AS CONTRIBUIÇÕES DE UM OBJETO DE APRENDIZAGEM PARA O ENSINO DE CONCEITOS DE ELETROMAGNETISMO NA EDUCAÇÃO BÁSICA

## AS CONTRIBUIÇÕES DE UM OBJETO DE APRENDIZAGEM PARA O ENSINO DE CONCEITOS DE ELETROMAGNETISMO NA EDUCAÇÃO BÁSICA

## José Mauro de Sousa 1 , Newton Figueiredo , Ana Paula dos Santos Malheiros 2 3

- 1 E. E. Profª. Maria Amália de Magalhães Turner, josemaurosousa@yahoo.com.br
- 2 Universidade Federal de Itajubá/Departamento de Física e Química, newton@unifei.edu.br

## Resumo

Este trabalho apresenta os resultados de uma pesquisa a respeito das contribuições de objetos de aprendizagem (OA) para o ensino de conceitos de Física na Educação Básica. Nele é feita a análise de uma sequência de atividades na qual se fez uso do OA 'Movimento de cargas num campo magnético', durante a abordagem dos conceitos relacionados à expressão da Força de Lorentz, no desenvolvimento do tema Eletromagnetismo em uma turma de Ensino Médio. Buscou-se, a partir da sequência desenvolvida, identificar as possíveis contribuições do OA para isso. Os resultados obtidos mostraram que o OA utilizado constitui um importante recurso para o ensino, ao possibilitar a visualização de um fenômeno físico que exige maior capacidade de abstração dos alunos. Além disso, também favoreceu a participação mais ativa dos alunos nas aulas e o desenvolvimento de determinadas habilidades relacionadas à competência de investigação e compreensão dos fenômenos físicos, tais como a capacidade de organizar, sistematizar, testar, analisar e fazer hipóteses.

Palavras-chave : Ensino de Física, Tecnologias de Informação e Comunicação, Ensino Médio.

## Introdução

Os estudos a respeito do ensino e da aprendizagem em Ciências na Educação Básica têm revelado que a preocupação quanto às metodologias e às estratégias desenvolvidas em sala de aula ainda é uma constante em nosso país. Dentro dessa perspectiva, um dos temas que vêm ganhando destaque quanto às possibilidades de utilização nas práticas desenvolvidas para o ensino de Física são as Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC), principalmente as tecnologias computacionais (ARAÚJO; VEIT, 2004).

Diante da diversidade de recursos proporcionados pelos computadores, recentemente, os denominados objetos de aprendizagem (OA) estão ganhando cada vez mais espaço devido às suas potencialidades para o ensino de Ciências, ainda que seu uso em sala de aula continue pouco frequente, sobretudo na Educação Básica, conforme destacam Miranda, Arantes e Studart (2011).

Segundo Wiley (2000), um objeto de aprendizagem trata-se de qualquer entidade que permita sua utilização, reutilização ou ainda que possa ser referenciada na aprendizagem apoiada por tecnologia. Conforme destaca o autor, um OA inclui desde recursos menores como imagens digitais ou fotos até páginas inteiras da web que apresentam textos, imagens e outras mídias.

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No que diz respeito ao ensino de Física, as simulações computacionais de experimentos constituem um dos OA mais disseminados na área (MIRANDA; ARANTES; STUDART, 2011). Embora as simulações computacionais de experimentos de Física não devam substituir experimentos reais, como destacam os mesmos, dada as suas limitações e por se basear em um modelo que simplifica a realidade (MEDEIROS; MEDEIROS, 2002), as suas potencialidades para as aulas de Física no Ensino Médio não podem ser desprezadas.

Este trabalho apresenta parte do resultado de uma investigação a respeito das contribuições do uso de OA durante as aulas de Física sobre Eletromagnetismo em uma turma da terceira série do Ensino Médio. Nele é feita a análise de uma sequência de atividades realizadas a partir da utilização do OA Movimento de Cargas num Campo Magnético 1 , disponível no portal Ciência à Mão, da Universidade de São Paulo.

