CIRCUITOS ELÉTRICOS SEGUNDO A ABORDAGEM DE DEMONSTRAÇÕES INVESTIGATIVAS: RESULTADOS PRELIMINARES

## CIRCUITOS ELÉTRICOS SEGUNDO A A ABORDAGEM DE DEMONSTRAÇÕES INVESTIGATIVAS:RESULTADOS P PRELIMINARES

Gláucia Grüninger Gomes Cos bosta a [gggcosta@gmail.com] Tomaz Catundab ab [tomaz@ifsc.usp.br)r)]

a EE Prof. José Juliano Netoe Instituto de Física de São Carlos/USP b Instituto de Física de São Carlos/USP

## RESESUMO

Este trabalho faz parte de uma pesquisa maior que estamos realizando sobre o ensino de circuitos elétricos simples. s. Iniciamos com uma investigação das pré -concepções errôneas dos estudantes universitários sobre este tópico . Fizemos um levantamento junto a quatro universidades públicas brasileiras, abrangendo quase 300 estudantes que haviam tido esse conteúdo seja em aulas de laboratório, seja em aulas teóricas, e aplicamos uma questão sobre circuitos elétricos simples. O resultado nos mostrou que apenas uma pequena parte dos estudantes (15%) adquiriu o conhecimento conceitual suficiente para poderem analisar circuitos simples, sem a necessidade de fazer cálculos. Percebemos , assimim, , que os estudantes demonstraram m dificuldades conceituais e de raciocínio. Após essa investigação começamos a desenvolver materiais didáticos, fundamentados em uma metodologia alternativa, que permitem a facilitação da compreensão dos conceitos físicos, levando, deste modo, a uma aprendizizagem significativa do estudante, e que estão sendo implantados no Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), na disciplina Laboratório de Física Geral III. Através da observação da existência de pré-é-concepções errôneas nos estudantes universitários, começamos a projetar um trabalho a ser realizado com os alunos do ensino médio. Nesse trabalho, utilizamos uma abordagem que tem tornado a aprendizagem mais eficaz, significativa e atraente aos estudantes, visto ser centrada neles. Nela utilizamos um quadro elétrico, que desenvolvemos para podermos fazer as demonstrações necessárias, bem como uma seqüência constando de cinco partes nas quais os alunos inicialmente respondem a algumas questões e depois com a realização da demonstração, o, suas pré-concepções são confrontadas com as observações reais do mundo físico. Este trabalho ainda está em andamento, mas as respostas preliminares têm demonstrado que os estudantes estão tendo um aproveitamento muito bom, com a formação de uma base conceitual científica. Além didisso, a participação dos alunos nas aulas tem aumentado, mostrando uma satisfação com este tipo de abordagem.

## ININTRODUÇÃO

Este trabalho faz parte de uma pesquisa maior que estamos realizando sobre o ensino de Circuitos Elétricos. Iniciamos fazendo uma investigação da concepção dos estudantes universitários sobre Circuitos Elétricos (COSTA et al, 2007), onde fizemos um levantamento das pré-concepções errôneas que os alunos possuíam e que persistiam, mesmo após passarem por aulas de laboratório ou teóricas sobre o assunto. Após essa investigação começamos a desenvolver materiais didáticos, fundamentados em uma metodologia alternativa, que permitem a facilitação da compreensão dos

conceitos físicos, levando, deste modo, a uma aprendizagem significativa do estudante (COSTA e CATUNDA, 2008), e que estão sendo implantados no Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), na disciplina Laboratório de Física Geral III. Através da observação da existência de pré-concepções errôneas nos estudantes universitários, começamos a projetar um trabalho a ser realizado com os alunos do ensino médio.

