Desafios Experimentais: Uma Motivação para o estudo de Eletromagnetismo

## DESAFIOS EXPERIMENTAIS: UMA MOTIVA˙ˆO PARA O ESTUDO DE ELETROMAGNETISMO

## EXPERIMENTAL CHALLENGES: A MOTIVATION FOR THE STUDY OF ELECTROMAGNETISM

## Alex Fabiano Murillo da Costa , Aline Gonçalves , Dherik Menezes França , 1 2 3 Vanessa Aparecida Wollmann 4

1 UFSM/Professor do Departamento de Física/CCNE, afmurilloc@gmail.com

2 UFSM/ Aluna do Curso de Licenciatura em Física /CCNE allinners@gmail.com

3 UFSM/ Aluno do Curso de Bacharelado em Física CCNE thrynny@gmail.com /

4 UFSM/ Aluna do Curso de Licenciatura em Física/CCNE vanessaawollmann@gmail.com

## Resumo

O presente trabalho relata uma experiŒncia didÆtica realizada em sala de aula e se remete ao processo de avaliaçªo-aprendizagem na disciplina de Física III (conteœdo de eletromagnetismo) dos cursos de Licenciatura e Bacharelado em Física da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). O sistema avaliativo proposto para esta disciplina foi à utilizaçªo de provas dissertativas, cuja preparaçªo Ø atravØs da resoluçªo de lista de problemas numØricos. PorØm, nem sempre saber resolver problemas consiste no correto entendimento do conteœdo conceitual. No entanto, ainda como forma de avaliaçªo foi proposto desafios didÆticos que envolveram conteœdos da disciplina. A ideia principal destas competiçıes didÆticas foi proporcionar uma melhora no conceito, ou seja, na nota, adquirida por aqueles alunos que se propuseram em participar dos desafios. AlØm disso, observamos que da maneira como foram apresentados os desafios estas atividades tornaram-se instrumentos de motivaçªo para os alunos, sendo que esta experiŒncia pode ser aplicada em outras disciplinas ou atØ mesmo no ensino bÆsico.

Palavras-chave : Avaliaçªo da aprendizagem, Motivaçªo, Desafios didÆticos, Eletromagnetismo.

## Abstract

This paper describes an educational experiment in the classroom and refers to the process of assessment and learning in the discipline of Physics III ( content electromagnetism ) undergraduate degree in Physics from the Federal University of Santa Maria ( UFSM ) . The proposed evaluation system for this course was the use of essay tests , whose preparation is by solving numerical problems list . But not always know how to solve problems is the correct understanding of conceptual content . However , even as the assessment challenges involving didactic contents of the subject were proposed . The main idea of these competitions was to provide teaching an improved concept , in the note acquired by those students who proposed to participate in the challenges. Furthermore, we observed that the way the challenges these activities have become instruments of motivation for the students

were presented , and this experience can be applied in other disciplines or even basic education.

Keywords : Learning Evaluation, Motivation, Didactic Challenges, Electromagnetism.

## Introduçªo

Frequentemente os professores das disciplinas de Física BÆsica no ensino superior, utilizam como recurso avaliativo somente provas envolvendo resoluçªo de problemas, confiando que o aluno compreendeu os assuntos estudados. Nesse mØtodo a preparaçªo para a avaliaçªo de aproveitamento Ø realizada atravØs da resoluçªo de extensas listas de problemas numØricos (Hellman 1989; Kim, 2002), que podem ser resolvidos a partir de dados conhecidos e aplicaçıes de equaçıes sendo que, muitas vezes, atØ mesmo a consulta ao livro didÆtico pode ser dispensÆvel. No entanto, nem sempre saber resolver problemas consiste no correto entendimento do conteœdo conceitual. A utilizaçªo incorreta de conceitos, leis e princípios podem gerar soluçıes sem sentido conforme ressalta Pietrocola (2001) e ainda