## Descrição do trabalho desenvolvido

## Metodologia

A investigação foi realizada a partir dos pressupostos da pesquisa qualitativa. A sequência de atividades desenvolvida para a exploração das potencialidades do OA utilizado permitiu o estudo dos conceitos físicos relacionados à expressão da Força de Lorentz (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2009). Tal sequência de atividades foi aplicada em uma turma de 20 alunos da terceira série do Ensino Médio em uma escola estadual da cidade de Guaratinguetá, no interior de São Paulo.

As aulas aconteceram na sala de informática da escola, a qual possui cerca de 10 computadores funcionando para atender os objetivos do Programa Acessa Escola . O número reduzido de alunos facilitou a formação das equipes e o trabalho 2 na sala de informática, uma vez que, ainda que na maioria das aulas fosse comum mais de uma máquina apresentar algum problema de funcionamento, os grupos eram constituídos por, no máximo, três alunos.

As orientações sobre os procedimentos a serem executados durante a realização das atividades e os questionamentos feitos foram apresentados por meio de fichas, as quais também permitiram que os alunos fizessem o registro de suas observações de forma mais organizada. Além disso, cada grupo recebeu um caderno para registrar suas observações e fazer as anotações que considerassem pertinentes durante as aulas. Além deste material, a coleta de dados durante a pesquisa ocorreu a partir do registro no caderno de campo do professor-pesquisador e da utilização de uma filmadora e de um gravador de áudio. A análise e a interpretação dos dados coletados foram feitas pela triangulação das informações obtidas pelos instrumentos de coleta aqui descritos.

(Fonte: <http://www.educacao.sp.gov.br/projetos/acessa-escola>. Acesso: 10 out. 2011)

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20 a 25 de janeiro de 2013

## As atividades realizadas

O OA Movimento de Cargas num Campo Magnético consiste em uma simulação que permite o estudo do comportamento de uma partícula com carga elétrica em movimento numa região onde atua um campo magnético perpendicular à direção de sua velocidade. O OA em questão permite simular a situação em que um lançador dispara partículas carregadas para acertar um alvo, passando por uma região de campo magnético. O lançamento pode ser considerado como sendo realizado sobre uma mesa horizontal e a força resultante sobre a partícula lançada, ao passar pela região de campo magnético, é a força magnética. O resultado da atuação desta força sobre a partícula eletrizada é a trajetória circular observada.

Os principais elementos apresentados pelo OA podem ser identificados na figura 01. Os botões apresentados na simulação permitem que diversos parâmetros possam ser alterados ao se fazer o lançamento: ângulo de lançamento, valor da velocidade e massa da partícula, valor e sinal da carga elétrica da partícula, valor e sentido do campo magnético. Para a partícula em movimento, além da visualização da trajetória, também é possível verificar o valor o raio da trajetória circular bem como o período e a frequência do movimento circular uniforme descrito pela partícula.

Figura 01: OA Movimento de Cargas num Campo Magnético.

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Neste trabalho são analisados os resultados obtidos na realização de uma sequência de quatro atividades nas quais os alunos puderam observar a influência dos seguintes parâmetros na trajetória da partícula em movimento: valor da velocidade, da carga, da massa e a intensidade do campo magnético. Em cada atividade, os alunos realizaram cinco lançamentos variando sempre o mesmo parâmetro entre o valor mínimo e o valor máximo possibilitado pela simulação, enquanto os demais permaneciam constantes. A figura 02 apresenta a ficha referente à atividade na qual os estudantes observaram como a velocidade da partícula influencia sua trajetória na região de atuação do campo magnético.

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Figura 02: Exemplo de ficha de atividade.

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Após a realização da sequência das quatro atividades que resultaram no preenchimento de fichas semelhantes à ficha apresentada na figura anterior, os alunos responderam duas questões, as quais são apresentadas no quadro 01.

Quadro 01: Questões respondidas pelos alunos após atividades realizadas com o uso do OA.