Muitos pesquisadores têm demonstrado que os alunos conseguem resolver problemas quantitativos até complexos, mas apresentam dificuldades com problemas qualitativos simples (ARONS,1990; McDERMOTT e SHAFFER, 1992; MAZUR, 1997; SHAFFER e McDERMOTT,1992). Desta forma a abordagem tradicional, tão propagada nas escolas públicas, deve ser substituída por uma nova abordagem baseada em investigação (MAZUR, 1977, SOKOLOFF e THORNTON, 1997; SOKOLOFF, 2006), seja ela de demonstração ou de experimentos investigativos.

Nesta abordagem a aprendizagem passa a ser centrada no estudante (SOKOLOFF, 2006), deixando de ser passiva, na qual ele recebe todo o conhecimento, para se tornar ativa, e assim começando a gerar esse conhecimento a partir de observações reais do mundo físico. O professor passa a ser um guia no processo, provocando um ciclo de aprendizagem, , representado como PODS - PrPrevisão, Observação, Discussão e Síntese. Neste ciclo inicialmente é solicitado que o aluno faça a Previsão de um determinado fenômeno, em seguida é feita uma demonstração ou é proposto aos estudantes que realizem um experimento. Desta forma eles são provocados a compararem suas predições (baseadas em suas crenças) com as Observações dos experimentos reais, e é esse confronto que faz com que suas crenças mudem. É feita, então, uma Discussão e finalizando o processo é proposta uma Síntese .

## METODOLOGIA

Esta pesquisa abrangeu cinco turmas do terceiro ano do ensino médio (aprproximadamente 180 alunos) de uma escola pública estadual, do interior do Estado de São Paulo.

O tópico, Circuitos Elétricos (CE), foi desenvolvido segundo uma seqüência constituída de 5 partes, e que segue os passos do PODS . Para a discussão e demonstração desenvolvemos um equipamento que denominamos de "Quadro Elétrico" (Figura 1), equipamento este composto por uma placa de madeira compensada com dois suportes (permitindo que fique em pé, e assim facilitando a observação por toda a sala). Nela existem três fileiras de bornes, sendo que na superior temem -se cinco bornes todos ligados entre si, o mesmo ocorrendo para a fileira inferior, e na fileira do meio temmse três blocos, não interligados, de três bornes, mas com cada bloco tendo os bornes ligados entre si. Este "Quadro Elétrico" permite a montagem de diversos circuitos elétricos. Para a seqüência por nós aqui proposta, usamos para a montagem dos circuitos: lâmpadas miniaturas, cabos de ligação e uma fonte de 9 volts.

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Figura 1. Vista geral do Quadro Elététrico e seus componentes, utilizado para as demonstrações de Circuitos E Elétricos Simples.

A seqüência, composta de cinco partes, utilizada é descrita a seguir.

1ª Parte: Foi colocado para que os alunos respondessem à seguinte questão: "Como devemos conectatar: uma bateria, uma lâmpada e um pedaço de fio, para que a lâmpada se acenda? Proponha duas formas possíveis "

Logo que entregaram as respostas, fizemos um levantamento das respostas dadas. Obtivemos que 24% das duplas conseguiram propor uma forma possível l correta para a ligação e 76% não conseguiram propor nenhuma ligação correta. Destes 76 % , diversas foram as formas que propuseram para a ligação, o, estando algumas delas mostraradas na Figura 2.

Figura 2. Algumas ligações propostas pelos alunos, para a atividade em que tinham apenas um pedaço de fio, uma pilha e uma lâmpada. Observam-se nestes desenhos algumas pré-é-concepções errôneas e que já foram detectadas na literatura a (ARONS,1990; McDERMOTT e SHAFFER, 1992; MAZUR,1997; SHAFFER e McDERMOTT,1992) .