Pressionados pela forma e dimensªo da lista (e por outros afazeres), a primeira 'providŒncia' adotada por muitos estudantes Ø a de deixar de lado a leitura do livro de texto, acreditando que as suas anotaçıes em sala de aula sªo suficientes para introduzi-los com sucesso nessa atividade. Pura ilusªo, como mostra amplamente a prÆtica em sala de aula. O deslocamento prematuro do aluno da teoria para a prÆtica, combinando com o tipo de problema que lhe Ø apresentado e a soluçªo que dele se espera, torna a resoluçªo mecânica quase que inevitÆvel. (Pietrocola, 2001, p. 103)

Com o intuito de amenizar os efeitos negativos da utilizaçªo restrita desse mØtodo e complementar a avaliaçªo dos alunos, foi incorporada, no segundo semestre de 2013, na disciplina de Física III, a qual compıe a grade curricular dos cursos de graduaçªo em Física Licenciatura Plena e Bacharelado da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), a utilizaçªo de um recurso didÆtico: Atividade Experimental com materiais alternativos, estimulando a uma competiçªo didÆtica entre os alunos da disciplina.

Foram propostas trŒs atividades com formato de desafio, ou seja, os alunos recebiam a sugestªo de tarefa experimental e quem obtivesse maior sucesso na sua realizaçªo recebia uma bonificaçªo na nota. Os assuntos tratados nas atividades foram respectivamente: capacitância, pilha e conceitos do eletromagnetismo (alguns dos eixos temÆticos que compıe a ementa da disciplina).

É preciso salientar que essa disciplina Ø ministrada por diferentes professores, com diferentes metodologias e, que houve uma sensibilidade do docente responsÆvel em ministrar a cadeira nesse semestre, em perceber que apenas as provas com problemas numØricos sªo necessÆrias, porØm nªo suficientes para se obter Œxito no processo-ensino aprendizagem. O objetivo desse trabalho Ø relatar essa outra forma de avaliaçªo bem como as atividades didÆticas que foram implementadas.

## ExperiŒncia Metodológica de aula

A disciplina de Física III dos cursos de Física da UFSM Ø ofertada em um semestre letivo, perfazendo um total de sessenta horas/aula, sendo assim quatro aulas semanais, duas vezes por semana. O objetivo dessa cadeira Ø que ao tØrmino da mesma, o aluno seja capaz de formular e resolver problemas envolvendo conceitos de eletrostÆtica, eletrodinâmica e magnetismo. Vale lembrar que essa disciplina Ø teórica, e que os alunos identificam os aspectos relevantes envolvendo os conceitos à cerca desse conteœdo na parte experimental, em outra disciplina nomeada Laboratório de Física III. Infelizmente essas duas cadeiras apesar de apresentarem o mesmo conteœdo, sªo ministradas de forma independente e normalmente uma encontra-se avançada em relaçªo aos tópicos a serem estudados na outra.

Para reforçar e complementar o correto entendimento do conteœdo conceitual ao longo do semestre, especificamente em algumas aulas, foi proposto aos alunos, à execuçªo de trŒs atividades experimentais (com materiais alternativos e de baixo custo) referentes a conteœdos específicos. Dessa forma com a utilizaçªo desse recurso didÆtico, a avaliaçªo à cerca do conteœdo conceitual, deixou de ser restrito somente a provas com resoluçªo de problemas numØricos e questıes dissertativas envolvendo o conteœdo conceitual da disciplina.

- É importante ressaltar que quando se pretende avaliar atravØs do experimento, com intuito de quantificar o ensino-aprendizagem atravØs de um índice (nota), Ø necessÆrio definir exatamente quais critØrios avaliativos serªo considerados, de maneira a nªo prejudicar os trabalhos desenvolvidos. Por se tratar de desafios ou competiçıes, os critØrios se tornam para os alunos uma atividade empolgante e motivadora, pois Ø necessÆrio aperfeiçoar a aplicaçªo adequada daqueles conceitos estudados para que seja conquistada a 'bonificaçªo de nota'.
- A primeira atividade proposta foi referente ao tópico de Capacitância. Neste desafio, intitulado 'Construçªo de um Capacitor', os grupos receberam apenas a instruçªo que o capacitor deveria ser construído utilizando materiais de baixo custo, com geometria e dielØtricos de livre escolha, e que teriam um tempo fora do horÆrio da aula para fazŒ-lo. PorØm, nªo bastava apenas construir o capacitor, era necessÆrio que o mesmo, comparado aos demais grupos, apresentasse maior capacitância (propriedade medida com um multi-teste). Desta forma os grupos que se destacaram, se diferenciaram dos demais, pois fizeram uso da obtençªo de conceitos, aperfeiçoando o aparato experimental (capacitor). Nesse desafio foi avaliada a capacidade dos alunos (grupos) em aplicar na prÆtica os conceitos ensinados, bem como a criatividade dos mesmos na construçªo.
- O grupo vencedor desta tarefa construiu o seu capacitor em formato cilíndrico utilizando cerca de 20 metros de papel pardo e a mesma quantidade de papel alumínio obtendo uma capacitância de aproximadamente 1,0 mF.

