ANÁLISE DA EVOLUÇÃO DO CONCEITO DE ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES POR MEIO DE DESENHOS DE ALUNOS DO ENSINO MÉDIO

## ANÁLISE DA EVOLUÇÃO DO CONCEITO DE ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES POR MEIO DE DESENHOS DE ALUNOS DO ENSINO MÉDIO

## ANALYSIS OF THE EVOLUTION OF CONCEPT ABOUT ASSOCIATION RESISTORS THROUGH OF THE DESIGNS OF HIGH SCHOOL STUDENTS

## Ana Paula Rebello , Maurivan Güntzel Ramos 1 2

1 PUCRS/Instituto de Física/prof.anapaula@ibest.com.br

2 PUCRS/Faculdade de Química /mgramos@pucrs.br

## Resumo

O presente artigo apresenta a análise dos desenhos de circuitos elétricos, com ênfase na associação de resistores, elaborados por alunos do ensino médio, de uma escola pública de Porto Alegre/RS, antes e depois de participarem de uma Unidade de Aprendizagem (UA) sobre o assunto. Constituiu a Unidade de Aprendizagem um conjunto de atividades, envolvendo a problematização do assunto pelos alunos e pelo professor, a simulação computacional por meio do software educacional Crocodile Physics, a construção de maquetes dinâmicas, com a possibilidade de ligar e desligar lâmpadas, a sua exposição pública na escola e do esquema técnico correspondente, e a resolução de exercícios e de situações problema com a participação efetiva dos alunos. A pesquisa relatada está associada à parte de uma dissertação de mestrado, já concluída em 2010. Para a pesquisa foi utilizado um questionário, aplicado no início e no final da UA, o qual solicitava, em uma das questões, a elaboração de um desenho de um circuito com as seguintes características: três lâmpadas associadas em paralelo ligadas a uma lâmpada em série, contendo neste circuito ainda uma chave de manobra e uma pilha/bateria. O objetivo da aplicação dessa questão era avaliar a compreensão dos sujeitos sobre o assunto, comparando, por meio dos desenhos, a evolução dos conceitos sobre circuitos elétricos em dois momentos, nos testes inicial e final. A análise dos desenhos permite concluir sobre a importância dos recursos empregados na UA para a aprendizagem significativa e para a evolução do conceito de circuitos elétricos dos sujeitos envolvidos representados graficamente, considerando que todos os sujeitos envolvidos apresentaram corretamente o segundo desenho, o que não ocorreu com o primeiro.

Palavras-chave : Representações gráficas, Associações de Resistores, desenhos, Unidade de aprendizagem, Ensino de Física.

## Abstract

This paper presents the analysis of drawings of electrical circuits, with emphasis on the association of resistors, made by high school students of the a public school in Porto Alegre/RS, before and after participating in a Learning Unit (AU) on the subject. The AU was constituted by one set of activities, involving the questioning of the subject by pupils and teacher, the computer simulation by means of educational software Crocodile Physics, the construction of dynamic models, with the possibility to turn on lamps, the public exposure of models in the school space and of the your technical design, and the resolution of exercises and problem situations with the effective participation of students. The research reported is associated to part of a master dissertation, now completed in 2010. For the research was

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30 de janeiro a 04 de fevereiro de 2011

used a questionnaire applied at the beginning and end of the AU. This questionnaire requested in one of the issues, to develop a drawing of a circuit with the following characteristics: three lamps connected in parallel attached to a lamp in series, containing an operation key and a battery. The objective of applying this issue was to evaluate the understanding of the subjects on the subject, comparing, by means of the drawings, the evolution of concepts about electrical circuits in two stages: initial and final tests. The analysis of the drawings shows the importance of resources employed in the AU for meaningful learning and for the evolution of the concept of electrical circuits of the individuals involved in the research. All subjects made correctly drawings after the AU.

Keywords : Graphics representation, Associations of resistors, Drawings, Learning Unit, Physics Teaching.