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Após copiar na lousa alguns dos circuitos propostos, discutimos com os alunos quais acenderiam a lâmpada e quais não, sempre questionando o porquê de acender ou não. Depois realizamos a demonstração de algumas respostas. Por fim, através das resposta s obtidas e observações feitas os alunos construíram um modelo conceitual para que pudessem desenvolver os conceitos de CE simples, que foram sintetizados da seguinte forma:

## Modelo para um Circuito Elétrico

- 1º) O circuito deve ser fechado, ou seja, todos os elementos devem estar conectados.
- 2º) Deve ocorrer a passagem de uma corrente elétrica, ou seja, haver um fluxo de um terminal da bateria retornando ao outro terminal da bateria.
- 3º) Quando o circuito está ligado, o brilho das lâmpadas pode ser usado comomo indicador do valor da corrente que atravessa o circuito.

2ª Parte: Foi feita a seguinte proposição: "Vamos ligar as lâmpadas em seqüência, lado a lado, conforme a Figura 3".

Figura 3 . Ligação a ser utilizada para resolver a segunda e terceira parte da a seqüência.

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- a) "O que acontece com o brilho da primeira lâmpada quando é inserida uma segunda lâmpada? E quando for inserida uma terceira lâmpada?"
- b) "O brilho de todas as lâmpadas é o mesmo?"
- c) c) "Se trocarmos a ordem das lâmpadas o que acontecerá?"
- d) "S"Se retirarmos uma das lâmpadas o que ocorrerá com as demais?"
- 3ª Parte: Usando os pressupostos feitos no modelo para um CE, responda:
- a) "O que ocorre com a corrente através das lâmpadas, para estes circuitos?"
- b) "Através, apenas de suas observações, você s podem dizer a direção da corrente através do circuito?"

Como esta parte era um pouco mais longa, , e para que pudéssemos dar a continuidade, ou seja, a realização da demonstração correspondente (Figura 4) e discussão, , o levantamento das respostas dadas foi feito solicitando que levantassem as mãos conforme as alternativas possíveis. Após a demonstração o e discussão o os alunos fizeram uma síntese formulando um modelo conceitual para CE em série, que está colocado a seguir.

- O levantamento feito das respostas corretas, que os alunos redigiram, forneceu para a Parte 2: (a) 77%; (b) 68%, (c) 88%, (d) 16%; e, para a Parte 3: (a) 16% e (b) 14%.

## Modelo para um Circuito em Série

- 1º) O circuito com as lâmpadas ligadas uma seguida à outra é denominado Circuito em Série .
- 2º) A corrente elétrica é a mesma que passa por todos os elementos do circuito
- 3º) Quanto mais lâmpadas tiverem no circuito, menor é o brilho em cada uma delas, assim, menor é a corrente elétrica em cada uma.
- 4º) A diferença de potencial aplicada a cada lâmpada é diferente, pois ela é aplicada nos terminais da bateria que não são os mesmo terminais das lâmpadas.

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Figura 4. Demonstrações realizadas sobre Circuito em Série. (a) Uma lâmpada acesa para servir de referencial para a comparação de quando se insere mais lâmpadas. (b) Três lâmpadas em série, com o brilho diminuído mais ainda do que quando se tinham duas lâmpadas em série .

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- 4ª Parte: Foi feita a seguinte proposição: "Vamos ligar as lâmpadas com os mesmos terminais, conforme a Figura 5" .

Figura 5 . L Ligação a ser utilizada para resolver a quarta e quinta parte da seqüência.

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- a) "O que acontece com o brilho da primeira lâmpada quando é inserida uma segunda lâmpada? E quando for inserida uma terceira lâmpada?"
- b) "O brilho de todas as lâmpadas é o mesmo?"
- c) c) "Se trocarmos a ordem das lâmpadas o que acontecerá?"
- d) "Se retirarmos uma das lâmpadas o que ocorrerá com as demais?"

5ª Parte: Usando os pressupostos feitos no modelo para um CE, responda:

- a) "O que ocorre com a corrente através das s lâmpadas, para estes circuitos?"
- b) "Através, apenas de suas observações, vocês podem dizer a direção da corrente através do circuito?"

