Identificando concepções alternativas e dificuldades dos alunos sobre circuitos elétricos em avaliações

## IDENTIFICANDO CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS E DIFICULDADES DOS ALUNOS SOBRE CIRCUITOS ELÉTRICOS EM AVALIAÇÕES

## IDENTIFYING ALTERNATIVE FRAMEWORKS AND STUDENTS' DIFFICULTIES ABOUT ELECTRICAL CIRCUITS IN ASSESSMENTS

Tayna Mioni Nakamura 1 , Renato Pacheco Villar 2 , Maurício Urban Kleinke 3

1 UNICAMP / PECIM, taynanakamura@gmail.com 2 UNICAMP / PECIM / Colégio Bandeirantes, renatopvillar@gmail.com 3

UNICAMP / PECIM / DFA / IFGW, kleinke@ifi.unicamp.br

## Resumo

As concepções alternativas podem ser entendidas como ideias diferentes daquelas compartilhados pelas ciências que as pessoas possuem para interpretar os mais diversos fenômenos. Tratam-se de ideias fortemente enraizadas nos sujeitos, que se configuram como um dos principais obstáculos para o ensino e a aprendizagem de conceitos nas aulas de ciências. Conhecer e compreender tais concepções é de suma importância para o trabalho do professor em sala de aula. Dentre os conteúdos programáticos do ensino de física temos a eletricidade, tema muito presente no cotidiano dos alunos, o que resulta numa grande quantidade de concepções alternativas sobre esse assunto. O objetivo deste trabalho é sistematizar as principais concepções alternativas sobre circuitos elétricos presentes na literatura, bem como algumas dificuldades dos alunos sobre esse tema, apresentando-as conforme abordadas por diferentes autores. A sistematização apresentada fornece uma ferramenta rápida para o professor tomar ciência, identificar e aplicar esse conhecimento em suas aulas e na elaboração de suas avaliações.

Palavras-chave : Concepções alternativas; Circuitos elétricos.

## Abstract

Alternative frameworks can be understood as ideas that differ from those shared by the scientific community, used by individuals to interpret the most diverse phenomena. These ideas are strongly rooted in the individuals, which constitute one of the main obstacles for teaching and learning in science classes. Understanding such ideas is very important for the teacher's work in the classroom. Electricity, part of physics curriculum, is a common topic in students' daily lives, which results in many alternative frameworks about this subject. The objective of this paper is to organize and structure the main alternative frameworks about electrical circuits found in the literature, as well some students' common difficulties about this subject, introducing these ideas from the perspective of different authors. The systematization elaborated in this work provides a quick tool for teachers to learn, identify and apply this knowledge in their classes and when preparing their assessments.

Keywords : Alternative frameworks; Electrical circuits.

## Introdução

Uma das principais frentes de pesquisa em ensino de ciências nas últimas décadas do século XX foi o estudo das concepções alternativas dos alunos, bem como seu impacto no ensino de ciências. Tais concepções, de forma geral, podem ser entendidas como ideias não científicas que as pessoas possuem para interpretar os mais diversos fenômenos. Úteis e compartilhadas socialmente, as concepções alternativas não se tratam apenas de ideias desconexas, isoladas. Em muitos casos, elas se organizam em teorias aplicáveis a diferentes contextos, baseadas em princípios sobre o funcionamento do mundo cotidiano muito enraizadas nos sujeitos e resistentes à mudança, podendo permanecer no indivíduo mesmo após longos anos de instrução escolar, atuando como obstáculo na aprendizagem dos conceitos científicos (DRIVER et al., 1999; POZO; CRESPO, 2009).

