubel denomina os conhecimentos relevantes da estrutura cognitiva que 1 servem de ancoradouro para a nova informação de subsunçores .

Ressalta-se a importância das tarefas de ensino , às quais é conferido um potencial significativo . Este é determinado por dois fatores: i) a natureza do assunto , que deve ser suficientemente não-arbitrário e não-aleatório, permitindo que ele estabeleça uma relação não-arbitrária e não-literal com informações correspondentemente relevantes localizadas no domínio da capacidade intelectual humana; ii) a estrutura cognitiva de cada aluno , pois não é suficiente que o conteúdo a ser apreendido seja apenas relacionável à ideias relevantes que a maioria dos seres humanos pode adquirir, é necessário que cada aprendiz tenha os subsunçores disponíveis em sua estrutura cognitiva. (AUSUBEL et al., 1980, p.36-7).

Na medida em que a ausência de subsunçores na estrutura cognitiva do aprendiz inviabiliza a aprendizagem significativa, propõe-se uma estratégia para auxiliar o processo de aprendizagem, a qual consiste na utilização de materiais introdutórios adequados, claros e estáveis denominados organizadores prévios . Estes são ministrados antes do conteúdo de aprendizagem com o objetivo de propiciar a aquisição de subsunçores pelo aluno e aumentar a discriminação entre aquilo que ele já sabe e o conteúdo a ser aprendido. (AUSUBEL et al., 1980, p. 143; AUSUBEL, 2003, p. 66; MOREIRA; MASINI, 1982, p. 11). Organizadores prévios devem ser apresentados em um nível de abstração mais elevado, de maior generalidade e inclusão do que o material a ser aprendido (AUSUBEL et al., 1980, p. 143; AUSUBEL, 2003, p. 66). A sua principal função é superar o limite entre o que o aluno já sabe e aquilo que ele deverá aprender, sendo úteis na medida em que funcionam como pontes cognitivas (MOREIRA, 1999, p. 155; MOREIRA; MASINI, 1982, p. 12).

Frente a isso, entendemos que textos históricos e experimentos aliados a propostas metodológicas apropriadas podem ser utilizados para propiciar a aquisição, pelos aprendizes, de conhecimentos relevantes com potencial de subsidiar, futuramente, a aprendizagem significativa dos conceitos científicos. Desta forma, fizemos uma intervenção em sala de aula objetivando que os alunos adquirissem tanto conhecimentos mais gerais quanto conhecimentos mais diferenciados do que o conteúdo específico que seria ministrado posteriormente. Esta proposta fundamenta-se em algumas características dos organizadores prévios sugeridos por Ausubel, contudo, enfatizamos que não é um organizador prévio legítimo, pois não possui todos os seus elementos e características essenciais.

## Metodologia

Este estudo consiste em uma pesquisa qualitativa , que se caracteriza pela produção de conhecimentos sobre fenômenos humanos e sociais, prezando pela compreensão e interpretação de seus conteúdos e não apenas pela sua descrição (TOZONI-REIS, 2007, p. 10). Para este trabalho, utilizamos a técnica de pesquisa definida por Marconi e Lakatos (2009, p. 203) como observação direta extensiva , sendo que os instrumentos de coleta de dados foram o caderno de anotações feito pelos sujeitos da pesquisa e o questionário . O tratamento e a análise dos dados foram feitos com base na Análise de Conteúdo (BARDIN, 1977).

Os sujeitos da pesquisa foram 29 alunos do 2º Ano do Ensino Médio de uma Escola da Rede Pública Estadual do interior do Estado da Bahia. A escolha do 2º Ano foi devido a optarmos por uma turma que ainda não tivesse tido contato com o conteúdo de eletricidade na educação formal, tendo em vista os objetivos desta pesquisa. A escolha da turma foi aleatória. Organizamos o trabalho de campo em quatro etapas: i) avaliação diagnóstica (ou mapeamento dos conhecimentos prévios); ii) contextualização histórica e discussão do primeiro princípio de Du Fay para a eletricidade a partir da tradução de um excerto de fonte primária; iii) proposição de hipóteses e modelos, pelos alunos, a partir de um experimento feito com material de baixo custo; e iv) discussão sobre o segundo princípio de Du Fay, a partir da leitura de um segundo excerto de fonte primária e de um experimento feito com material de baixo custo.

É importante ressaltar que toda a atividade foi realizada a partir de uma abordagem diacrônica, portanto, os textos foram estudados a partir dos elementos conceituais de sua época. Nossa proposta, aqui, é que a compreensão e apreensão daquelas ideias possa subsidiar o entendimento de 'conceitos físicos modernos'.

Para a primeira e quarta etapas utilizamos o questionário como instrumento de coleta de dados. Para a terceira etapa utilizamos um caderno de notas feito pelos alunos durante a realização do experimento. Para a avaliação diagnóstica utilizamos questões de dois tipos: i) genéricas com situações para explicar, sem mencionar qualquer termo referente à eletricidade; e ii) questões específicas, mencionando termos como eletricidade, eletrização, carga elétrica e congêneres. A maioria das questões foi adaptada de questionários publicados (FURIÓ; GUISASOLA, 1998; 1999; FURIÓ; GUISASOLA; ZUBIMENDI, 1998). As questões foram enviadas, por email, para dez professores licenciados em Física para avaliação e validação de conteúdo (MOREIRA; SILVEIRA, 1993, p. 73; VIANNA, 1978, p. 172). Destes, seis professores retornaram críticas e sugestões.