## Introdução

- O presente artigo é resultado de uma pesquisa realizada com alunos do ensino médio de uma escola pública de Porto Alegre, no qual a primeira autora do trabalho atuou como professora. Foi desenvolvida uma Unidade de Aprendizagem (UA) sobre circuitos elétricos, com ênfase na associação de resistores. Integrou essa UA a problematização do assunto pelos alunos e pelo professor, o uso de simulação computacional por meio de software educacional, a construção de maquetes dinâmicas e a sua exposição pública no espaço da escola, bem como a resolução de exercícios e situações problemas, sempre com a participação efetiva dos alunos.
- O software educativo Crocodile Physics® (CROCODILE CLIPS, 2006), usado na UA é encontrado de forma gratuita na rede mundial de computadores e tem como principal objetivo construir simulações capazes de auxiliar na compreensão de circuitos elétricos básicos. Após a atividade desenvolvida com o auxílio do computador, os alunos puderam construir esquemas técnicos (desenho esquemático) com os elementos que constituíam o circuito elétrico: lâmpadas, interruptores e pilhas. Com o intuito de demonstrar a compreensão sobre o que foi desenvolvido na UA, os alunos apresentaram seus trabalhos à comunidade escolar em uma exposição pública.
- A realização dessas ações é uma forma de coletar informações para responder ao seguinte problema de pesquisa: Como os alunos, após participarem da UA, mostram, por meio de desenhos, a compreensão do conceito de resistores?

Tendo como objetivo superar as dificuldades apresentadas pelos alunos com relação à compreensão sobre circuitos elétricos com ênfase na associação de resistores, este trabalho defende que é importante envolver os alunos em um trabalho contextualizado com vistas a promover a reflexão e contribuir para a ocorrência de aprendizagens significativas associadas ao seu cotidiano. A não vinculação ao cotidiano do aluno, com frequência, torna a disciplina de Física pouco atrativa e desinteressante, dificultando a aprendizagem. Desse modo, esta investigação procurou favorecer o processo de aprendizagem sobre circuitos elétricos básicos e associação de resistores por meio de uma UA com várias situações, envolvendo a participação dos alunos.

Para acompanhar a evolução do conceito dos alunos sobre o assunto, neste trabalho, foi solicitado aos alunos, antes e depois da UA, que desenhassem um circuito elétrico contendo: três lâmpadas associadas em paralelo, ligadas a uma lâmpada em série. O circuito deveria ter ainda uma chave de manobra e uma

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pilha/bateria. A análise dos desenhos possibilitou compreender os avanços em termos da evolução do conceito de associação de resistores pelos alunos.

## Unidade de Aprendizagem como ação pedagógica

A Unidade de Aprendizagem (UA) é uma organização diferenciada para o desenvolvimento de um determinado conteúdo a ser estudado pelos alunos e pelo professor em sala de aula. Caracteriza-se pela sua flexibilidade e pela superação da linearidade em relação à organização dos assuntos e atividades. Considerando-se a problematização dos conhecimentos dos sujeitos envolvidos e a interação na realização de atividades e na busca de respostas, pode-se afirmar que a UA tem como pano de fundo a pesquisa na sala de aula (DEMO, 1998; MORAES; GALIAZZI; RAMOS, 2004), bem como a socialização dos participantes. Nesse sentido, as atividades propostas a partir da problematização do tema visam à reconstrução dos argumentos dos estudantes e também do professor, se considerarse que ambos são aprendentes e ensinantes nesse processo (RAMOS, 2008).

Uma UA leva em consideração o conhecimento dos alunos e tem por objetivo a reconstrução desse conhecimento, tornando os argumentos mais complexos. Desse modo, o desenvolvimento da UA está intimamente relacionado com a realidade do aluno e com seus interesses e busca aprendizagens mais significativas.

A realização da UA implica também momentos de socialização e de discussão de resultados com vista a sua divulgação e validação pelos sujeitos aprendentes, pois é na interação com os outros que se aprende pela validação das hipóteses que vão sendo construídas ao longo das atividades. No entanto, o diálogo e a possibilidade de os alunos também falarem permeiam toda a UA, pois é premissa o envolvimento dos sujeitos por meio da linguagem para que as aprendizagens ocorram. (VYGOTSKY, 1984, 1996; WERTSCH, 1998, 2008). Em síntese, a UA, na perspectiva da pesquisa, ocorre num ciclo que envolve o questionamento, a reconstrução de argumentos e a comunicação (MORAES, GALIAZZI, RAMOS, 2004). Essas etapas também são valorizadas pela aprendizagem significativa crítica (MOREIRA, 2009).

