UMA APLICAÇAO DE RECURSOS DE MIDIA ELETRONICA NO ENSINO DA FISICA - ELETRODINAMICA

## UMUMA APLICAÇÃO DE RERECURSOS DE M MÍDIA E ELETRÔNICA NO ENSINO DA F FÍSICA - - ELETRODINÂMICA

Wagner de Souza a [wagner@cap.ufrj.br] Tereza Fachada Levy Cardoso b [tereza@levycardoso.com.br]r]

a CEFET/RJ - Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca

b CEFET/RJ - Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca

## RESUMO

Uma revolução do audiovisual na escola vem sendo anunciada há muitos anos, porém ainda hoje, apesar dos avanços da última década, tais recursos não vêm sendo utilizados plenamente em educação, especialmente no Ensino da Física. Para minimizar este problema, propõe-se neste projeto, a construção e aplicação de um material didático baseado na edição de vídeo e na animação de computador, dentro de uma metodologia adequada à realidade das escolas brasileiras. Com base no avanço da tecnologia de digitalização de vídeo e na popularização de softwares de animação espera-se que este trabalho ajude o educador do Ensino Médio, tanto na elaboração de ferramentas como na aplicação desses rerecursos como auxiliadores da aprendizagem. O projeto vem sendo desenvolvido como dissertação do Mestrado Profissionalizante em Ensino de Física do CEFET/RJ e concentra esforços em três etapas: na construção do material didático, na sua aplicação e na avaliação de sua eficiência. Na primeira etapa descreve-se a digitalização e a edição de filmes de cinema com o software Adobe Premiere , especificamente uma cena do filme 007 contra Goldfinger, e sua transformação em material didático para as aulas em Eletrodinânâmica. A segunda e terceira etapas têm-m-se realizado nas dependências do CEFET/RJ na Unidade de Nova Iguaçu ao longo de 2006 com duas turmas da 3ª série do Ensino Médio. A metodologia consiste na problematização em sala de aula dos temas envolvidos no filme (problemas abertos) e na análise dos conceitos físicos e seus desdobramentos com base numa pedagogia crítica. A partir das idéias contidas nos vídeo construiu-u-se uma animação no programa Macromedia Flash que visa uma melhor visualização dos conceitos por parte do aluno. Para o estudo do tema foi desenvolvida ainda uma segunda animação, também em Flash, destinada a uma "prática virtual" em laboratório de informática, na qual os alunos realizaram medições, registraram dados, montaram tabelas e construíram gráficos. Essa prática destinou-u-se à demonstração da Lei de Ohm. A avaliação da pesquisa está em andamento e até o momento demonstrouuse uma recepção positiva por parte dos alunos com a obtenção de bons resultados.

## INTRODUÇÃO

No último século assistiuuse a diversas Revoluções que certamente deixaram marcas profundas para toda a Humanidade. A televisão transmitiu ao vivo o astronauta norte-americano caminhar na Lua, muitas doenças incuráveis foram vencidas, convive-se hoje com animais clonados e plantas transgêgênicas, máquinas inteligentes, dentre outros "milagres" tecnológicos. Tudo isso visou tornar a existência humana mais confortável e também perpetuar o domínio que o ser humano tem sobre o Planeta e tudo que nele habita. Mas à margem de todo este avanço vivevem as pessoas comuns que sequer entendem muitos dos exemplos acima. É para estas pessoas que os educadores da atualidade ensinam a Física. Com pouquíssimos recursos e ferramentas escassas desbravam-m-se desafios enormes no dia -adia. Procura -se despertar o ininteresse do público pela ciência a e fazê-lo

compreender que, além de servir para criar novas tecnologias, a ciência é uma construção cultural gerada e alimentada há séculos pelos homens a fim de confortar o espírito humano ávido pelo entendimento do mundo que o cerca.