A segunda e terceira etapas, realizadas após o estudo da literatura e análise da avaliação diagnóstica, foram desenvolvidas na mesma manhã. Na segunda etapa foi feita uma discussão com os alunos, de forma expositiva dialogada, sobre alguns aspectos da História da Eletrostática e sobre o primeiro princípio de Du Fay. Esta durou cerca de 60 minutos e tinha como objetivo contextualizar a temática que seria trabalhada em sala de aula, iniciar a problematização de algumas concepções prévias que detectamos na avaliação diagnóstica e discutir o primeiro princípio a partir da leitura da tradução de excertos de textos de Du Fay. Neste momento, foi discutido sobre a possibilidade de a matéria ter eletricidade e de ela ser retirada ou colocada no corpo por meio de um processo denominado de eletrização. Na terceira etapa, que durou cerca de três horas, os alunos receberam um roteiro aberto que

continha algumas orientações e situações problemas para serem resolvidas, a partir da realização de um experimento feito com material de baixo custo e do texto traduzido já discutido. O roteiro tinha espaços para anotações dos fenômenos observados e algumas perguntas para os alunos responderem.

A atividade com experimentos foi realizada com um pêndulo elétrico (ASSIS, 2010, p. 75-80; GASPAR, 2005, p. 225). Com o experimento do pêndulo elétrico conseguimos os fenômenos necessários para ilustrar aqueles descritos no texto traduzido e, assim, realizar as atividades, tal como discute Chang (2011, p. 320). Em linhas gerais, a atividade previa que os alunos atritassem um canudo de refresco com papel e o aproximasse do pêndulo elétrico, o mesmo seria atraído e após o contato seria repelido. Então, após descarregar o pêndulo deveriam fazer o mesmo 2 com um canudo eletrizado por meio de atrito com uma borracha dura ( e.g. , mangueirinha de chuveiro) , o que evidenciaria o mesmo fenômeno. Isto tudo está 3 de acordo com o primeiro princípio de Du Fay . No terceiro passo, os alunos 4 deveriam atritar um canudinho com papel e outro com borracha, aproximar um deles do pêndulo e, após a eletrização do mesmo ( i.e. , atração-contato-repulsão), aproximar o outro canudinho com o pêndulo ainda eletrizado. Isso evidenciaria um fenômeno não previsto pelo primeiro princípio , que é a atração entre corpos eletrizados. Com isso, os alunos deveriam propor um modelo para explicar aquele 5 novo fenômeno. A atividade foi realizada em grupo, mas cada aluno tinha um roteiro. Nosso objetivo nesta etapa é que os alunos comecem a entender o processo que levou Du Fay à proposição da existência de dois tipos diferentes de eletricidade ( i.e. , o segundo princípio de Du Fay) e como surgiu o princípio empírico de que eletricidades diferentes se atraem e iguais se repelem.

A quarta etapa consistiu, inicialmente, em fazer uma revisão da etapa anterior. Focamos no texto do primeiro princípio de Du Fay e no experimento do pêndulo elétrico, tal como proposto no roteiro da terceira etapa. Isso levou a algumas conclusões prévias sobre a inconsistência do primeiro princípio e, em seguida, a uma conclusão similar ao segundo princípio de Du Fay. Este foi o momento de sistematizar toda a discussão anterior e buscar entender como Du Fay resolveu o problema referente ao primeiro princípio, chegando ao princípio empírico sobre atração/repulsão elétrica dos corpos e à proposição das duas eletricidades. Então, foi feita a leitura e a discussão de um trecho traduzido da Quarta Memória em que Du Fay (1733) descreve seu segundo princípio. Feito isso, foi aplicado um questionário, composto de duas questões, que tratava dos princípios de Du Fay.

## Dados e Resultados

Em linhas gerais, o mapeamento de conhecimentos prévios dos alunos evidenciou que eles não consideraram a possibilidade de a matéria ser elétrica, portanto, sendo constituída de eletricidade ou cargas de naturezas diferentes, para explicar os fenômenos eletrostáticos em questão. Não consideraram a possibilidade de o atrito dar ou retirar cargas elétricas dos materiais. Mostra, ainda, um resultado interessante, uma vez que ao serem interrogados sobre conhecerem ou não as propriedades das cargas elétricas apenas quatro alunos disseram que SIM . No entanto, frente a uma situação em que a explicação exigia que lançassem mão de uma das propriedades de carga, o número de alunos aumenta consideravelmente. Assim, a impressão que temos é que alguns sujeitos desta pesquisa até sabem que cargas elétricas diferentes se atraem e que cargas iguais se repelem, mas não associam isto a uma propriedade fundamental das cargas elétricas e têm isso de forma mnemônica, tal como sugere Boss (2009, p. 95). Além disso, os alunos associaram termos como temperatura/aquecimento e energia ao fenômeno de atração/repulsão elétrica por um canudo de refresco atritado com papel.