Tomando com base que a educação pela pesquisa, no geral, e a UA, no particular, são importantes para o ensino de Ciências e de suas várias áreas, como a Biologia, a Física e a Química, a investigação relatada neste artigo teve como foco principal o estudo dos conceitos básicos sobre circuitos elétricos, com um destaque para a associação de resistores. A seguir são apresentados detalhes sobre os procedimentos utilizados na investigação, bem como seus resultados qualitativos, recorte deste trabalho.

## Desenvolvimento da Unidade de Aprendizagem

Dando inicio à Unidade de Aprendizagem proposta na pesquisa, foi aplicado um teste com 80 alunos de seis turmas do ensino médio de uma escola pública, para a identificação dos seus conhecimentos relativos ao tema de estudo. No entanto, decidiu-se que seriam analisados e comparados os dados somente dos alunos que participaram de todas as atividades propostas na UA. Assim, 30 alunos fizeram parte da análise final.

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Após a aplicação do teste inicial, realizaram-se diálogos com vistas à problematização do conhecimento dos alunos, tendo por base os questionamentos dos alunos a partir de suas dúvidas e interesses sobre de estudo. Após os alunos utilizaram o software educacional Crocodile Physics® (CROCODILE CLIPS, 2006), que possibilitou a simulação da construção de circuitos, contendo lâmpadas, pilhas, baterias, LEDs e interruptores e a partir dele elaborar um esquema técnico contendo circuitos propostos para a verificação. Na sequência, os alunos confeccionaram maquetes de ambientes nas quais aplicaram os conceitos estudados, sobre associações em série e paralelo de resistores. Essas maquetes estavam relacionadas ao esquema técnico elaborado com o uso do software. A seguir, os alunos apresentaram suas maquetes e esquemas técnicos em uma exposição pública no espaço da escola. Realizaram também exercícios e resolveram situações problemas sobre o tema. Por último, responderam ao teste final.

Dessa forma, a UA esteve sempre permeada por momentos de reflexão, de diálogo, de debate, visando à reconstrução do conhecimento sobre associação de resistores. A realização das atividades ocorreu no ambiente da sala de aula e somente a elaboração das maquetes deu-se de forma extraclasse.

## Análise dos desenhos de circuitos elaborados pelos alunos nos testes iniciais e finais

Na última questão do teste inicial e do teste final, foi solicitado aos alunos que desenhassem um circuito contendo as seguintes características: três lâmpadas em paralelo ligadas a uma lâmpada em série, que estão ligadas a uma bateria e a uma chave interruptora. O objetivo dessa questão era avaliar a compreensão dos alunos sobre os conceitos envolvidos no estudo, de modo que se pudesse comparar os conhecimentos implícitos e manifestos sobre circuitos elétricos nos testes inicial e final. Com essa estratégia seria possível perceber a maior ou menor complexidade dos desenhos dos alunos e, consequentemente, identificar as diferenças após a realização da UA sobre circuitos elétricos.

Dos desenhos realizados pelos 30 sujeitos de pesquisa antes da realização da UA, 28 apresentaram deficiência nas representações dos elementos dos circuitos. Destaca-se a dificuldade desse grupo em demonstrar as associações de lâmpadas em série e paralelo, bem como a ideia de circuito. Apenas dois alunos apresentaram os desenhos de forma correta, o que mostra que já dominavam o assunto antes da UA.

Após o desenvolvimento da UA, o desempenho dos alunos ficou evidenciado pela correção de suas representações. Dos desenhos analisados, 96,6% apresentaram respostas consideradas corretas, pois somente um aluno manteve a dificuldade em atender às solicitações da questão. Dos 29 alunos que elaboraram desenhos corretos, após a UA, 77,8% passaram a representar com símbolos técnicos seus desenhos e 22,2% mantiveram a representação gráfica com o uso de lâmpadas ou de pilhas, que lembravam os elementos na forma real.