- O saber científico é um bem cultural que deve ser alimentado e levado adiante geração a geração. O homem do senso comum pode e deve se apropriar deste saber para formação e consolidação da sua cidadania. Conhecer a Física dota o indivíduo de ma is poderes e ferramentas para viver e lidar com o mundo globalizado e tecnológico desse tempo. Aos educadores cabe a incumbência de estabelecer a ligação entre o saber científico e o habitante do senso comum, na figura do aluno do Ensino Médio. Além disso, é tarefa do educador traduzir o conhecimento acadêmico da sua linguagem particular, elevando a linguagem peculiar do aprendiz à patamares próximos da epistemologia científica.

Os Parâmetros Curriculares Nacionais (1999, p. 208), afirmam que o ensino de Físísica "deve propiciar (...), um aprendizado com caráter prático e crítico e uma participação no romance da cultura científica." [grifo nosso] Mas educar o cidadão comum nas ciências tem sido, nos últimos anos, um desafio diário e complexo. A prática tradicioional está arraigada nas escolas brasileiras, com elementos que vão desde um currículo amarrado e com pouca abertura às mudanças, até a camisa de força a que prende a escolarização de Nível Médio que é o arcaico ensino propedêutico voltado ao acesso aos cursos superiores, prendendo toda a educação do jovem aos conteúdos exigidos nos vestibulares. Como então proporcionar aos aprendizes desse novo milênio uma educação em ciências de acordo com a demanda dessa nova sociedade, que atenda inclusive às sinalizações do Governo? Isto é possível sem romper com as práticas antigas?

É dever dos educadores repensar o Ensino de Física na sociedade brasileira. Superar os obstáculos e promover uma melhor educação aos jovens, ajudando com isso no crescimento da cultura e da economia brasileira. É para isso que se propõe este trabalho, não para mudanças radicais de rumos e sim para o apontamento de um caminho alternativo para a educação em ciências: o da utilização de novas tecnologias no Ensino da Física. Diversas pesquisas na área educacional têm apontado para a eficácia de novos métodos no ensino. As novas tecnologias servem como novos vetores para as antigas práticas pedagógicas da sala de aula, portanto, estes novos métodos devem acompanhar o ensino tradicional para enriquecer a prática pedagógica e proporcionar um ganho significativo para a educação em ciências.

Assim, o objetivo desta pesquisa é agregar e avaliar o processo de aplicação do vídeo e da animação em computador ao Ensino de Física dentro de uma proposta que envovolve a pedagogia crítica. Para isso são utilizadas técnicas de edição de vídeo não-linear (com o auxílio do software Adobe Premiere 7.0) e construção de animações (no programa Macromedia Flash 6.0). O projeto se baseia na seleção e edição de trechos de filmes de cinema em que os temas científicos são tratados de forma grosseira e muitas vezes errônea.

Procura -se, com isso, despertar nos estudantes uma motivação a mais para o estudo das ciências, posto que o cinema é uma prática cotidiana dos habitantes das cidades e a televisão leva esse tipo de diversão diretamente às famílias todos os dias. Propõe-se a adequação do vídeo ao ensino dos tópicos tradicionais da Física conduzindo as discussões dos temas em sala de aula de forma crítica, ajudando os jovens a dedesenvolverem uma postura de apreciação questionadora em relação ao que a cultura televisiva propaga como verdades absolutas. Como as cenas de cinema apresentam - - na sua grande maioria - - problemas abertos, a discussão não se limita ao ensino da Física e acababa englobando outras áreas do conhecimento, o que proporciona um bom gancho para confecção de trabalhos multidisciplinares com os educadores de outras disciplinas. Depois de

separadas e editadas, as cenas serviram de pano de fundo para uma animação em computador que tem por objetivo trabalhar com o modelo físico. O problema é apresentado após a simplificação de alguns parâmetros a fim de ressaltar a visualização dos conceitos mais simples e gerais. O objetivo da animação é ajudar o estudante a entender e aplicar as equações e modelos, conduzindo seu entendimento para além da abstração do aprendiz.