Da mesma forma que as duas partes anteriores, o levantamento, inicial, , das respostas dadas foi feita solicitando que le vantassem as mãos conforme as respostas possíveis. No levantamento posterior feito das respostas corretas, obtivemos para a Parte 4: (a) 20%; (b) 82%, (c) 100%, (d) 60%; e, para a Parte 5: (a) 39% e (b) 63%.

Também, após fazermos o levantamento para cada questão, realizamos a demonstração correspondente (Figura 6), e foi solicitado que formulassem um modelo conceitual para CiCircuito Elétrico o em paralelo, que está colocado a seguir.

## Modelo para um Circuito em Paralelo

- 1º) O circuito com as lâmpadas ligadas s aos mesmos terminais é denominado Circuito em Paralelo.
- 2º) A corrente elétrica é a mesma que passa por todos os elementos do circuito.
- 3º) Quanto mais lâmpadas tiverem no circuito, o brilho continua igual para todas elas, assim, a corrente elétrica é a memesma que passava antes de se inserir mais lâmpadas.
- 4º) A diferença de potencial aplicada a cada lâmpada é a mesma, pois ela é aplicada nos terminais da bateria que são os mesmo terminais das lâmpadas.

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Figura 6 . Demonstrações realizadas sobre Circuito em Paralelo. (a) Três lâmpadas em paralelo, com o mesmo brilho de quando se tinha apenas uma lâmpada. (b(b) b) Ao se retirar uma das lâmpadas, as outras lâmpadas não se apagam.

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Depois de termos construído o modelo para Circuito Elétrico o série e parale lo, foi solicitado que fizessem uma planta elétrica de uma casa (Figura 7) para uma posterior construção de sua maquete (Figura 8). Nesta planta eles necessitavam observar o tipo de ligação que utilizariam, bem como a "bitola" do fio a ser utilizada nas ininstalações. A resposta obtida foi muito gratificante pois, a maioria dos grupos formados, conseguiram demonstrar que formaram uma boa base conceitual sobre o assunto. Junto à disciplina Química, foi requerido aos estudantes que construíssem uma pilha para ser utilizada nas maquetes.

Figura 7 . P Planta elétrica idealizada por um dos grupos de alunos, fazendo o uso de Circuitos Série e Paralelo. Para esta planta fizeram o cálculo da "bitola" a ser utilizada nos fios e como para o chuveiro a "bitola" era muito o diferente propuseram uma ligação em separado.

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Figura 8 8 . Maquete, mostrando a rede elétrica idealizada por um dos grupos de alunos, fazendo o uso de Circuitos Série e Paralelo.

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Também foi aplicada uma lista de exercícios puramente conceitual, que estamos fazendo um levantamento das respostas para uma futura análise, mas que já conseguimos verificar que poucos alunos ainda continuam com as pré-concepções que possuíam.

Como nosso interesse está em verificar se esta seqüência fez com que os alunos realmente tenham formado uma base conceitual científica sólida, iremos aplicar uma questão referente ao tópico na avaliação do quarto (último) bimestre de 2008. 8.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste estudo preliminar do uso da abordagem de demonstrações investigativas, através de uma seqüência, pudemos observar que os alunos do ensino médio possuem pré-é-concepções errôneas sobre o tópico Circuitos Elétricos Simples, e que após passarem pela abordagem proposta, muitos demonstraram m terem formado uma base conceitual científica. Foi demonstrado, também, que este tipo de abordagem consegue tornar a aprendizagem mais eficaz, significativa e atraente, o que pode ser observado pela fala de uma aluna: "I"Isto tudo eu entendi, quero ver é quando começar as contas " . Além disso, , foi observado que os alunos começaram a freqüentar e a participar mais nas aulas. Os resultados das avaliações, até o momento, têm demonstrado uma melhora substancial e e a motivação para os trabalhos que estão sendo propostos para o último bimestre está sendo grande. Enfim a receptividade por este tipo de abordagem, que coloca o estudante como o ator central da aprendizagem, tem se mostrado muito alta.

## REFERÊNCIAS

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