ENSINO DE ELETRICIDADE POR MEIO DE UMA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL NO CONTEXTO DA EDUCAÇÃO DO CAMPO

## ENSINO DE ELETRICIDADE POR MEIO DE UMA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL NO CONTEXTO DA EDUCAÇÃO DO CAMPO

## TEACHING ELECTRICITY THROUGH COMPUTATIONAL SIMULATION IN THE CONTEXT OF FIELD EDUCATION

## Rosivaldo Carvalho Gama Júnior 1 , Marco Antonio Moreira , Iramaia Jorge 2 Cabral de Paulo 3

1 Universidade do Estado do Amapá/Colegiado de Ciências Naturais/rosivaldo.junior@ueap.edu.br

2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul/Instituto de Física/moreira@if.ufrgs.br 3 Universidade Federal do Mato Grosso/ Instituto de Física /irafisufmt@gmail.com

## Resumo

O referido trabalho é parte de uma pesquisa de doutorado concluído, e visa mostrar as implicações quanto ao uso de uma simulação computacional voltada para o ensino de eletricidade. Esta pesquisa assumiu um caráter qualitativo e descritivo, e foi realizada na Comunidade do Carvão, no município de Mazagão, Estado do Amapá, com alunos do terceiro ano do ensino médio. O objetivo geral da pesquisa de doutoramento foi investigar como o uso de atividades experimentais e computacionais pode favorecer a Aprendizagem Significativa de conteúdos físicos para estudantes do 3º ano do ensino médio de uma escola família agroextrativista no interior do Amapá. A Teoria da Aprendizagem Significativa embasou a construção da atividade e amparou os resultados. Neste sentido, os resultados oriundos da atividade da simulação computacional proporcionaram momentos de interação social e intelectual, debates para as tomadas de decisões, troca de saberes, emergindo indícios de aprendizagem com significados. Adicionalmente, coloca o docente em uma situação de mediador nos processos de ensino e de aprendizagem. Assim, espera-se que o ensino de Física seja mais acessível e contextualizado para os sujeitos da educação do campo.

Palavras-chave : Ensino de Física; Simulação Computacional; Educação do Campo.

## Abstract

This work is part of a completed PhD research, and aims to show the implications regarding the use of a computer simulation aimed at teaching electricity. This research assumed a qualitative and descriptive character, and was carried out in the community of Carvão, municipality of Mazagão, State of Amapá, with third-year high school students. The general objective of the doctoral research was to investigate how the use of experimental and computational activities can promote Meaningful Learning of physical content for 3rd year high school students at an agroextractive family school in the interior of Amapá. The Meaningful Learning Theory supported the construction of the activity and supported the results. In this sense, the results arising from the computer simulation activity provided moments of social and intellectual interaction, debates for decision-making, exchange of knowledge, emerging evidence of learning with meanings. Additionally, it places the teacher in a

mediator situation in the teaching and learning processes. Thus, it is expected that Physics teaching will be more accessible and contextualized for rural education subjects.

Keywords : Teaching Physics; Computer Simulation; Rural Dducation.

## Introdução

'Historicamente, os povos do campo tiveram o direito à educação negada no que diz respeito tanto ao acesso como a oferta de uma educação que fosse voltada à realidade do campo, que atendesse e respeitasse as suas especificidades' (Dias, 2018, p. 73). Deste modo, entende-se que uma educação direcionada para os que vivem do e no campo está correlacionada à autonomia desses sujeitos. Logo, talvez o principal pressuposto pedagógico para isso seja tomar a materialidade da vida real dos discentes com intuito de proporcionar a ressignificação do conhecimento científico (Molina; Sá, 2012). Nesse viés, a Física vinculada a uma área da Ciência e da Tecnologia é uma construção humana a respeito de certos aspectos que pertencem ao mundo, resultando de contexto histórico e social. Talvez esteja nesse contexto a beleza a Ciência/Física, no encontro das consciências do mundo (Freire, 1987).

Frente a esse desafio, uma possibilidade para enfrentá-lo seria por intermédio da abordagem de temas/indagações que emanam dos estudantes, visto que 'os alunos aprendem com maior facilidade quando se ensina algo aproximado da realidade vivida por eles' (Cardoso; Araújo, 2009, p. 07).