Independente do modelo de evolução conceitual adotado pelo professor e do modo como utiliza as concepções alternativas em suas aulas, é recomendado que o docente tenha ciência das principais concepções alternativas e dificuldades dos estudantes para guiá-los na aprendizagem de física (POZO; CRESPO, 2009; MORTIMER, 2000). Entretanto, apesar do assunto ser bastante presente na literatura, reconhecemos que, ainda hoje, os avanços no ensino de física sugeridos por esses trabalhos enfrentam dificuldades no acesso às salas de aula. Sendo assim, neste trabalho, temos por objetivo compartilhar com a comunidade docente um levantamento das principais concepções alternativas sobre circuitos elétricos (CACE), assim como um conjunto de dificuldades comuns sobre circuitos elétricos (DCCE) que os alunos costumam apresentar. Anunciaremos essas ideias de forma direta e sistemática, conforme abordadas por diferentes autores, visando fornecer uma ferramenta rápida para o professor identificar e aplicar esse conhecimento em suas aulas e na elaboração de suas avaliações. Escolhemos trabalhar com o conteúdo circuitos elétricos, em específico, por ser um dos principais assuntos trabalhados tradicionalmente nas aulas de física, através do qual, em geral, os alunos são introduzidos ao universo da eletrodinâmica. Além disso, os circuitos são abordados recorrentemente nas principais avaliações de larga escala, como o Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM).

Apesar de controverso, o uso das concepções alternativas é uma realidade em provas de larga escala como o ENEM. Brito (2015), por exemplo, condena seu uso no ENEM, argumentando que elas induzem desnecessariamente o aluno ao erro, atuando como 'pegadinhas'. Já a matriz de referência do exame sugere que o candidato saiba 'confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas' (INEP, 2009, p. 8), fazendo alusão às concepções alternativas. Nesse sentido, a escolha das CACE e DCCE a serem apresentadas neste artigo é norteada por aquelas abordadas nos itens sobre circuitos elétricos do ENEM, nas provas aplicadas entre 2009 e 2018, segundo a identificação de três especialistas.

Utilizamos os trabalhos de Engelhardt e Beichner (2004) e Gravina e Buchweitz (1994) como os nossos referenciais principais sobre CACE e DDCE. Ambos elaboraram inventários sobre circuitos elétricos e trazem um sólido conjunto de concepções e dificuldades dos alunos identificado através dessas ferramentas. Ainda, apoiamo-nos nos trabalhos de Driver et al. (1994), Pozo e Crespo (2009) e McDermott e Shaffer (1992) para ampliar nossa compreensão sobre as CACE e DCCE abordadas nos inventários citados. Por fim, recorremos a Halliday, Resnick e

Walker (2009) e a Bravin et al. (2013) para completar dificuldades ausentes nas outras referências que apareciam nos itens considerados sobre circuitos elétricos do ENEM.

## Metodologia

Neste trabalho, trazemos uma coletânea das principais concepções alternativas e dificuldades dos alunos sobre circuitos elétricos resistivos de corrente contínua conforme abordadas por nossos referenciais, já apresentados acima e organizados por códigos no quadro 1. Não temos a pretensão de listar todas as CACE e DCCE conhecidas na literatura, mas buscamos incluir aqui todas aquelas apontadas como as mais comuns e relevantes.

Quadro 1 - Referenciais sobre CACE e DCCE adotados neste trabalho.

Fonte: elaborado pelos autores.

As concepções e dificuldades encontradas foram categorizadas e diferenciadas entre si por três juízes de forma a agrupar ideias semelhantes expressas por autores diferentes. O resultado desse levantamento foi a elaboração do quadro 2 reunindo as principais CACE e DCCE abordadas nos trabalhos investigados, descritas segundo a perspectiva de diferentes autores.

Por fim, olhar para os erros dos alunos em itens de avaliações e provas pode ser uma fonte de informação importante para identificar deficiências na aprendizagem de conteúdos e habilidades (MARCOM, 2019). Nesse sentido, trazemos a análise de uma questão sobre circuitos elétricos aplicada numa das provas do ENEM, a fim de ilustrar como as CACE e DCCE podem ser utilizadas na elaboração de distratores em avaliações para identificação das concepções alternativas e dificuldades dos alunos sobre um conteúdo específico.

