Analisando a aplicação da Informática na Educação de Jovens e Adultos: É possível que a Informática contribua para a construção de modelos científicos em Eletricidade?

Analisando a aplicação da Informática na Educação de Jovens e Adultos : É possível que a Informática contribua para a construção de modelos científicos em Eletricidade?

Mantovani, Kátia C. Schiel, Dietrich Barreiro, Águida C.M.

(1) Universidade Estadual de São Paulo, Universidade São Camilo- ES

( 2) Universidade Estadual de São Paulo, Universidade de São Paulo

( 3) Universidade de São Paulo

## 1) Introdução

Muitas pesquisas (REGISTRO, 1999; RIBEIRO, 1992, MANTOVANI, 2001; MATA, 1992) admitem que a Informática pode propiciar uma forma de ensino mais dinâmica para promoção de um aprendizado mais significativo desenvolvendo a motivação pelo ensino.

A necessidade de propiciar um ambiente dinâmico envolvendo o computador no enfoque ao ensino de Jovens e Adultos (30 a 60 anos) e a falta de literatura neste sentido permitiu-nos estudar esta lacuna.

Esta pesquisa faz parte de uma pesquisa mais ampla, na qual estuda a eficiência da inserção de conteúdos digitais no ensino médio do Telecurso 2000 de uma classe que reúne alunos de duas telessalas diferentes. Analisou-se a eficiência da home page em Eletricidade com as simulações de experimentos em linguagem JAVA e FLASH, a construção de raciocínio através das salas virtuais de bate-papo sobre Eletricidade e através de e-mails.

Aqui, relatamos apenas a função de um programa de simulação de circuito elétrico chamado "Crocodile" e a conseqüência deste nas concepções alternativas destes alunos.

Analisar as concepções alternativas de Jovens e Adultos implica em primeiro instante definir o que são tais concepções. Para isso, baseamo-nos em GRAVINA, 1994, que acredita que as concepções alternativas são versões diferentes das aceitas pela comunidade científica.

Neste trabalho, juntamos um conjunto de concepções alternativas para formar um modelo mental.

O modelo mental é visto como um sistema que as pessoas constróem para explicar o mundo com o qual elas interagem (BORGES, T., 1998).

As pessoas resistem muito para mudar estes modelos que elas constroem para explicar determinados fenômenos.

Alguns pesquisadores (KÄRQVIST, 1985; OSBORNE, 1983; SHIPSTONE, 1984 e 1985) estudaram as concepções de alunos do ensino fundamental e médio em relação ao funcionamento de circuito simples. BORGES, T. (2000) relata algumas características em comum dos modelos mentais encontrados por estes pesquisadores.

Alguns modelos mais enfocados pela literatura são:

- · Modelo Unipolar, nomeado por OSBORNE, 1981, onde há um fluxo de corrente do terminal positivo da lâmpada para a base da lâmpada. O segundo fio elétrico é visto como desnecessário ou justificado como fio extra. Este modelo implica que a corrente elétrica não se distingue de energia e que não é conservada e a bipolaridade da lâmpada não é reconhecida.
- · Modelo de 2 componentes. Este modelo é similar as modelo de colisão de correntes (OSBORNE, 1983) e ao modelo I (SHIPSTONE, 1984).
- · Modelo de consumo de corrente- A corrente é consumida quando ela passa através dos elementos resistivos do circuito, embora uma fração dela retorne ao outro terminal da bateria. O modelo é similar ao modelo de atenuação SHIPSTONE (1985) e de modelo C de OSBORNE (1983).
- · Modelo de fonte de corrente constante: a bateria é vista como uma fonte de corrente constante, a corrente que flui através do circuito é sempre a mesma, independente das características do circuito. Mas, há o reconhecimento que a bateria se esgota com o tempo e esta é a única fonte de variação da corrente.
- · Modelo de Ohm - Uma corrente flui através da do circuito transportando energia. A corrente se conserva e é bem diferenciada do conceito de energia. O circuito é visto como um sistema que interage como um todo, de tal maneira que uma mudança em um ponto de vista afeta o comportamento do circuito todo. Este modelo é encontrado no final da educação secundária (SHIPSTONE, 1985).