Diante da avaliação diagnóstica, o desafio não é apenas gerar condições para que os alunos possam apreender a ideia de que a matéria é elétrica e a propriedade atrativa/repulsiva inerente às cargas elétricas, mas problematizar as concepções que versam sobre o aquecimento e a energia. Sendo assim, a discussão feita na segunda etapa do nosso trabalho procurou, também, a partir de uma revisão histórica, questionar e problematizar tais concepções.

Na terceira etapa, dos 29 sujeitos da pesquisa, 13 deles propuseram um modelo explicativo de forma satisfatória para o fenômeno observado no experimento. Dos 13 alunos que propuseram um modelo, 11 deles (3 do G5; 4 do G4; 3 do G3; 1 do G2) propuseram modelos que têm como base a ideia de que os corpos eletrizados se atraem porque um deles tem uma quantidade menor de eletricidade do que o outro. Destes, os 4 alunos do G4 atribuíram a diferença na quantidade de eletricidade ao fato de os canudinhos terem sido atritados com materiais diferentes. Por outro lado, dois alunos do G7 (Al 27; Al 28) propuseram um modelo em que a ideia base é que ao atritar os canudos com materiais diferentes (papel e borracha) eles adquirem eletricidades distintas, e isto seria o fator responsável pela atração entre corpos eletrizados.

Na quarta etapa, a segunda questão versava sobre o segundo princípio de Du Fay. Dezesseis alunos a responderam de forma Parcialmente Satisfatória (PS), e um aluno respondeu de forma Satisfatória (S). Classificamos como PS as respostas que apresentaram elementos importantes do segundo princípio, mas que não o descreveram de forma completa.

## Considerações Finais

Verificamos que os alunos não tinham o hábito de fazer atividades experimentais, portanto, desconheciam alguns elementos procedimentais e atitudinais necessários para tal tarefa. Este pode ser um motivo para o fato de alguns alunos não terem conseguido êxito na atividade da terceira etapa. Outro fator limitante pode ter sido o não entendimento do conceito de modelo por alguns alunos, uma vez que a turma não tinha trabalhado com esse conceito anteriormente. Estas considerações iniciais apontam para dois pontos importantes: a necessidade de

mais trabalhos com experimentos em sala de aula, de um modo geral; e a necessidade de se dar mais ênfase ao estudo do conceito de modelo .

Com relação aos modelos propostos pelos alunos, inferimos que as ideias de que (i) a matéria é elétrica e que (ii) no processo de eletrização por contato esta eletricidade é transferida de um corpo para outro podem ter sido adquiridas por parte dos sujeitos da pesquisa, pois as explicações dadas na proposição dos modelos versam sobre eletricidade sendo transmitida de um corpo para outro, e não sendo criada no momento do atrito como foi detectado por Furió e Guisasola (1998, p. 136) e Furió, Guisasola e Zubimendi (1998, p. 177). Este conhecimento é fundamental para que os alunos possam entender conceitos de eletrostática, podendo servir de ancoradouro para aprendizagem futura. Contudo, é válido ressaltar que trabalhamos numa perspectiva diacrônica, ou seja, as propostas de Du Fay foram estudadas a partir dos elementos conceituais de sua época. Isso implica em o aluno apreender conhecimentos gerais, por exemplo, que o corpo tem eletricidade e que ela pode ser transferida de um corpo para outro. Não foi feita qualquer discussão ou alusão sobre o conceito de carga elétrica. O conhecimento apreendido pelos alunos pode ser reestruturado posteriormente em termos de elementos mais específicos (BOSS, 2009).

Um ponto importante é que as concepções prévias de atração/repulsão relacionadas à temperatura/aquecimento e à energia não aparecem na terceira fase. Isso pode ser um indício de que a discussão histórica inicial e a problematização das concepções prévias dos alunos foram profícuas em questionar a validade de tais concepções. Não estamos afirmando que eles descartaram as referidas concepções, mas que podem ter começado a entender que elas trazem em si alguns problemas.

Os dados coletados a partir da quarta etapa evidenciam que parte dos alunos adquiriram alguns conhecimentos referentes ao segundo princípio de Du Fay, que posteriormente podem subsidiar a aprendizagem significativa do conceito de carga elétrica. Dentre eles destacamos: i) a ideia de que existem dois tipos de eletricidade, pois este conhecimento poderá servir de base para o professor de Física discutir a existência de dois tipos de carga elétrica na natureza; e ii) como se deu a proposição do princípio empírico sobre a atração/repulsão elétrica, possibilitando ao aluno compreender que não se trata de uma mera ' regrinha ' que diz que ' cargas iguais se repelem e cargas diferentes se atraem ', mas se trata de uma propriedade fundamental das cargas elétricas. Conclui-se, então, que a proposta de intervenção descrita neste trabalho possibilitou aos sujeitos da pesquisa a aquisição de algumas ideias relevantes que podem servir de ancoradouro para uma posterior aprendizagem significativa de conceitos de eletrostática..

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