QUESTÃO 1

QUESTÃO 2

Como pode ser observado na simulação, o raio de curvatura da trajetória da partícula lançada no interior do campo magnético sofre mudanças de acordo com as seguintes variáveis: velocidade da partícula ( v ), valor da carga ( q ), massa da partícula ( m) e intensidade do campo magnético ( B ). O que podemos concluir a respeito dessa dependência do raio de curvatura da trajetória da partícula lançada no interior do campo magnético em função das variáveis citadas? Como ocorre tal dependência?

Quando uma partícula é lançada com velocidade perpendicular à direção do campo magnético uniforme, como aconteceu no caso das simulações realizadas, ela irá realizar um movimento circular uniforme. Isso acontece porque a existência do campo magnético determina a ação de uma força magnética sobre a partícula. Considerando a trajetória circular, essa força magnética é a própria força centrípeta:

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Você sabe que quanto maior for o raio de curvatura da trajetória da partícula, menor será a força centrípeta. Sendo assim, de que

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forma varia a intensidade da força magnética sobre a partícula em função das variáveis analisadas durante a simulação: velocidade da partícula ( v ), valor da carga ( q ), massa da partícula ( m) e intensidade do campo magnético ( B )?

## Resultados Obtidos

Na sequência de atividades desenvolvida, os alunos registraram nas fichas recebidas por cada grupo suas observações a respeito das mudanças no raio da trajetória circular da partícula, conforme as mudanças dos parâmetros citados para as simulações realizadas. A questão 1 teve por objetivo fazer com que cada grupo discutisse sobre as observações, chegando a uma conclusão sobre a dependência do raio da curvatura em relação a cada variável investigada. Já a questão 2 exigiu um pouco mais dos alunos, uma vez que foi necessário considerar o modelo matemático que relaciona algumas das variáveis investigadas, no caso, a equação da força centrípeta, para chegar à algumas conclusões a respeito dos conceitos envolvidos na situação física investigada.

Na tabela 01 são apresentados os resultados para a sequência de atividades realizadas e para as questões respondidas por cada grupo, conforme a análise das fichas entregues. Na primeira coluna são identificadas as atividades realizadas e as questões respondidas por cada grupo e, nas colunas seguintes, as quantidades de grupos que chegaram à conclusões corretas ou não quanto às observações feitas e às respostas dadas nas questões finais.

Tabela 01: Análise quantitativa das atividades desenvolvidas 3

Em relação às conclusões a respeito da dependência do raio da trajetória circular, descrita pela partícula em movimento na região de campo magnético, investigada nas quatro atividades iniciais e sintetizadas na questão 1, foram consideradas como corretas aquelas que expressaram claramente que o raio da trajetória aumenta com o aumento da velocidade e da massa da partícula em movimento e diminui com o aumento da carga da partícula e da intensidade do campo magnético. As conclusões consideradas parcialmente corretas nos três primeiros casos foram aquelas em que os alunos descrevem que o raio sofreu alterações à medida que os parâmetros mudaram, mas não deixaram claro como

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tais mudanças ocorreram. Nas conclusões erradas os alunos apresentaram relatos confusos e equivocados sobre o que estava acontecendo de fato.

Um exemplo de conclusão correta, parcialmente correta e incorreta, nessa ordem, pode ser observado para o caso da variação do raio da trajetória com a carga da partícula nos relatos a seguir:

Conforme aumentei o valor da carga elétrica o raio de curvatura diminuiu...(Grupo 3)

As partículas tiveram trajetórias diferentes e o raio também teve valor diferente. (Grupo 8)

Conforme aumentava o valor da carga maior era a curva que o lançamento da partícula fazia dentro do campo magnético. (Grupo 5)

Os resultados são considerados satisfatórios quanto aos objetivos pretendidos durante a elaboração das atividades. Com exceção da segunda atividade e da questão 2, mais de 50 % do grupos apresentaram conclusões corretas para as demais. Além disso, o envolvimento e a participação dos alunos nas atividades propostas e nas discussões realizadas em sala foram bastante positivos.