Nos desenhos a seguir, é possível identificar algumas características que evidenciaram a reconstrução do conhecimento sobre os circuitos elétricos de alguns sujeitos da pesquisa.

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O primeiro desenho (Fig. 01) fica caracterizado o não conhecimento sobre um circuito, pois o Sujeito A conecta todos os elementos solicitados, porém sua representação não possibilitaria o acendimento das lâmpadas. Pode também mostrar a inadequada representação, pela falta de detalhes, de uma ideia correta, pois se o fio representado for duplo o modelo até poderia funcionar. Observa-se, pois, que o modo como as lâmpadas estão dispostas pode mostrar que o aluno desconhece a ligação dos fios no dispositivo no qual é acoplada a lâmpada (soquete). Além disso, na Figura 01 o interruptor é mostrado como uma caixa fechada, o que pode evidenciar o não conhecimento do mecanismo de um interruptor (chave de manobra) como uma abertura no circuito elétrico.

Figura 01 : Desenho inicial do Sujeito A

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Figura 02 : Desenho final do Sujeito A

No seu segundo desenho (Fig.02), o aluno A mostrou a reconstrução sobre o seu conhecimento após o desenvolvimento da UA, pois desenhou as três lâmpadas associadas em paralelo e uma ligada em série. Houve a representação adequada da chave de manobra e das pilhas. Percebe-se que o Sujeito A utilizou dos conhecimentos adquiridos com a utilização do programa Crocodile para representar as lâmpadas do seu circuito. Isso mostra também que o Sujeito A superou a representação do concreto e passou a operar com o abstrato, com o simbólico, mostrando, por meio do esquema técnico a representação do que foi solicitado.

Num segundo exemplo, o desenho elaborado no teste inicial pelo Sujeito B (Fig. 03) não há o conceito de circuito elétrico estabelecido, uma vez que não há uma ligação correta com as lâmpadas, a bateria e o interruptor, além de faltar uma das lâmpadas. O interruptor também é mostrado como, geralmente, se vê, não identificando o interior do dispositivo.

Figura 03 : Desenho inicial do Sujeito B

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Figura 04 : Desenho final do Sujeito B

No desenho final do Sujeito B (Fig. 04) a representação de circuitos fica evidenciada por meio da representação correta solicitada na questão. Assim como o

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aluno A, o aluno B utilizou das representações do programa para desenhar o seu circuito.

Como um terceiro exemplo, o primeiro desenho do Sujeito C (Fig.05) mostra um conhecimento prévio, anterior à participação na UA, que se aproxima do correto, porém sua representação do circuito impossibilita o acendimento das lâmpadas, pois não há pilhas ou baterias no desenho. Outro fator importante é a não distinção nítida entre circuito série e paralelo, entretanto o aluno tinha certo conhecimento que há sim uma diferença entre esses conceitos, o que demonstra por meio da separação de três lâmpadas no lado esquerdo e uma no lado direito do circuito.

Figura 05 : Desenho inicial do Sujeito C

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Figura 06 : Desenho final do Sujeito C

Após a realização da UA, o desenho tornou-se mais complexo e completo. No desenho da Figura 06 apresenta uma fonte (pilhas/baterias) no circuito. O aluno consegue perceber a diferença entre série e paralelo, colocando o que foi solicitado na questão e representa novamente a chave interruptora em seu circuito. Destacase também o desenvolvimento do pensamento abstrato e simbólico na representação do circuito.

No quarto exemplo o sujeito D no seu primeiro desenho (Fig. 07), antes da UA, tentou, sem sucesso, representar a diferença entre a associação contendo as lâmpadas em série e paralelo. Há a presença de uma chave interruptora e a pilha/bateria na forma simbólica, mas não percebe que o seu circuito, da forma como representou, não fará as lâmpadas acenderem.

Figura 07 : Desenho inicial do Sujeito D

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No desenho final do Sujeito D (Fig.08) deixa de utilizar o desenho de lâmpadas e chave de manobra, mas ainda permanece com a representação simbólica para pilha/bateria em seu circuito. Vale destacar que no desenho final do

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Figura 08 : Desenho final do Sujeito D

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sujeito D há uma representação geral de resistores, evidenciando o uso de símbolos para outros elementos do circuito.