Na literatura especifica da Ærea Ø possível encontrar algumas sugestıes de como construir capacitores com materiais alternativos, bem como artigos que ressaltam a importância de atividades desse porte, envolvendo esse assunto, como por exemplo, o modelo descrito no artigo de Rocha Filho (2005).

É possível sincronizar experimentaçªo com conhecimentos teóricos sobre capacitância utilizando materiais de baixo custo, desde que o professor

opte, por exemplo, por proporcionar a seus alunos atividades prÆticas que enfatizem a descriçªo qualitativa dos fenômenos, sem a necessidade de laboratórios sofisticados, nªo disponíveis na maior parte das escolas de Ensino MØdio, estabelecendo metas que possam ser alcançadas envolvendo um mínimo de materiais específicos. (Rocha Filho, 2005, p. 402)

No segundo desafio, diferentemente do primeiro, os alunos foram desafiados em sala de aula com tempo limitado e sem conhecimento prØvio do que seria construído na atividade proposta. A atividade intitulada 'Pilha Caseira' teve por objetivo, como o nome jÆ sugere a construçªo de uma pilha, a qual deveria ser eficiente tanto quanto fosse necessÆrio para fazer uma calculadora funcionar (figura 1).

Figura 1 - Pilha

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Esse desafio foi semelhante a uma gincana, a turma foi dividida em pequenos grupos, foi disponibilizada uma caixa contendo vÆrios materiais, tais como: moedas, pequenas placas de Zinco, pregos, fios diversos, batatas, cenouras, limıes, calculadoras (sem pilha), entre outros. Os grupos deveriam escolher seus materiais e iniciarem a montagem da pilha, o primeiro grupo que conseguisse ganharia a competiçªo, ou seja, a nota que estava em jogo.

- O grupo vencedor levou aproximadamente 15 minutos para solucionar o problema, ou seja, construir a pilha e fazer a calculadora funcionar. Neste caso estava sendo avaliada a capacidade dos alunos em aplicar os conceitos aprendidos anteriormente, aliada a rapidez de raciocínio e a atividade em grupo.
- O terceiro e œltimo desafio proposto foi inspirado na leitura do artigo 'Prego voador: Um desafio para estudantes de eletromagnetismo' publicado na Revista Brasileira de Ensino de Física, que descreve uma atividade didÆtica de baixo custo.

Neste trabalho apresentamos um experimento didÆtico de baixo custo que tem sua Œnfase no estudo do movimento de materiais ferromagnØticos sob a açªo de uma corrente elØtrica. Trata-se de um solenoide dentro do qual Ø possível se observar o movimento de objetos tais como pregos.(Krapas, 2005 p.599).

Esse desafio diferenciou-se dos outros no sentido, que os grupos deveriam ler o artigo, e seguir alguns passos do mesmo, como por exemplo, como proceder no experimento, à montagem e a quantidade de material para a construçªo do aparato.

Os materiais utilizados no experimento foram: 1 tÆbua de 20 cm x 30 cm; 1 interruptor de campainha; 1 tomada fŒmea com parafusos para madeira; 1 tomada macho p/ fio; 2 m de fio paralelo de 1,0 mm ou 1,5 mm; 33 m (aproximadamente 30 g) de fio 30; 3 fixa fio paralelo 1,0 mm ou 1,5 mm; 2 parafusos com porcas (3/16 x 11/4); 2 garras jacarØ pequenas; 1 tubo transparente de caneta tipo Bic; 1 lâmpada de 100 W; 1 bocal com pino; 2 pregos grandes (sem cabeça) de espessuras variadas (que passem no diâmetro da caneta); 2 pregadores de roupa. (Krapas, 2005 p.600).