## 007 - - - Permissão para Educar

Para a construção deste projeto, destacou-u-se um trecho de um filme de uma personagem de ficção e aventura muito popular, o agente J James Bond, o 007. A escolha desta personagem e de sua filmografia se justifica por diversos fatores, dentre eles destaca-se o fato de se tratar de uma figura comum na cultura cinematográfica há mais de 40 anos, contando com mais de 20 filmes ricos em elementos que podem ser trabalhados em sala de aula no Ensino Médio. Especificamente foi escolhido um trecho do filme 007 contra Goldfinger r para trabalhar o assunto E Eletrodinâmica .

Neste filme de 1964, com o ator Sean Connery, James Bond tem que enfrentar um vilão - Goldfinger - - que detêm uma enorme fortuna em ouro e quer explodir uma bomba atômica dentro do Forte Knox para inutilizar todo o ouro dos Estados Unidos da América, valorizando o seu próprio. Na seqüência escolhida 007 tem que lutar contra um homem dotado de uma arma mortal - um chapéu. Equipado de uma aba metálica, o chapéu pode ser arremessado e é capaz de cortar até o mármore de uma estátua.

Figura 01 - Demonstração de como a arma pode ser mortal. Momento em que o chapéu cai ao ao lado da cabeça de uma estátua após cortá-á-la.

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Figura 02 - Destaca-a-s-se na edição a aba metálica – – material condutor de eletricidade.

Numa das cenas finais, James Bond luta contra o homem do chapéu dentro do Forte Knox, paralelamente à contagem regressiva da bomba. Durante a luta, o chapéu corta um fio de alta tensão. Enquanto a personagem principal está perdendo o embate físico se depara com a possibilidade de usar o chapéu contra o seu adversário. O herói não consegue acertar o vilão, cravando o chapéu nas grades do Forte Knox. James Bond usa o fio de alta tensão para fechar o circuito e eletrocutar o vilão quando este tenta recuperar o chapéu.

Na cena seguinte, o fio cortado está aparentemente submetido a uma grande diferença de potencial. No momento em que o chapéu corta o fio da parede inicialmente não há faíscas. Se dois fios paralelos compõem aquele cabo, a aba de metal do chapéu fecharia um curto circuito momentâneo e se, de outro modo, o cabo fosse composto de apenas um fio (o que parece mais

razoável em face das cenas que seguem) haveria o surgimento de uma faísca devido ao fenômeno da auto -indução.

Figura 03

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Figura 04

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Figura 05

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Figura 06

Figura 03 - Momento em que o chapéu corta o fio.

Figura 04 - Surgimento das faíscas na extremidade presa a parede .

Figura 05 - Faíscas muito depois do fio já ter sido cortado.

Figura 06 - Esta ponta do fio apenas pega fogo.

Após o cabo ser cortado surge um intenso brilho amarelo na extremidade que permaneceu na parede, enquanto a outra ponta que foi ao chão apenas pega fogo. Esta última será usada para eletrocutar o vilão. Assim, pode concluir-se que ela está ligada ao potencial maior. Então, não se justificam as faíscas na extremidade do fio que continua preso à parede, mesmo muito tempo depois dele já ter sido cortado, uma vez que ele deve estar aterrado .

Estas observações foram feitas no decorrer do ensino do tema e questões deste tipo foram relacionadas às situações do cotidiano do aluno. E também, neste momento, realçou-u-se um cuidado especial que deve ser tomado acerca da corrente elétrica. É comum os livros didáticos darem a entender que os elétrons caminham através do fio como num fluxo contínuo. Deve ficar bem claro, desde o primeiro instante, que os elétrons movimentam-m-se num condutor de forma desordenada quando ele não está submetido a uma diferença de potencial e que este movimento não se traduz numa corrente elétrica. É o campo elétrico entre as duas extremidades que impele um movimento ordenado de cargas. Houve a preocupação em evitar que os alunos entendessem conceitos errados. Eles são levados a crer pelas ilustrações de livros que o elétron que entra numa extremidade de um