O Ensino de Física contextualizado e embasado na Teoria da Aprendizagem Significativa, segundo Ausubel (2003, p. 72), 'consiste no fato de que novas ideias expressas de forma simbólica (a tarefa de aprendizagem) se relacionam àquilo que o aprendiz já sabe'. Isto é, os estudantes compreendem novos conhecimentos por meio da interação com os conhecimentos pré-existentes (ideias âncoras) na sua estrutura cognitiva.

Uma das maneiras de minimizar essa falta de um Ensino de Física contextualizado seria por meio das Tecnologias Digitais da Informação e Comunicação (TDIC), levando em consideração as indagações dos estudantes. O uso dessas ferramentas é salientado por Dias (2018, p. 86):

Quanto às TDIC, entendemos que podem ser usadas de diferentes formas dependendo do objetivo da aula, desde atividades mais pontuais como o uso de um software, de uma simulação até a construção de blogue. No entanto, não é mera inclusão destas tecnologias em sala de aula que garante que suas potencialidades sejam exploradas, mas o uso que é feito delas.

Portanto, dentre diversos recursos tecnológicos, o uso das simulações computacionais pode auxiliar o professor para a compreensão de conceitos físicos bastante presentes na vida dos estudantes, porém abstratos quando não se leva em consideração o contexto dos sujeitos envolvidos e quando se faz uso somente do quadro. Por fim, salienta-se que apesar de não detalhar as etapas da revisão da literatura neste artigo - em virtude da limitação de páginas deste trabalho -, contudo presente na tese do autor principal, há um referencial teórico que fundamenta os resultados obtidos e a metodologia de ensino.

## Procedimentos metodológicos

A pesquisa apresenta caráter qualitativo, pois a preocupação não é uma representatividade numérica, mas a percepção e compreensão do contexto do problema investigado, buscando explicações e evidências relevantes em profundidade do comportamento, além de atitudes do público-alvo diante das atividades. Ainda sobre os métodos qualitativos, Serapioni (2000, p. 190) aborda:

Os métodos qualitativos devem ser usados quando o objeto de estudo não é bem conhecido. Por sua capacidade de fazer emergir aspectos novos, de ir ao fundo do significado e de estar na perspectiva do sujeito, são aptos para descobrir novos nexos e explicar significados.

Este trabalho tem aproximações de um estudo de caso, visto que foi desenvolvido na mesma unidade educacional no contexto do campo e com alunos apenas do 3º ano do ensino médio. Não se trata de uma metodologia exclusiva, porém uma investigação integral que pode ser de um indivíduo, uma família, sala de aula, instituição de ensino ou de um grupo social específico, com a finalidade de entendê-los em suas situações particulares (Goldenberg, 2004).

Os participantes foram 27 alunos do terceiro ano do ensino médio de uma turma de 2022. Ressalta-se que são sujeitos ribeirinhos, que levam pelos menos 4 horas pelos rios da Amazônia até a escola e permanecer nesta durante 15 dias. Em tempo, foi observada e executada a exigência de entrega do Termo de

Concordância da direção da instituição de ensino e o Termo de Consentimento Livre Esclarecido para os discentes, os quais são maiores de idade.

Antes do desenvolvimento da atividade com a simulação, os alunos descreveram suas indagações referentes à eletricidade. Com isso, percebeu-se que 70% dos deles gostariam de compreender o processo de transformação da energia solar em energia elétrica (partindo da sua realidade). Com base nessa indagação, foi elaborado e executado um guia de atividade para entender tal processo.

Nesse sentido, a análise dos dados deste estudo foi realizada de maneira descritiva. Esse tipo de análise não se preocupa em fazer deduções estatísticas, uma vez que seu foco é descritivo, interpretativo e cronológico ao invés de explanatório ou preditivo. Interpretação dos dados é o aspecto importante na pesquisa qualitativa, pois analisa os significados sob o olhar do pesquisador e dos sujeitos (Moreira, 2003).