## Resultados e Discussão

O quadro 2 traz as descrições e referências (conforme o quadro 1) das principais CACE e DCCE abordadas em nossos referenciais. Muitas dessas ideias estão relacionadas entre si e, além disso, um mesmo estudante tende a adotar um ou outro modelo alternativo dependendo do problema ao qual é exposto (ENGELHARDT; BEICHNER, 2004). Sendo assim, buscamos agrupar as concepções e dificuldades principais, focadas em fundamentos básicos de circuitos e corrente elétrica, no início do quadro, seguidas daquelas com foco no resistor, no diagrama e na resolução quantitativa, respectivamente. Por fim, citamos algumas dificuldades sobre equipamentos específicos (fusíveis, voltímetros e amperímetros).

## Quadro 2 - Concepções alternativas sobre circuitos elétricos (CACE) e dificuldades comuns sobre circuitos elétricos (DCCE)

Fonte: elaborado pelos autores com base nas obras referenciadas no quadro.

Observa-se que algumas CACE e DCCE, como 'modelo sequencial', 'voltagem como consequência da corrente' e 'corrente consumida', são discutidas por diversos autores, enquanto outras aparecem apenas em uma das referências. Essas abordadas por diversos autores, provavelmente, são aquelas mais comuns que podemos encontrar com maior frequência entre os estudantes.

Julgamos importante incluir no quadro as diversas formas como as concepções e dificuldades são apresentadas, pois ter contato com diferentes leituras sobre as mesmas ideias pode auxiliar o professor a identificá-las nas mais diversas situações.

Por fim, trazemos um exemplo para ilustrar como as concepções alternativas e as dificuldades comuns dos alunos podem aparecer em testes, sejam avaliações formativas ou somativas, nos fornecendo informações sobre as dificuldades dos alunos frente a um conteúdo específico. Para isso, no quadro 3, analisamos as respostas dos alunos concluintes do Ensino Médio dadas ao item 79 da prova azul aplicada no ENEM de 2013.

## Quadro 3 - Análise do item 79, caderno azul, ENEM 2013.

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Objetivo: Explicar o fato de uma lâmpada acender quase instantaneamente quando se aciona o interruptor.

Construto: Avaliar o modelo utilizado pelo aluno para explicar o funcionamento de circuitos elétricos.

Resolução : Segundo o modelo clássico de corrente, a rapidez com que uma lâmpada acende ao ligar a chave interruptora de um circuito se deve à velocidade com que as variações do campo elétrico se propagam ao longo dos fios, quase igual à velocidade da luz. Ao fechar o circuito, o campo elétrico se estabelece rapidamente em todos os seus pontos, fazendo com que os elétrons de condução do fio comecem a se mover quase instantaneamente, entre eles os elétrons que fazem a lâmpada acender. A velocidade de deriva desses elétrons, por outro lado, é bastante baixa, percorrendo o fio na ordem de poucos milímetros por hora (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2009). Alternativa D.

- CACE e DCCE nos distratores: A alternativa E é o distrator que mais atraiu os candidatos nesta questão. Ele versa explicitamente sobre a CACE relativa ao modelo de correntes elétricas em choque. Tal modelo corresponde a uma concepção alternativa amplamente conhecida e detectada na literatura. Os alunos que assinalam esta alternativa entendem que a corrente elétrica flui dos dois terminais da bateria para a lâmpada, sendo a luz o resultado do 'choque' entre as duas correntes de direção oposta (DRIVER et al., 1994; POZO; CRESPO, 2009). A atração entre as correntes é explicada pela suposição de que saem cargas positivas e negativas, em sentidos opostos, dos terminais da bateria. Elas se atrairiam entre si, até se chocarem e se neutralizarem no filamento da lâmpada, originando luz e/ou calor (GRAVINA; BUCHWEITZ, 1994).

Apesar de menos assinaladas, os distratores B e A estão associados à CACE que supõe ser a corrente elétrica muito veloz. Ela baseia-se na crença de que os elétrons de condução que compõem a corrente elétrica movem-se muito depressa no interior dos fios, embora, na realidade, essa velocidade seja na ordem de apenas alguns milímetros por hora (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2009; BONJORNO et al., 2016). A alternativa A, em especial, está associada também com à CACE bastante fundamental na qual o aluno entende a corrente (comumente nomeada genericamente por 'eletricidade') como um fluido material (POZO; CRESPO, 2009). Os candidatos que assinalam essa alternativa não compreendem a corrente elétrica como um fluxo de elétrons livres (cargas negativas) em movimento, adotando o antigo modelo do fluido elétrico.

