O CONCEITO DE CAMPO ELÉTRICO EM DEBATE: POSSIBILIDADES PARA O ENSINO DE FÍSICA APOIADO PELA HISTÓRIA DA CIÊNCIA.

## O CONCEITO DE CAMPO ELÉTRICO EM DEBATE: POSSIBILIDADES PARA O ENSINO DE FÍSICA APOIADO PELA HISTÓRIA DA CIÊNCIA

## THE CONCEPT OF ELECTRIC FIELD IN DEBATE: POSSIBILITIES FOR TEACHING PHYSICS SUPPORTED BY THE HISTORY OF SCIENCE

Wagner Moreira da Silva , Winston Gomes Schmiedecke 2 1

1 Departamento de Física - IFSP, wagnermoreira.fisica@bol.com.br 2 Departamento de Física - IFSP, winston.fisica@gmail.br

## Resumo

Depois de assistirem a produções cinematográficas relacionadas à vertente ficção científica , tais como Matrix, X-Men e Vingadores, seria possível que os alunos do Ensino Básico enxergassem um problema ontológico na ideia de campo? Será que nos dias de hoje, com mensagens de texto e multimídia dos cada vez mais modernos aparelhos de comunicação, os alunos encontrem dificuldades severas para entender o significado de uma 'interação à distância'? E quanto aos conhecimentos do professor em inicio de atuação, será que ele está preparado para lidar com as negociações entre os saberes acadêmicos e essas novas tecnologias? O presente trabalho tem como objetivo avaliar a eficácia da problematização feita em sala de aula acerca de alguns conceitos físicos sob a luz da construção e do desenvolvimento histórico dos mesmos. A partir da identificação e da análise dos mecanismos de investigação científica destinados à formulação didática de um conceito físico, buscamos compreender os traços gerais da metodologia aplicada e mais bem delinear as relações existentes entre teoria e realidade. Organizamos o relato de dois episódios históricos contrapondo algumas 'antigas' questões instigadoras envolvendo a construção histórica do conceito físico de campo elétrico . No primeiro, Ampère descreve a interação eletromagnética através de espiras formadas pelos movimentos dos elétrons. No segundo, Faraday apresenta seu modelo de linhas de força a partir da disposição de limalhas de ferro ao redor de ímãs. Consideramos a efetividade da utilização de recursos multimídia, o debate e outros referenciais metodológicos em sala de aula na formulação de uma sequência de ensino embasada pelos resultados obtidos sob a égide de um olhar históricofilosófico e pautada pelas principais recomendações constantes nos documentos oficiais, endossadas por alguns dos principais especialistas da área de ensino de ciências.

Palavras-chave : História da Ciência - Construção de Conceitos em Física Episódios Históricos.

## Abstract

After watching the movies related to science fiction aspects, such as Matrix, X-Men and Avengers, it would be possible for students of basic education identify an ontological problem in the idea of field? Nowadays, with text messaging and

multimedia from more modern communication devices, would students have severe difficulties to understand the meaning of "distance interaction"? And as for the knowledge of the teacher in the beginning of operation, is he prepared to handle the negotiations between the academic knowledge and these new technologies? The present study aims to evaluate the effectiveness of questioning done in class about some physical concepts in the light of the construction and the historical development of the same. Based on the identification and analysis of the mechanisms of scientific research for the formulation of a physical concept teaching, we seek to understand the broad outline of the methodology applied and better delineate the relationship between theory and reality. Organize a report of two contrasting historical episodes some "old" issues involving the instigators of the historic building physical concept of electric field. At first, Ampère describes the electromagnetic interaction through loops formed by the movements of electrons. In the second, model presents its Faraday lines of force from the disposition of iron filings around magnets. We consider the effectiveness of using multimedia resources, references and other methodological classroom discussions in the formulation of a teaching sequence based by the results obtained under the aegis of a philosophical and historical look-guided by the main recommendations contained in the official documents endorsed by some of the leading experts in the field of science education.

Keywords : History of Science - Construction of Concepts in Physics Historical Episodes.

## A formação inicial dos docentes e os conceitos da Física

São diversas as dificuldades que interferem na capacidade do professor em lidar com o conteúdo que ele pretende ensinar. Veenman (1988) destaca alguns dos principais obstáculos, no que diz respeito à formação inicial dos docentes:

- I. A manutenção da disciplina e estabelecimento de regras de conduta dos alunos;
- II. Motivação e trato com as características individuais dos alunos;
- III. Preocupação com a própria capacidade e competência relacionada à gestão de tempo, dinâmica em sala de aula e domínio do conteúdo.
- O chamado 'choque de realidade' concebido por Veenman caracteriza o 1 impacto do inicio da atuação do professor, centralizando a relação entre a teoria (desenvolvida em seu processo de formação acadêmico) e a prática de tais conteúdos em sala de aula. Nesse sentido, o presente trabalho parte da análise conceitual sobre a entidade campo elétrico presente em alguns livros didáticos e apresenta o desenvolvimento de uma sequência didática, avaliando a eficácia da problematização feita pelo professor de Física no início de sua atuação.