Estamos dirigindo-nos ao mesmo enfoque que OSBORNE, SHIPSTONE e KARQVIST tiveram: o funcionamento de circuito simples , apesar deles terem trabalhado com os modelos mentais de crianças. Analisamos aqui as concepções de jovens e adultos entre 30 e 60 anos. E além disto, percebendo qual a influência da Informática nesta reestruturação de modelos mentais.

## 1.1) A influência da Informática nos modelos mentais

A Informática muito tem contribuído para diversas áreas, inclusive para a Educação. Algumas pesquisas têm demonstrado resultados positivos na Inserção do Computador em sala de aula (FISCHER E SILVERN, 1985; ABREU, 1990; LUCENA, 1992; MISKULIN, 1999; REGISTRO, 1999).

Aqui, vamos nos entreter com um aplicativo da Informática: programas de simulação e relacionar estes programas com os modelos mentais.

SANTOS, G. et al (2000) analisram o problema das imagens no ensino de Ciências e cuja hipótese central é que algumas imagens externas ajudariam a raciocinar (JOHNSON-LAIRD, 1996); tais imagens facilitariam a construção de modelos e imagens mentais adequados para compreender o mundo físico.

É muito relevante a análise de modelos mentais em nossa pesquisa; eles nos nortearam como os alunos raciocinavam antes e após a utilização da Informática.

Johnson-Laird, em 1983, definiu a importância da utilização de modelos mentais:

"Então é possível argumentar que os modelos mentais desempenham um papel central e unificador na representação de objetos, seqüências de eventos, da maneira em que o mundo é mundo, nas ações sociais e nas psicológicas da vida diária. Permitem ao indivíduo fazer inferências, entender fenômenos, decidir as atitudes a ser tomadas, controlar sua execução e principalmente experimentar eventos".

Portanto para aprender Física, para compreender e utilizar conceitos que explicam e predizem o comportamento de um sistema físico, o sistema deve construir modelos mentais apropriados (SANTOS, G et al, 2000).

"É muito difícil a construção destes modelos apropriados, envolve muitas variáveis e está distante de ser produto do acaso ou do mero ato de ensinar. Pelo contrário, requer ações cuidadosas e sistematicamente controladas cujas características ainda não podemos formular". (SANTOS, G. et al, 2000)

Assim, a partir de um software de simulação, o sujeito pode executar o seu modelo e avaliá-lo "on line", modificando-o a partir dos desajustes com o seu modelo criado, realizando novas predições e voltando a "rodar" o modelo até encontrar um resultado satisfatório. Deste modo, através da tarefa de constatação e revisão do modelo à medida que mostra a situação ao sujeito, é possível que o software de simulação faça que o sujeito costrua um novo modelo e constate na simulação novamente.

Esta pesquisa envolveu estudos com alunos do Telecurso 2000. Estes alunos possuem perfil variado de acordo com o lugar que estudam. Aqui, descreveremos o Telecurso 2000.

- O Telecurso 2000 é uma proposta de Educação a Distância para dar atendimento, prioritariamente a jovens e adultos que desejam fazer o curso ou complementar sua escolaridade até o ensino médio, bem como adquirir competências básicas para o exercício de uma profissão.

Para participar do Telecurso 2000, o aluno pode assistir aos programas de televisão exibidos pela Rede Globo e/ou freqüentar uma telessala.

As telessalas estão funcionando em algumas empresas e instituições de ensino. Estas telessalas possuem um orientador de aprendizagem para cada matéria e, este utiliza do material videográfico (o mesmo que passa na televisão) para complementar sua aula.

Estas fitas de vídeo apresentam o conteúdo em 15 minutos. As aulas, normalmente, são de 1:30h a 2:00h (dependendo da instituição onde se aplica). Neste tempo, o orientador de aprendizagem pode apresentar o conteúdo de forma expositiva, utiliza o próprio livro do Telecurso 2000 (desenvolvido pela Fundação Roberto Marinho), estimula os alunos a desenvolver as tarefas em grupo e também há o estudo individual.