Fonte: Os autores. Gráfico elaborado pelos autores a partir dos microdados do ENEM, disponibilizados pelo INEP, disponível em &lt;http://portal.inep.gov.br/microdados&gt;, acesso jan/2020.

Como podemos observar, quando as concepções alternativas estão presentes entre os distratores de um item, elas tendem a atrair as repostas dos alunos que compartilham daquelas ideias. Com isso, se o item for bem construído, é possível identificar possíveis dificuldades e modelos alternativos compartilhados pelos alunos sobre conteúdos específicos trabalhados nas aulas de ciências, neste caso, circuitos elétricos. Se feito no decorrer ou final dos processos de ensino e aprendizagem escolares, um item desse tipo pode mostrar ao professor possíveis deficiências na aprendizagem dos alunos que precisam ser melhor trabalhadas.

## Conclusão

Conhecer as concepções alternativas e conseguir identificá-los nas respostas dos alunos em avaliações e testes, seja em sala de aula ou em provas de larga escala, como o ENEM, permite que os professores do Ensino Médio as trabalhem com seus alunos durante as aulas, numa perspectiva de identificar as dificuldades e

modelos alternativos dos alunos, retroalimentando o ensino e favorecendo a prática da avaliação formativa dentro de sala de aula (MARCOM, 2019).

Além disso, é importante que o professor tenha um panorama das concepções alternativas e dificuldades mais comuns observadas entre estudantes, para que possam realizar um adequado planejamento dos processos de ensino e aprendizagem em sala de aula. Neste sentido, reunimos de forma sistemática, segundo a visão de diferentes autores, as principais concepções alternativas e dificuldades sobre circuitos elétricos presentes na literatura, servindo ao professor como um compilado das principais ideias dos alunos sobre circuitos elétricos.

## Referências

BRAVIN, H. C. et al. Fusíveis e disjuntores: tão presentes e ao mesmo tempo tão mal compreendidos. In: ENPEC IX, Atas ... Águas de Lindóia: ABRAPEC, 2013.

BRITO, B. R. As concepções alternativas em exames de larga escala: uma análise das questões de biologia do ENEM . Dissertação de Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática - UNICAMP, IFGW, Campinas, 2015.

DRIVER, R. et al. Construindo conhecimento científico na sala de aula. Química nova na escola , São Paulo, v. 9, n. 5, p. 31-40, maio 1999.

DRIVER, R. et al. Making Sense of Secondary Science : Research into children's ideas. 1. ed. Londres: Routledge, 1994.

ENGELHARDT, P. V.; BEICHNER, R. J. Students' understanding of direct current resistive electrical circuits. American Journal of Physics , American Association of Physics Teachers, v. 72, n. 1, p. 98-115, 2004.

GRAVINA, M. H.; BUCHWEITZ, B. Mudanças nas concepções alternativas de estudantes relacionadas com eletricidade. Revista brasileira de ensino de física , São Paulo, v. 16, n. 1/4, p. 110-119, 1994.

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física, volume 3 : eletromagnetismo. Tradução e revisão técnica Ronaldo Sérgio de Bassi. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

INEP. Matriz de referências para o ENEM 2009. Ministério da educação (MEC). Brasília, 2009.

MARCOM, G. S. O ENEM, indicadores formativos e o ensino de física . Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, 2019.

MCDERMOTT, L. C.; SHAFFER, P. S. Research as a guide for curriculum developmen: An example from introductory electricity. part I: Investigation of student understanding. American journal of physics , American Association of Physics Teachers, v. 60, n. 11, p. 994-1003, 1992.

MORTIMER, E. F . Linguagem e formação de conceitos no ensino de ciências . Belo Horizonte: Editora UFMG, 2000.

POZO, J. I.; CRESPO, M. Á. G. A aprendizagem e o ensino de ciências : do conhecimento cotidiano ao conhecimento científico. Tradução Naila Freitas. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2009.