Segundo Vilani (1991), qualquer melhoria na formação do professor de física passa pela identificação, análise e tratamento das dificuldades conceituais e cognitivas mais importantes que ele encontra durante o exercício de sua profissão .

Dessa forma, investigar o processo de construção dos conceitos ontológicos e epistemológicos envolvidos no Ensino de Física ganha relevante importância para melhor estruturar ações potencialmente capazes de serem incorporadas à prática pedagógica dos docentes em formação contínua.

Esse objetivo mais amplo requer uma postura diferenciada do professor, que em meio a projetores, videogames e internet necessita se adaptar para promover uma interação mais efetiva com seus alunos. É justamente através desses novos recursos que sua metodologia de ensino necessita alinhar-se aos fundamentos da física para o estudo do modo de ser das coisas.

Uma vez expostos os conhecimentos já elaborados pela ciência, torna-se fundamental privilegiarem-se os problemas que lhes deram origem, como evoluíram, quais foram as dificuldades encontradas etc., dando igualmente a conhecer as limitações do conhecimento científico atual e as perspectivas que, entretanto, se abrem. (GIL-PEREZ, 2001)

Os conteúdos da Física estão há tempos bem fundamentados e toda engenharia atual tem por base seus pressupostos técnicos. Porém, os processos que facilitam o entendimento e a interpretação de determinados fenômenos necessitam de um contexto histórico, necessitam de discussão dos saberes desenvolvidos em sala de aula para oferecer ao aluno reais condições de compreender a ciência como uma atividade humana construída historicamente em estreita relação com as condições sociais, políticas e econômicas de uma determinada época, tornando-o consciente de sua capacidade de interagir de forma crítica com a ciência praticada no contexto em que se encontra inserida. O ensino de Física baseado em tal metodologia é norteado por aspectos próprios da História e Filosofia da Ciência (HFC). 2

## HFC e o debate em sala de aula

O uso da HFC no Ensino e o desenvolvimento do debate em sala de aula têm papel de destaque na discussão proposta neste trabalho. Enquanto que a HFC vem situar e dimensionar a interação do ser humano com a natureza, o debate centraliza o exercício da argumentação como:

'uma atividade social discursiva que se realiza pela justificação de pontos de vista e consideração de perspectivas contrárias (contra-argumento) com o objetivo último de promover mudanças nas representações dos participantes sobre o tema discutido' (De Chiaro e Leitão, 2005, p. 350).

É no âmbito do debate que as controvérsias da Ciência podem ganhar importância para o Ensino de Física. Confrontando ideias os alunos são convidados a identificar um contexto em que uma teoria estava inserida, explorando outros níveis de explicação da física.

Uma controvérsia científica pode ser definida como uma disputa pública persistente, envolvendo parcelas significativas da comunidade científica, sem fácil resolução, envolvendo argumentos 'epistêmicos' (ou seja, argumentos considerados próprios da investigação científica) e também fatores não-epistêmicos, como emoções, traços de personalidade, pressões institucionais, influências políticas, rivalidades nacionais, eventos fortuitos e até fraude. Controvérsias científicas envolvem diferentes crenças ou opiniões, sendo uma disputa relativa a fatos, ao passo que controvérsias

políticas, éticas e tecnológicas envolvem diferentes atitudes, sendo uma disputa relativa a valores. (MCMULLIN, E. 1987 apud Pessoa Jr., O - Notas de Filosofia da Física Clássica)

A partir da realização de debates, os alunos têm a oportunidade de expor suas ideias prévias a respeito de fenômenos e conceitos científicos em um ambiente estimulante. Torna-se, então, necessária a criação de espaços nos quais os alunos possam, por meio da fala, tomar consciência de suas próprias ideias, além de aprender a se comunicar com base num novo gênero discursivo: o científico escolar (Capecchi e Carvalho, 2000).