fio metálico é o mesmo a sair na outra. É importante evitar esta analogia mecânica, visto que a probabilidade disto acontecer é mínima. É possível encontrar livros didáticos que explicam muito bem o movimento dos elétrons nos condutores, mas mesmo estes livros induzem a falhas conceituais em certas ilustrações sobre a corrente elétrica. Esta discussão é mencionada, porque ao ao ilustrar o caminho sugerido para a corrente elétrica é necessária uma especial preocupação no sentido de se evitar que os alunos entendam que a movimentação de um m elétron se dá do fio até o chão abaixo do vilão. O que se propaga nesta trajetória é um sinanal à velocidade da luz e não um elétron .

Foi realizada a edição da cena com um desenho do circuito sobre ela com a preocupação de se evitar analogias mecânicas desnecessárias e ao mesmo tempo auxiliar os alunos na compreensão de que o circuito deve ser fechado para que haja passagem da corrente.

Figura 07

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Figura 08Figura 09

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Figura 10 .Figura 11

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Figura 12

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Figura 07 - Mostra-s-se o ponto de contato do fio com a grade.

Figura 08 - Destacam-s-se os pontos de maior potencial e de aterramento.

Figura 09 - Um lápis começa a desenhar o circuito proposto pelo autor da cena.

Figura 10 - Continua através do contato comum entre as grades.

Figura 11 - Continua através do contato comum entre as grades.Desce pelo corpo do vilão até seus pés.

Figura 12 - Finalmente o circuito é fechado.

A cena propõe um circuito deste tipo, mas aproveitam-m-se vários erros para ressaltar aspectos importantes da teoria. A corrente elétrica busca caminhos de menor resistência e como pode-se notar a partir da figura 04, as grades estão conectadas ao chão diretamente sem isolamento. Se todas as grades são ligadas entre si existem outros caminhos mais prováveis a serem percorridos pela corrente.

FIGURA 13 -- 007 encosta o fio numa das grades, mas todas as outras estão ligadas entre si e diretamente ao chão sem isolamento.

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Existe ainda a possibilidade da corrente elétrica se dividir restando muito pouco, ou quase nada, para causar estrago no vilão. Usa-a-se a edição para exemplificar um trajeto mais admissível para a corrente.

FIGURA RA 14 -- Grande parte da energia pode buscar este trajeto porque a corrente busca caminhos de menor resistência.

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Além desta discussão voltouuse a falar de condutores e isolantes utilizando um erro de continuidade. Seria natural aceitar que estando as grades com potencial maior que o homem, quando este tocasse nelas levaria um grande choque. O vilão toca nas grades indiretamente através do chapéu, que conduz a eletricidade por ter uma aba metálica. Sem a mesma ele seria um isolante. O erro está no fato de que para esta cena a produção não usou o mesmo chapéu apresentado anteriormente. Como podemos ver na figura 06 este chapéu não possui parte metálica .

FIGURA 15 -- 007 segurava um chapéu que não tinha aba de metal. Será que o circuito fecha através de um chapé u comum?

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As cenas de 007 contra Goldfinger r são extremamente relevantes para estudar os conceitos ali presentes e ligá-los às situações cotidianas. Como exemplo foi citado aos alunos que todos estão sujeitos a choques elétricos. Por exemplo, o mau funcionamemento de um chuveiro elétrico pode trazer um grande perigo porque é uma situação na qual a pessoa está molhada. Existem certos valores de corrente capazes de matar uma pessoa e estes valores estarão relacionados à diferença de potencial e à resistência. Uma animação partindo da cena do filme procurou ajudar aos alunos no entendimento do tema.

FIGURA 17

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FIGURA 16

FIGURA 2 21

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FIGURA 16 -Primeiro mostra -se um gerador e uma plataforma ligados à terra. A chave está aberta.

FIGURA 17 -Um homem em cima da plataforma se liga ao fio. Eis a questão: "Por que o homem não sofre os efeitos da corrente elétrica nessa situação?"