## Resultados e discussões

No dia 06 de outubro de 2022, no período vespertino em 4 aulas de 50 minutos cada, foi realizada a atividade computacional do guia, com o simulador https://phet.colorado.edu/pt\_BR/simulation/legacy/photoelectric. Para a execução da atividade, os alunos foram divididos em grupos denominados A, B, C, D, E e F. Antes do uso do simulador, a fim de contextualizar, foram exibidos vídeos/reportagens (Comunidades ribeirinhas do AP passam a ter acesso à eletricidade através de placas de energia solar | Amazônia | G1 (globo.com); Projeto de energia solar da UFPA leva dignidade a moradores da Ilha das Onças, em Barcarena - YouTube. Ainda, pensou-se nessas reportagens porque, de alguma forma, o conteúdo tem relação com as vivências dos alunos.

Considerando a limitação de laudas deste trabalho, são apresentados os resultados apenas das questões (a), (b), (c) e (d).

Na questão (a) do guia computacional, a pergunta era a seguinte: o que acontecerá quando a luz atingir a placa metálica? Com isso, os estudantes podem compreender que quando a luz atinge a placa metálica de sódio elétrons saltam de uma para outra, porém, neste caso, sem gerar corrente elétrica. A figura 1 mostra as respostas do grupo B referente à questão (a) .

## Figura 1 - Respostas do grupo B referente à questão (a) .

Fonte: Do autor (2022).

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Considerando a previsão, nota-se que, preferencialmente, o grupo B se apoiou em ideias gerais sustentadas durante apresentação das reportagens. Entretanto, quando os grupos passaram a interagir com a simulação, suas respostas mudaram, como mostra a seguir: grupo B -quando a intensidade de luz é de 10%, algumas cargas se deslocam da esquerda para a direita, mas a corrente é 0.000 . Ao interpretar as explicações dos grupos, percebe-se que as respostas evoluíram, entendendo que com baixa intensidade luminosa não é o suficiente para gerar eletricidade e indicando que esses novos significados foram construídos a partir da simulação computacional. Assim, ideias mais gerais sobre as placas solares foram apresentadas durante a exibição da reportagem e no decorrer do processo da tarefa de aprendizagem, por meio da simulação, foram diferenciadas em termos de detalhes e especificidades (Ausubel, 2003).

Concernente à questão (b) , do guia computacional, indagou-se sobre o que poderá ocorrer com o aumento da intensidade da luz de 10% até 100%. Em vista disso, os grupos podem observar e concluir que quanto maior a intensidade da radiação da luz, maior será a energia elétrica produzida. A figura 2 mostra as respostas do grupo E referente à questão (b) .

Figura 2 - Respostas do grupo E referente à questão (b) .

Fonte: Do autor (2022).

De acordo com a figura 2, nota-se que, logo na previsão, o referido grupo foi contundente ao afirmar que haverá eletricidade com o aumento da intensidade luminosa. Tais concepções provavelmente se ancoraram com base na interação da questão B e/ou alguma situação observável na geração de energia de suas residências. Como era de se esperar, visualmente no simulador, as equipes puderam confirmar suas previsões e melhorar suas respostas, conforme resposta do grupo E -se confirmou. Mais elétrons saem da placa na direção da outra, aparecendo o valor da corrente . Possivelmente, essas amplificações de novos significados interagiram com os conhecimentos prévios que os alunos tinham acerca da geração de energia através da placa solar e em que ganhou mais estabilidade, podendo se relacionar com novos conhecimentos. Necessariamente, essa interação de conhecimentos é a dinâmica fundamental para que os sujeitos aprendam de forma significativa (Ausubel, 2003).

Na questão (c), havia a seguinte pergunta: com a explicação que o grupo chegou à questão (b) é possível estabelecer alguma relação com a geração de energia elétrica na residência de vocês? Esse questionamento visava estabelecer algum grau de integração com os saberes prévios dos alunos sobre energia solar. A figura 3 mostra as respostas do grupo B referente à questão (c) .

Figura 3 - Respostas do grupo B referente à questão (c) .

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Fonte: Do autor (2022).

Perpassando pelos procedimentos computacionais das questões (a) e (b) , a questão (c) foi uma oportunidade de os estudantes reviverem situações do seu território, de observação concreta. Então, no viés da aprendizagem integradora, são discussões viabilizadas de um mesmo conteúdo, porém em contextos diferentes que permitem a troca de saberes para a construção de significados. Ao encontro dessa linha de pensamento, Ausubel (2003) corrobora que a aprendizagem significativa é caracterizada pela interação de novos conhecimentos com conhecimentos prévios.