Para que o aluno obtenha o certificado de conclusão, é necessário fazer as provas de todas as matérias. Estas avaliações são aplicadas pelo SENAI/SESI e pela delegacia de ensino. O aluno só obtém este certificado quando recebe aprovação em todas as disciplinas.

A metodologia aplicada nestas telessalas depende do coordenador das telessalas de cada instituição. Os alunos que participaram da pesquisa vêm de 2 telessalas diferentes.

A primeira funciona no campus USP São Carlos, na qual os alunos têm todas as matérias na semana (2 horas/dia). No final do ano, eles fazem as avaliações de todas as matérias.

Para realizar esta pesquisa, é preciso que os alunos que participaram desta, não tenham entrado em contato com o conteúdo Eletricidade, para que verifiquemos o papel da Informática nas concepções alternativas em Eletricidade. Os alunos, funcionários da USP, que participaram desta pesquisa já tiveram alguns conteúdos da Física, mas não chegaram em Eletricidade.

A segunda telessala funciona na empresa de compressores em São Carlos-SP. Eles têm 2 matérias a cada 6 meses (aproximadamente, com exceção de Matemática e Português que duram um ano). Estas matérias, normalmente, mesclam uma na área de Exatas e outra de Humanas ou Biológicas. Quando terminam os dois módulos, os alunos fazem as provas oferecidas pelo Estado ou pelo SENAI/SESI.

Estes alunos não tiveram o módulo de Física ainda, por isso foram selecionados para participar desta pesquisa.

## 2) Objetivo

- - Verificar a eficiência de um programa de simulação de Circuito Simples;
- - Perceber se é possível fazer com que os alunos do ensino médio do Telecurso 2000 , através da utilização deste programa de Simulação de Circuitos "Crocodile" construam modelos apropriados capazes de explicar o funcionamento do circuito;
- - Verificar se houve mudança de concepção referente ao comportamento da corrente elétrica em um circuito simples depois da utilização do programa de simulação.

## 3) Metodologia

## I) Alunos participantes:

- · 10 alunos do ensino médio do Telecurso 2000 da USP-São Carlos e da empresa de compressores Tecumseh do Brasil que não tiveram conhecimento formal nenhum no conteúdo de Eletricidade;
- · Alunos com faixa etária entre 30 e 60 anos;
- · Saíam do curso e iam direto para o trabalho, com exceção dos alunos, funcionários da USP.

## II) Curso Eletricidade através da Informática

- · Curso extra-aula
- · Carga horária: 3 horas no Sábado
- · Total de horas: 30 horas
- · Conteúdo: Circuito elétrico e corrente elétrica
- · Local do Curso: Centro de Divulgação Cultural e Científica (CDCC)-São Carlos-SP

## III) Características do softftware utilizado

O software que utilizamos é denominado "Crocodile" ou mesmo "Crocclip" e pode ser encontrado através do site www.crocodile-clip.com/m/education. Ele proporciona uma boa interatividade em m sua utilização.

É compmposto de elementos do circuito elétrico como lâmpmpadas, diodos, leds, buzinas, interruptores com m 2 e três saídas, campmpainha e os fios. O crocodilo é um m ícone que serve para apagar algum m elemento selecionado.

Este software é utilizado para que os alunos aprendam m a construir circuitos e para que percebam como fazer funcionar o circuito elétrico, além m de fazer o aluno a interagir com m diversas situações como montagem m de diferentes associações de resistores, montagem m do circuito com m os diferentes elementos já citados (como lâmpmpadas, diodos, etc...)

Abaixo (fig. 1), mostramos a tela do programa "Crocodile".É denominado assim m porque o primeiro ícone é um m crocodilo que serve para apagar os outros elementos do circuito.

Figura 1- Software de simumulação de circuitos elétricos denominado "Crocodile"

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Abaixo, na tabela 1, mostramos os ícones que encontramos no software e suas descrições:

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Tabela 1: Descrição dos ícones do software "Crocodile "

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## IV) Descrição da aplicação das atividades:

## 1) Etapa de hipóteses

Foram m aplicadas situações problematizadoras, onde os alunos tiveram m que prever o que iria acontecer no circuito.