FIGURA 18 -Esclarece -s -se que o esqueleto é apenas uma medida bem humorada e salienta-a-s-se que agora o homem sofre os efeitos, , pois o circuito foi fechado e ele está no caminho da corrente.

FIGURA 19 -Aproveita-a-s-se para discutir os valores de corrente que causam danos ao homem. Alterando a resistência quando se está secos ou molhados resulta numa alteração da corrente elétrica.

Por fim, uma segunda animação possibilita visualizar que a corrente total através do circuito depende da resistência total. Este recurso foi utilizado para demonstrar a Lei de Ohm numa aula no laboratório de informática. É uma ilustração muito útil para contntextualizar o estudo da corrente elétrica. A animação traz um exemplo do que pode acontecer na instalação elétrica de uma residência quando são ligados vários aparelhos elétricos. Vários pontos foram destacados junto aos alunos, tais como a ligação de amperímetros, o funcionamento de fusíveis e a ligação em paralelo.

FIGURA 2 20

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FIGURA RA 2 23 -Quando a corrente excede o limite do fusível o circuito é aberto, desligando todos os componentes antes ligados.

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FIGURA 2 20 -Exibi -s -se um circuito com seis eletrodomésticos e um chuveiro ligados em paralelo, um fusível de 30 A e um amperímetro em série.

FIGURA 2 21 -Passando -s -se o mouse sobre o eletrodoméstico lê -s -se sua potência nominal e sua resistência.

FIGURA 2 22 -O aluno liga e desliga os eletrodomésticos a vontade e anota os valores de corrente através do fusível e resistência total do circuito.

Para demonstrar a Lei de Ohm foi dirigida uma prática na qual os alunos, organizados em duplas, estiveram diante da animação e puderam liligar e desligar os aparelhos à vontade, ao passo que registravam a marcação do amperímetro (corrente i i através do fusível) e da resistência total (R)R). Com estes dados foram construídas duas tabelas com valores dos logaritmos dessas grandezas. Então, a partir da prática os alunos preencheram um relatório individual no qual utilizaram as tabelas para construir r um gráfico do log i i em função do log R. Através do gráfico foi obtido o coeficiente angular de uma reta, cujo valor esperado era - - 1 , por ser o valor do expoente de R R na Lei de Ohm. Esta prática teve por objetivo que os alunos comprovassem m o modelo físico .

A seguir a descrição matemática:

<!-- formula-not-decoded -->

Fazendo i em função de R R, temos:

<!-- formula-not-decoded -->

Utilizando o logaritmo:

<!-- formula-not-decoded -->

Aplicando as propriedades do logaritmo:

<!-- formula-not-decoded -->

Comparando com uma função do 1º grau: f (x) = b + ax , o coeficiente angular (a(a) obtido deve ser - 1, valor que multiplica o log R . Desta forma, usando os dados da animação espera-se comprovar a relação entre i i e R R estabelecida pelo modelo.

Foi discutido com os alunos o processo histórico de obtenção desta lei e também o fato de que a animação foi construída (programada) com base no momodelo físico, na tentativa de "imitar" a vida real. A aula "virtual" não elimina a necessidade do experimento real, mas supre a carência momentânea de não haver um laboratório de Física na escola. A deficiência de laboratórios para aulas experimentais é um m problema enfrentado por diversas instituições de ensino do país e que pode ser minimizado com o uso de metodologias semelhantes a esta, que envolvem a modelagem em computador.

## CONCLUSÃO

Os resultados desta experiência ainda estão sendo avaliados, mas até o presente momento pode-se considerar que eles têm sido bons. A quebra da rotina tradicional da sala de aula e a dinâmica que o vídeo e a animação proporcionaram foram aspectos bem qualificados pelos alunos. O ambiente da aprendizagem sofreu uma mudança positiva com a introdução desses recursos, despertando mais interesse e motivação nos aprendizes.

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