Esses quatro exemplos mostram que os conhecimentos desses alunos, usados como exemplos, mostram-se mais complexos e mais científicos, o que têm, muito provavelmente, relação direta com as atividades realizadas na UA, em especial com o uso da simulação computacional, que emprega esses símbolos. Com a grande maioria dos demais sujeitos ocorreu o mesmo. Observa-se no gráfico da Figura 09, que ao final os desenhos apresentam mais elementos nos circuitos.

Figura 09 - Gráfico comparativo da presença dos elementos solicitados na questão 5

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Inicialmente os desenhos de 30% dos alunos apresentaram três lâmpadas em paralelo e 26,7% desenharam uma lâmpada em paralelo. Porém ao final da UA esse índice subiu para 90% e 93,3% respectivamente, evidenciando que os alunos conseguiram diferenciar as duas associações com mais êxito. No teste inicial ao ser solicitado ao aprendiz a desenhar uma bateria e uma chave de manobra, 56,7% e 53,3% respectivamente, apresentaram em seus circuitos os dois elementos. Entretanto, percebe-se que ao final do desenvolvimento da UA os alunos tiveram quase que a totalidade da representação correta dos elementos solicitados, trazendo indícios que houve uma aprendizagem a partir dos desenhos analisados.

O que se pode destacar nessa análise é que além da compreensão do fenômeno que os sujeitos passaram a ter, é possível que tenha havido um pensamento mais abstrato, confirmado pela representação dos circuitos por meio dos esquemas técnicos, sem que isso tenha sido solicitado, pois a questão refere: 'Desenhe um circuito que tenha as seguintes características: três lâmpadas em paralelo ligadas a uma lâmpada em série, que estão ligadas a uma bateria e a uma chave interruptora.'

Uma hipótese para esse avanço foi a utilização do software Crocodile , que contribuiu para os sujeitos fazer simulações, tanto de circuitos com os acessórios necessários, como gerar os esquemas técnicos referentes aos circuitos.

Após a realização da UA, o desenho tornou-se mais complexo e agora apresenta pilhas/baterias em seu circuito. O aluno consegue perceber a diferença entre série e paralelo, colocando o que foi solicitado na questão e representa

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novamente a chave interruptora em seu circuito. Destaca-se também o desenvolvimento abstrato na representação do circuito.

## Considerações Finais

- O presente trabalho teve como objetivo investigar o processo de aprendizagem sobre circuitos elétricos, com destaque para a associação de resistores, por meio de uma Unidade de Aprendizagem sobre esse assunto, na qual foram realizadas aulas dialogadas, produção de maquetes dinâmicas, e sua apresentação à comunidade escolar em uma mostra de trabalhos, a partir do uso do programa Crocodile Physics® e a partir de questionamentos iniciais formulados pelos alunos.

Após a análise dos desenhos de 30 sujeitos de pesquisa, foi possível evidenciar a compreensão sobre os circuitos elétricos com ênfase na associação de resistores. A evolução dos desenhos durante a UA pode ser evidenciada, inicialmente, pela complexificação dos símbolos utilizados nos desenhos dos alunos. A abstração ficou evidenciada por meio da representação correta de resistor, pilha/bateria por praticamente a totalidade dos sujeitos analisados.

- O fato dos alunos terem participado das demais atividades desenvolvidas na UA contribuíram de forma significativa para que a evolução nos desenhos fosse percebida. Destaca-se a atividade desenvolvida com o programa Crocodile Physics®, pois os alunos tiveram a possibilidade de simular diferentes circuitos de forma interativa, fazendo inclusive simulações de curtos circuitos e alterações de voltagem de baterias que resultavam na queima das lâmpadas associadas. O estudo por meio deste software oportunizou aos alunos, ainda, a produção de um esquema técnico dos circuitos, empregando a simbologia adequada, o que evidencia avanços no sentido da aprendizagem deste tema num plano abstrato. Dessa forma, a utilização computacional possibilitou aos alunos que seus desenhos, por vezes, tivessem as mesmas simbologias utilizadas no programa.

## Referências

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