Um fato importante constatado durante as atividades foi a forma como os alunos analisaram seus registros para chegar à conclusões em cada ficha. Além de observar a trajetória circular, também foi feita a comparação dos valores dos raios da trajetória fornecido pela simulação em cada caso. Esse valor, dado a sua dimensão, era fornecido na forma de notação de potência de dez. Seja por falta de atenção ou pela dificuldade com esse tipo de notação, alguns grupos cometeram erros em suas conclusões. Um aluno, inclusive, chegou a questionar esse fato quando realizava algumas simulações. A sua fala, com base na filmagem realizada e na gravação de áudio, é transcrita a seguir:

Por que quando passa o valor da carga acima de 4.20 o valor do expoente passa a ser - 3 e antes era - 2? (Aluno 2, Grupo 1).

Essa dificuldade em relação à notação possivelmente justifica o resultado observado para as duas primeiras atividades. Nas simulações em que os grupos puderam constatar a influência da velocidade da partícula para a trajetória circular descrita todos os valores eram expressos em potências de dez com o mesmo expoente (10 -2 ). Neste caso, as conclusões corretas foram apresentadas por cerca de 60 % dos grupos, sendo que o restante apresentou conclusões parcialmente corretas. Já nas simulações em que foi verificada como a mudança no valor da carga da partícula altera o raio da trajetória, alguns valores eram expressos em potências com expoente - 2 e outros com expoente - 3, como pode ser constatado na fala anterior do aluno. Justamente nessa atividade a taxa de conclusões erradas foi maior (cerca de 60 %).

Nas simulações em que se comparou a influência da intensidade do campo magnético para a trajetória da partícula ocorre a mesma situação para os valores dos expoentes na potência de dez. Entretanto, curiosamente, a quantidade de grupos que apresentam conclusões erradas é bem menor (menos de 30%). Por outro lado, é justamente analisando a conclusão de um dos grupos para esta atividade que fica claro a dificuldade dos alunos quanto a representação numérica dos valores do raio:

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Mudando o valor do campo magnético há uma variedade no valor do raio. Até um certo valor do campo a unidade do raio cai, e quando atinge o valor máximo do campo irá aumentar. (Grupo 7)

Os alunos registraram os seguintes valores para o raio para os cinco lançamentos realizados na simulação: 4,20 x 10 -2 m 2,09 x 10 -2 , m , 1,40 x 10 -2 m , 1,05 x 10 -2 m e 8,40 x 10 -2 m . Ao que tudo indica consideraram apenas o valor que multiplicava a potência já que interpretaram que na última simulação o raio foi maior.

## Conclusão e Considerações Finais

A análise da sequência de atividades realizadas com o uso do OA Movimento de Cargas num Campo Magnético revelou que a visualização do fenômeno físico proporcionada pelas simulações realizadas constituiu uma grande contribuição do OA para o ensino de conceitos físicos. Trata-se de um importante recurso como complemento à linguagem verbal e escrita durante a discussão de tais conceitos, conforme apontam Medeiros e Medeiros (2002). Além disso, a visualização a partir da representação gerada diretamente pela simulação no OA facilita o entendimento dos conceitos estudados na medida em que poupa esforços dos alunos quanto às manipulações mentais necessárias para imaginar o fenômeno, de modo que tais manipulações possam ser dedicadas exclusivamente para a compreensão dos conceitos envolvidos no mesmo (PEREIRA, 2011).

Outro ponto importante a ser destacado diz respeito à participação mais ativa dos alunos durante as aulas, o que vai de encontro às ideias de Santos Neto, Sasseron e Pietrocola (2009) de que o uso do OA pode favorecer situações que valorizam o aluno como construtor de seu próprio conhecimento. Conforme já mencionado na análise anteriormente realizada, houve um maior envolvimento dos alunos nas situações de ensino propostas. Tal fato foi constatado na discussão entre os alunos de cada grupo, nas questões feitas por eles durante as aulas, nas dúvidas surgidas durante a manipulação da simulação, bem como nas discussões gerais intermediadas pelo professor ao final da sequência de atividades.