- O resultado de iniciativas pedagógicas baseadas em tal premissa vem ao encontro das recomendações presentes nos Parâmetros Curriculares Nacional (PCN), privilegiando o desenvolvimento das competências e habilidades dos alunos, e não apenas o conteúdo de Física:

'Utilizar como eixo organizador do trabalho pedagógico as competências desejadas é manter sempre presente a explicitação de objetivos da educação, mas também se transforma em uma estratégia para a ação dos professores. Assim, por exemplo, para desenvolver competências que requerem o sentido crítico, será necessário privilegiar espaços de discussão, tanto na escola como na sala de aula. Nada mais natural, portanto, que substituir a preocupação central com os conteúdos por uma identificação das competências que, se imagina, eles terão necessidade de adquirir em seu processo de escolaridade média.' (BRASIL, 2002, p.60).

Aproveitando-se de alguns critérios historiográficos para o delineamento da metodologia de ensino de uma sequência didática, selecionamos alguns episódios históricos nos quais duas opiniões distintas descreviam os conceitos de campo elétrico . A estratégia proposta é regida pelos quatro momentos descritos a seguir:

- I. Apresentação das principais características de um conceito, utilizando-se das definições disponíveis nos livros didáticos, paradidáticos, recursos de áudio, vídeo e arranjos experimentais.
- II. Levantamento dos diferentes significados que esses conceitos tiveram na história, a partir da investigação efetuada nos relatos de episódios históricos presentes nos textos.
- III. Identificação das características presentes nas atuais tecnologias (filmes, dispositivos eletrônicos , atividades cotidianas etc.).
- IV. Análise, julgamento e conclusões acerca dos modelos físicos aplicados à realidade, culminando com uma avaliação da sequência didática aplicada.

## O conceito sobre Campo Elétrico

Para elencar as principais características no entorno dos conceitos analisados nesse trabalho, tomamos como base os 10 livros didáticos aprovados pelo o Ministério da Educação (MEC) no Programa Nacional do Livro Didático (PNLD) para ministrar o conteúdo de Física durante o ano de 2012.

Em geral, todos os livros apresentam ou indicam bons textos e recursos multimídia de fácil acesso para o professor via internet . A tabela 1 mostra, de forma sucinta, uma compilação das características mais evidentes sobre campo elétrico e a estrutura temática em que esse conteúdo está inserido na maioria dos livros:

Tabela 1 - Quadro de análise do conteúdo campo elétrico presente nos livros didáticos

É importante ressaltar que a característica dos conceitos apresentada acima tem por objetivo situar os conteúdos relacionados ao campo elétrico presentes nos atuais livros didáticos . O quadro não representa a metodologia ou mesmo o resumo 3 dos tópicos apresentados em cada livro. Tratam-se das características que desenvolveremos em nosso trabalho e que estão acessíveis ao professor que tenha interesse e disponibilidade para consultar esse material para seu aprofundamento. Uma análise completa de cada um dos livros está disponível no portal do MEC, no 'Guia de livros didáticos PNLD 2012 '. 4

As informações da tabela 1 permitem-nos observar dois momentos em que os livros situam o conceito de campo elétrico . No primeiro, o conceito aparece logo depois da introdução da Eletrostática, o caráter quantitativo das cargas elétricas e a Lei de Coulomb; algumas obras aproveitam esse momento para introduzir os fundamentos sobre a estrutura da matéria. No segundo momento, o conceito é discorrido por meios de aplicações técnicas evidenciando o processo de indução

magnética e suas aplicações na indústria, na comunicação e no armazenamento de dados. Ambas as abordagens sugerem o estudo do desenvolvimento do processo de unificação entre eletricidade e magnetismo. Dessa forma, optamos pela análise de dois episódios históricos para encaminhamento dos debates a serem desenvolvidos em sala de aula.

## A construção dos episódios Históricos

1° Episódio: Ampère e as espiras dos elétrons - Paris, setembro de 1820. André-Marie Ampère constrói o primeiro galvanômetro e mostra que dois fios paralelos, carregando corrente no mesmo sentido, se atraem. Caracteriza a interação magnética por meio de espiras elétricas de dimensões atômicas. A organização deste episódio é regida pelo o texto 'Contexto da Descoberta do Eletromagnetismo' Pessoa Jr (2002) e também o texto: 'Øersted e a Descoberta do Eletromagnetismo' (Martins, 1986). Os mesmos recursos são utilizados para apresentação do episódio 2.

2° Episódio: Faraday e as linhas de força - Londres, 1821. Michael Faraday observando as curvas descritas pelos fragmentos da limalha de ferro quando espalhada sobre uma superfície imantada, propôs um modelo de linhas de força que se estendia em torno do ímã. Para este episódio, além das referências citadas anteriormente, buscamos alguns argumentos apresentados no texto "Aspectos Físico e Matemático no Ensino do Conceito de Campo Elétrico" (SILVA, O. H. M.; GARCIA, 2009).