A questão (d) foi a seguinte: Nesse processo de produção de energia elétrica, vocês percebem alguma transformação de energia? Nessa pergunta, os grupos poderiam observar a incidência da luz e o fluxo dos elétrons de placa para a outra e compreender a transformação da energia solar em elétrica. A figura 4 mostra as respostas do grupo D referente à questão (d) .

Figura 4 - Respostas do grupo D referente à questão (d) .Fonte: Do autor (2022).

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Na etapa da previsão, os grupos passaram a impressão que conheciam os processos de transformação de energia envolvidos. Após nova observação da incidência da luz e o fluxo de elétrons entre as placas, reforçada pelo professor, o grupo D descreveu observando no simulador a energia solar se transforma em elétrica . Sabendo que outras transformações de energia ocorrem nesse contexto, sugere-se que o professor trabalhe a transformação da energia solar (proveniente do Sol) em energia elétrica a partir das placas; e, posteriormente, acumulada em baterias de forma química. Logo, de acordo com Ausubel (2003), possivelmente, os alunos mobilizaram ideias relevantes que foram apropriados e ficaram mais ricos e diferenciados após a visualização no simulador, por mais sutil que pareça.

Portanto, os resultados apresentados mostram-se que o uso do simulador pode fortalecer as ideias prévias, estabelecer conexões de saberes e favorecer a aprendizagem de novos significados de maneira mais específica.

## Considerações finais

Reforçar-se a importância do uso dos recursos tecnológicos para a compreensão dos fenômenos microscópicos da eletricidade. Então, ficou evidente que a simulação computacional foi fundamental para responder a indagação dos estudantes quanto à geração da energia elétrica a partir das placas solares, devido o grande apelo visual que as simulações do Phet possibilitam.

Uma dificuldade que surgiu para o desenvolvimento da pesquisa foi a falta de um laboratório da informática na escola para o manuseio dos simuladores. Entretanto, o pesquisador - preocupado em oportunizar o acesso a um recurso não tão comum para os alunos ribeirinhos - providenciou seis notebooks para a realização da atividade. No início, alguns apresentaram dificuldade de manuseio, porém como a simulação utilizada é bastante intuitiva, logo foi sanada.

Portanto, esta proposta contribuiu para que professores e pesquisadores na área de Ensino de Física possam refletir, propor e desenvolver atividade práticas que valorize cada vez mais o contexto da educação do campo. Cabe salientar, ainda, que pesquisas em Ensino de Física com práticas de sala de aula, desenvolvidas em escolas famílias (EFAs), não são tão recorrentes, conforme discutido na tese do autor principal deste artigo. Com efeito, pensando em um ensino de Física mais universal, que valorize as especificidades dos alunos de escolas famílias, as atividades devem estar relacionadas às indagações/curiosidades e as concepções prévias desses estudantes.

## Referências

AUSUBEL, D. P. Aquisição e retenção de conhecimento : uma perspectiva cognitiva. Lisboa: Plátano Edições Técnicas. 2003.

GOLDENBERG, M. A arte de pesquisar. Editora Record, 2004.

CARDOSO, L. de L.; ARAÚJO, M. I. O. Entre o exigido e o produzido: o currículo escolar por professores de ciências em escolas do campo. In: VII Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências (ENPEC), Florianópolis - SC, 2009.

DIAS, F. F. Ensino de Física a partir da articulação Freire-CTS: lançando um novo olhar sobre as escolas do campo . 2018. 115f. Dissertação (Mestrado em Educação Matemática e Ensino de Física) - Universidade Federal de Santa Maria, UFSM, Santa Maria.

FREIRE, P. Pedagogia do Oprimido . São Paulo, SP: Paz e Terra. 1987.

MOLINA, M. C.; SÁ, L. M. Escola do campo. In: CALDART, R. S.; PEREIRA, I. D.; ALENTEJANO, P.; FRIGOTTO, G. (Orgs.). Dicionário da educação do campo . 2. ed. Rio de Janeiro, São Paulo: EPSJV, Expressão popular, 2012a, 324-331.

MOREIRA, M. A. Pesquisa em ensino : aspectos metodológicos. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Física: Porto Alegre, 2003.

SERAPIONI, M. Métodos qualitativos e quantitativos na pesquisa social em saúde: algumas estratégias para a integração. Revista Ciência e Saúde Coletiva . v.5, n.1, pp.187-192, 2000.