Para vencer este desafio os grupos deveriam, alØm de ter que construir o aparato experimental (figura 2), aperfeiçoar o mesmo utilizando os conceitos de eletromagnetismo de forma que o prego obtivesse o maior alcance horizontal. Assim como nos casos anteriores, foi avaliado a capacidade em otimizar as propriedades de eletromagnetismo estudados atØ aquele momento, bem como a criatividade dos alunos.

Figura 2 - Prego Voador

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## Resultados

Observa-se que, a abordagem experimental proposta nos desafios nªo consistiram em atividades direcionadas para a verificaçªo de leis e/ou teorias aprendidas em sala de aula, mas foi dado Œnfase à aplicaçªo dos conceitos. As aulas envolvendo atividades didÆticas experimentais, em qualquer etapa da educaçªo, nªo precisam ser necessariamente realizadas em laboratórios específicos, podendo ser realizados na própria sala de aula e com materiais de baixo custo e de fÆcil acesso. Cleci Werner, exemplificando o ensino de física para educaçªo bÆsica relata:

.

As atividades experimentais/desafios desenvolvidos podem ser aplicadas em qualquer curso de Física BÆsica. O objetivo nªo foi fazer os alunos realizarem a experiŒncia simplesmente por fazer, havia metas e objetivos a serem atingidos. Como por exemplo, no caso da construçªo do capacitor, o aluno precisou pensar quais os parâmetros mais relevantes para que estes aumentem significativamente o valor de sua capacitância.

No caso da 'Pilha Caseira' foi necessÆrio agilidade, alØm de saber o que deveria fazer. Embora essa atividade seja, por vezes, corriqueira no nível mØdio, observou-se que alguns alunos da turma em questªo, chegaram ao ensino superior sem jÆ terem observado e/ou realizado tal experiŒncia. Nesse desafio cabe ressaltar que havia dois grupos que nªo tinham ideia de como resolver o desafio proposto.

Na atividade do 'prego voador' era preciso alØm de ler o artigo e montar o experimento buscar nos conceitos, maneiras para aperfeiçoar o aparato para entªo vencer o desafio. Por exemplo, identificar quais fatores sªo relevantes para aumentar o campo eletromagnØtico do prego de forma que ele escape do tubo, algumas sugestıes aparecem no artigo proposto como roteiro, (Krapas, 2005).

Para se obter a ejeçªo pela outra extremidade, o prego deve ser colocado com meio corpo para fora do solenóide. Se o prego for colocado inteiramente dentro do solenóide, Ø possível observar, na outra extremidade, que parte do corpo do prego sai do solenóide, mas ele nªo chega a ser ejetado. Isso acontece porque a energia adquirida no período transiente nªo Ø suficiente para que o prego todo saia do solenóide, escapando de sua açªo.(p.601)

## Conclusªo

Os desafios propostos de maneira geral foram satisfatórios, do ponto de vista do processo de aprendizagem dos alunos, proporcionando melhora na avaliaçªo quantitativa na disciplina. Quando se tem uma meta a ser atingida, muitas questıes surgem para conseguir atingir os objetivos propostos e na busca das respostas para estas questıes Ø que se evolui no aprendizado.

As experiŒncias realizadas em sala de aula na forma de desafios surgem como uma tØcnica alternativa na motivaçªo da turma em entender os conceitos discutidos em aula, podendo ser repetidas em outras disciplinas no ensino superior, ou atØ mesmo no ensino mØdio ou fundamental.

## ReferŒncias BibliogrÆficas

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'Um bom laboratório de física para educaçªo bÆsica pode ser construído em pequenas oficinas, com materiais de baixo custo ou atØ mesmo com materiais de descarte' (apud CASTRO, 2013, p.37)

KIM, E.; PAK S. Students do not overcome conceptual difficulties after solving 1000 traditional problems. American Journal of Physics. vol. 70, p.759-765, July 2002.

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