Há de considerar ainda que o uso do OA também favorece o desenvolvimento de atividades que estão de acordo com as competências estabelecidas nos Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 1999), de modo especial, àquela que refere-se à investigação e compreensão dos fenômenos físicos, onde são destacadas as habilidades de organizar, sistematizar, testar e fazer hipóteses, conforme foi verificado durante as aulas.

Finalmente, também foi observada a questão a questão da Matemática para o aprendizado dos conceitos físicos. Ainda que, no âmbito do ensino de Física, a Matemática é muitas vezes indicada como uma das responsáveis pelo fracasso escolar (PIETROCOLA, 2002), principalmente nas tradicionais aulas em que se enfatiza a utilização de fórmulas desvinculas de seu significado físico (BRASIL, 1999), o seu papel como estruturante do conhecimento físico não pode ser descartado (PIETROCOLA, 2002), de modo que deve-se oferecer ao aluno oportunidades para que conheça modelos matemáticos que poderá utilizar e interpretar nas suas diversas formas de representação: algébrica, gráfica, em tabelas, etc (PINHEIRO; PIETROCOLA; ALVES FILHO,1999). A questão 2 foi desenvolvida levando-se em consideração tal fato e também as contribuições que a mesma possivelmente traria, e de fato trouxe, durante a discussão da força magnética a partir da expressão correspondente a força de Lorentz. Entretanto,

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resultados relacionados a ela serão discutidos durante a análise em trabalhos futuros.

## Referências

ARAÚJO, I. S.; VEIT, E. A. Uma Revisão da Literatura Sobre Estudos Relativos a Tecnologias Computacionais no Ensino de Física. Revista Brasileira de Pesquisa em Ciências , v. 4, n. 3, p. 5-18, 2004.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria da Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio: Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias, Brasília, 1999.

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física . v. 3, 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

MEDEIROS , A.; MEDEIROS, C. F. Possibilidades e Limitações das Simulações Computacionais no Ensino da Física. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 24, n. 2, p. 77-86, 2002.

PEREIRA, J. A. Fenômenos Eletromagnéticos e sua visualização: um obstáculo de aprendizagem. 2011. 164 f. Dissertação (Mestrado em Educação Científica e Tecnológica) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2011.

PIETROCOLA , M. A Matemática como Estruturante do Conhecimento Físico. Caderno Catarinense de Ensino de Física , v. 19, n. 1, p. 89-109, 2002.

PINHEIRO, T. F.; PIETROCOLA, M.; ALVES FILHO, J. P. Modelização de variáveis: Uma maneira de caracterizar o papel estruturador da matemática no conhecimento científico. In: PIETROCOLA, M. (org.). Ensino de Física : conteúdo, metodologia e epistemologia numa concepção integradora. .Florianópolis/Brasília: Editora da UFSC/INEP, 2001, v. 1, p. 23-45.

MIRANDA, M. S.; ARANTES, A. R.; STUDART, N. Objetos de Aprendizagem no Ensino de Física: usando simulações do PhET. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 19. 2011, Manaus. Anais... Manaus: SNEF, 2011.

SANTOS NETO, E. S.; SASSERON, L. H.; PIETROCOLA, M. 'Como usar objetos de aprendizagem' em aulas de Ciências: articulações entre teoria e prática na formação à distância de multiplicadores. Experiência em Ensino de Ciências , v. 4, n. 2, p. 83-92, 2009.

WILEY, D. A. Connection learning objects to instructional theory: A definition, a metaphor, and a taxonomy. In: WILEY, D. A. The instructional use of learning objects. Bloomington , Indiana: Agency for Instructional Technology: 2002. p. 3-23. Disponível em:&lt;http://reusability.org/read/chapters/wiley.doc&gt;. Acesso em: 17 ago. 2011.

## Agradecimentos

Os autores agradecem à Secretaria de Educação do Estado de São Paulo pelo apoio recebido para a realização e apresentação deste trabalho.

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