As situações são mostradas aqui:

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Tabela 2: Situtuações dos circuitos elétricos e Objetivos

.

Questão E) Agora, a cada experimento simumule no programa e reescreva suas respostas.

Os alunos clicaram m m m nos ícones e colocaram m os elementos do circuito na tela, depois ligaram m os elementos com m o mouse e, a visualização do brilho colorido da lâmpmpada fez com m que os alunos percebessem m a impmportância do circuito fechado. Apesar do desenho abaixo estar em m preto e branco, sabe-se que a lâmpmpada está brilhando neste esquema (fig. 2).

Figura 2: Simumulação do circuito formado por lâmpmpada-fios-interruptor-pilha

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Os alunos montaram m os circuitos das questões a , b , c , d , f f e avaliaram m se as respostas estavam corretas. Após verificar todas as respostas, eles responderam m novamente a etapa de hipótese o que agora se tornou a verificação

Questão F) Você tem m 2 fios, uma lâmpmpada de uma pilha, conecte estes compmponentes para que a lâmpmpada acenda.

## 2) Desafio aos alunos:

Como nas respostas começaram m surgir modelos de consumo de corrente (KÄRQVIST, 1985), foi proposto que eles desenhassem m a mão livre o que ocorre dentro da lâmpmpada na hora que acende. Esta proposta do desenho a mão livre era para fazer com m que o aluno refletisse sobre a chegada da corrente elétrica até a lâmpmpada.

Pois, até então, a lâmpmpada que estava mais próxima da fonte acendia com m maior intensidade, porém m ao desenhar a lâmpmpada (sozinha) acendendo, eles analisavam m como se houvesse duas correntes de valor igual e sinais opostos que se encontrassem m na lâmpmpada, anulando-se e formando a luz.

- 4.1) Resultado da utilização do software:
- 1) Algumas questões foram m melhor descritas, como na questão a, alguns alunos falaram m que brilham m com m a mesma intensidade, mas não disseram m que quanto mais lâmpmpadas colocadas em m série, o brilho (apesar de igual) será diminuído. Então foi colocado outro desafio: Coloquem m mais uma lâmpmpada...e outra ...e outra...e agora? O que aconteceu? Compmparem m a questão (a) e a questão (c). O que está acontecendo?

Foram m estas perguntas que fizeram m com m que os alunos refletissem m mais sobre o tema , abordamos então sobre a intensidade da corrente em m cada lâmpmpada depois de colocá-las em série. Com m o software, os alunos conseguiram m perceber que o brilho diminuía por igual, mas não associavam m a intensidade da corrente em m cada lâmpmpada.

Os próprios alunos deram m alguns depoimentos a favor do experimento virtual:

- "Dá impressão que a resposta na minha cabeça é instantânea...eu sei responder a pergunta imediatamente"
- "Mas, apesar de que às vezes dá errado o experimento real, acho que deveria unir os dois...(r(real e virtual) . É o virtual que dá o "tchan"na cabeça da gente"

Os alunos queriam m dizer que a resposta vem m imediata para eles: "tchan na cabeça da gente" Por isso, que de acordo com m alguns depoimentos e observações contínuas em m sala, pudemos observar que o software possibilita a construção de modelos científicos

- 2) O programa, por proporcionar uma boa interatividade, fez com m que os alunos soltassem m a imaginação e montassem m o circuito com m alguns elementos como a buzina, o interruptor, a campmpainha. A necessidade do circuito fechado para que a corrente circulasse já era uma concepção existente antes mesmo do curso iniciar.
- 4.2) Análise quantitativa das respostas dos alunos anterior e posterior à aplicação do software será mostrada na tabela 2:

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Tabela3: Resultados quantitativos das concepções dos alunos (anterior e posterior à aplicação do software)

- 4.2) Resultado dos desenhos esquemáticos (anterior e posterior à aplicação do teste)

## Uma observação:

Os alunos utilizaram m o Paint Brush para fazer o 1 O . desenho esquemático.