Organizar um relato histórico é uma tarefa árdua, pois requer cautela e muita atenção. É preciso seguir alguns preceitos historiográficos essenciais para a efetividade do uso da HFC. O episódio histórico de um determinado acontecimento está relacionado a uma série de fatores que fogem da alçada de um simples texto com nomes, tatos e datas. Segundo Forato et al. (2011):

Uma vez que as práticas científicas mudam ao longo do tempo e diferem nas diversas disciplinas científicas (MARTINS, 1999) a análise de episódios históricos permite a discussão sobre modelos de natureza da ciência envolvidos na produção do conhecimento científico. Isso favorece a compreensão do caráter dinâmico da construção da ciência, evidenciando que cada época e cada cultura adotaram critérios próprios para validar a construção do conhecimento. (FORATO, MARTINS e PIETROCOLA, 2011, p.35)

Compreendendo os episódios históricos dessa forma, consideramos alguns instrumentos didáticos que podem tornar a sequência didática mais adequada para contemplar à versatilidade das nuances históricos sobre campo elétrico , os quais se encontram organizados e descritos a seguir, na tabela 2:

## Metodologia proposta para estrutura do debate sobre Campo Elétrico

Acreditamos que, para um trabalho efetivo com debates em sala de aula, é preciso que o aluno tenha um envolvimento com o conteúdo desenvolvido, ou em vias de se desenvolver. Com essa intenção, a proposta que segue sobre a organização do debate pode ser aplicada em dois momentos: a) como atividade introdutória: é possível introduzir os dois episódios históricos através de vídeos ou mesmo alguns arranjos experimentais que envolvam indução eletromagnética e, em seguida, passar para análise dos textos indicados da sessão anterior; e b) como atividade de encerramento: neste caso, os alunos já teriam contato com todas as questões conceituais apresentadas na tabela 1, a elaboração dos seus argumentos poderia abranger maior profundidade e gerar melhor discussão sobre o tema.

Para as duas opções é importante ressaltar que o debate não deve ficar restrito à simples discussão sobre o conceito de campo. O interessante é que os alunos tomem partido por concepções distintas, no caso, os partidários das teorias de Faraday e Ampère.

Tabela 2- Critérios para desenvolvimento do debate

## Sugestões para a avaliação da atividade

Ao término do debate, o professor pode pedir um parecer dos jurados a respeito do conceito de força e dirimir as dúvidas remanescentes acerca dos

Amazonas.

posicionamentos tomados pelos dois grupos. Como avaliação escrita, seria interessante o professor aproveitar as mesmas questões elaboradas pelos alunos.

A seguir apresentamos uma sugestão de questionário baseado nos textos de referência e as dúvidas mais recorrentes sobre o tema.

Tabela 3 - Sugestões de questões para a avaliação da proposta

## Conclusão

Os recursos didáticos enfatizados neste trabalho destacam reais possibilidades de se utilizar HFC no ensino de Física. Defendemos que algumas das dificuldades pontuadas sobre o início da atuação do professor podem ser contornadas a partir da metodologia aqui apresentada, em grande parte pautada pelo enfoque histórico-filosófico dos conteúdos em harmonia com alguns recursos técnicos.

Temos ciência de que o domínio do conteúdo e os vários nuances do processo de ensino-aprendizagem se constrói aos poucos, ao longo da carreira do professor. Porém, as ferramentas aqui apresentadas podem subsidiar os professores que, no inicio de sua atuação, tenham interesse em trabalhar o contexto histórico no Ensino. O trabalho com debates em sala de aula tem se revelado muito produtivo nesse sentido, principalmente quando subsidiado por recursos da historiografia da HFC.

A estrutura regular com a qual os livros abordam o conteúdo sobre campo elétrico procura atender a tais objetivos. Analisando cuidadosamente essas obras, percebemos um esforço dos seus autores no sentido de destacar o processo de construção dos conceitos físicos e suas relações com as aplicações cotidianas. No entanto, ainda contemplam poucas referências de textos contextualizando as construções de episódios históricos da ciência.

Acreditamos que investir nesse tipo de metodologia propicia uma melhor assimilação por parte dos alunos e, também, auxilia o desenvolvimento do professor em formação interessado por esse tipo de abordagem. Refletindo como o conteúdo pode aplicado na escola em nível básico, o professor é obrigado a se atualizar, enquanto que os alunos, quando em contato com a dinâmica do debate sobre os conceitos discutidos, têm a oportunidade de vivenciar momentos para construção do seu próprio senso crítico em formação.

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