Paint Brush é um m aplicativo do Windows. É possível encontra-lo dentro da janela Acessórios. É um m aplicativo que inclui ferramentas geométricas que ajudam m a desenhar formas perfeitas, colorir, redimensionar formatos, inverter, girar e alongar as imagens desenhadas (PERRY, G.M., 1996)

Antes dos alunos iniciarem m este curso de Eletricidade mediado pelo programa de Simumulação "Crocodile", tiveram m algumas aulas de Noções de Informática, nas quais, aprenderam a manusear o mouse, digitar textos e desenhar no Paint Brush. Pois eles não conheciam m nada sobre compmputador.

Neste curso de Noções de Informática, já percebíamos que os alunos tinham m uma enorme dificuldade de manusear o mouse e fazer qualquer desenho. Esta dificuldade foi minimizada depois de algumas aulas, porém m notamos que, no resultado abaixo, ainda há dificuldade em desenhar a lâmpmpada-fios-pilha no Paint- Brush.

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Tabela 4: Resultado dos desenhos esquemáticos sobre conexão lâmpmpada-fios-pilha e corrente elétrica dentr

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## 5. Análise dos resultados:

## 5.1) Análise das questões aplicadas anteriores à utilização do software.

Podemos perceber que os alunos têm o modelo que aparece na literatura (atenuação ou de consumo de corrente); eles acreditam que a corrente acende primeiro a lâmpadas mais próxima e vai desgastando por isso que não acende a segunda com a mesma intensidade. Isto não ocorre na representação com lâmpadas em paralelo, pois eles alegam que estão a mesma distância da fonte, é por isso que elas brilham por igual, e a corrente não é consumida.

Depois de fazê-los desenhar a corrente elétrica dentro da lâmpada, obtivemos que os alunos realmente estão com modelos que aparecem na literatura (Modelo de colisão de corrente)

O intuito desta pesquisa foi perceber se depois da utilização do software de simulação, os alunos consigam superar suas concepções alternativas e construir um modelo aceito cientificamente. Para isso, mostraremos os resultados após a simulação no software.

## 5.2) Análise dos resultados das questões aplicadas posteriores à utilização do software

Após a utilização do software, os alunos não falam mais sobre o brilho maior na lâmpada mais próxima da fonte. Após outros relatos informais, não falam mais que a corrente vai se "gastando" com o decorrer do circuito, portanto aquele modelo de consumo de corrente foi abolido e eles conseguiram perceber o sentido da corrente, além m de relacionar potência e brilho, e o que ocorre quando são colocadas as lâmpadas em diversas maneiras.

## 6) Conclusões

Os alunos conseguiram ter uma noção do fufuncionamento do circuito, a necessidade do circuito fechado e como a corrente elétrica percorre-o diante das diversas situações apresentadas: com lâmpadas ligada em série e em paralelo.

A análise das respostas e os depoimentos deles permitiu-nos perceber que o software faz com que eles percebam onde erraram em suas respostas, de imediato

A discussão sobre o assunto promoveu uma visão mais ampla do conteúdo de Eletricidade, assim eles conseguiram refletir por exemplo, que na ligação em paralelo as correntes são divididas, enquanto na ligação em m série é a mesma e sobre a intensidade da corrente na associação em paralelo e em série quando colocadas mais de uma lâmpada no circuito.

Portanto, através do software de simulação consegue-se mostrar onde os alunos estavam errando, fazendo-os mudar a concepção, mas a interação: aluno-computador-professor é indispensável para o ensino efetivo do conteúdo.Segundo os próprios alunos:

- "O computador ajudou muito, sem ele não seria tão fácil...manusear lâmpadas e fios eu sei, o computador, faz a gente pensar um pouco...mas é a professora que fica perguntando para gente toda hora e faz que a gente pense mais"
- "Consegui aprender sobre as associações devido ao computador mas as respostas das minhas dúvidas que tirei", "O computador ajuda, mas ele não responde as minhas dúvidas"

Assim, podemos perceber que segundo esta pesquisa, tudo indica que é possível que a Informática contribua para a construção de modelos científicos em Eletricidade.

## 7) Referências Bibliográficas

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