O USO DE UMA ANALOGIA PARA EXPLICAR O CONCEITO DE CORRENTE ELÉTRICA

## O USO DE UMA ANALOGIA PARA EXPLICAR O CONCEITO DE CORRENTE ELÉTRICA

## José Isnaldo de Lima Barbosa 1

1 IFAL/Instituto Federal de Alagoas/Campus Satuba/joseisnaldo@gmail.com

## Resumo

Este trabalho tem como objetivo analisar os resultados de uma pesquisa que apresentou uma analogia entre o conceito de corrente elétrica (alvo) e o desfile de um bloco carnavalesco (análogo), bem como aferir até que ponto tal analogia ajudou na compreensão por parte dos estudantes do domínio alvo. Para tanto, é apresentado inicialmente o modelo (alvo) baseado na Mecânica Clássica, elaborado pelo físico alemão Paul Drudde, em 1900, e desenvolvido pelo físico austríaco Anton Lorentz, em 1909. Na sequência, define-se o que é analogia, e como esta ferramenta pode ser aplicada na sala de aula. O trabalho tem sua continuidade com a descrição da metodologia adotada, ou seja, a construção do domínio análogo, a aplicação na sala de aula, e a análise dos resultados. Trata-se de um estudo de caso, em que foi constatado que esta analogia pode levar o aluno a ter um melhor entendimento desse fenômeno elétrico; assim como, uma visão crítica, do modelo (alvo) apresentado na maioria dos livros didáticos adotados nas escolas de Ensino Médio.

Palavras-chave : Ensino de Física, Corrente Elétrica, Analogias e Metáforas.

## Introdução

## Corrente Elétrica: Modelos adotados na Educação Básica

No ensino de Física da Educação Básica, um dos conceitos que devem ser abordados quando se faz o estudo dos fenômenos elétricos é o de corrente elétrica. Tal conceito é apresentado nos livros didáticos, que versam sobre o estudo da eletricidade, e de maneira quase unânime, é descrito como um movimento ordenado de elétrons dentro de um condutor.

Naturalmente, neste caso, percebe-se um dos atributos do estudo dessa ciência, 'o trabalho do físico inclui a tarefa de modelar, ou seja, a partir de um fenômeno observado ou mesmo imaginado, tenta criar um modelo que explique o fenômeno, estabelecendo relações entre as grandezas envolvidas' (GOULART, 2008, p. 26). Ou ainda, consultando um dicionário, modelo significa 'conjunto de hipóteses sobre a estrutura ou o comportamento de um sistema físico pelo qual se procura explicar ou prever, dentro de uma teoria científica, as propriedades do sistema'. Dessa forma, esse modelo utilizado para explicar o movimento dos elétrons num condutor é bastante utilizado nos livros de Física da Educação Básica.

No entanto, essa construção teórica que classifica o movimento dos elétrons no condutor como 'ordenado' tem algumas limitações, as quais se pretendem discutir neste trabalho. Para isso, toma-se como parâmetro, outro modelo também simples, baseado na Mecânica Clássica, elaborado pelo físico alemão Paul Drudde, em 1900, e desenvolvido pelo físico austríaco Anton Lorentz, em 1909. (GREF,

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20 a 25 de janeiro de 2013

1995, p. 44). Ou seja, uma vez que nosso objeto de interesse é entender como ocorre o fenômeno da corrente elétrica, e sabendo que 'os metais, do ponto de vista microscópico, são formados por íons e a corrente elétrica é associada a um tipo de movimento de elétrons nos espaços entre esses íons' (GREF, 1995, p. 44), fica pertinente então um modelo que perfaz as interações entre elétrons e íons.

Dessa forma, como um fio de metal possui um conjunto muito grande de átomos, sua estrutura é diferente, e assim o modelo abordado descreve a parte interna do fio da seguinte forma:

No interior do metal, cada átomo perde, em geral, um ou dois elétrons, tornando-se, portanto, íons positivos. Tais íons se arranjam de modo bastante regular, constituindo uma rede cristalina tridimensional. Os elétrons perdidos pelos átomos ficam vagando pelos espaços vazios entre os íons. Em outras palavras, num metal, a grande maioria dos elétrons está presa nas vizinhanças dos núcleos, enquanto que outros podem se deslocar por todo o seu interior. Por isso esses últimos são denominados elétrons livres. A temperatura ambiente tanto os elétrons quanto os íons estão em movimento de origem térmica. Enquanto cada íon oscila em torno de sua posição de equilíbrio, o movimento de um elétron livre é do tipo térmico desordenado ou aleatório, tal como o de moléculas gasosas em recipientes fechados. Sendo a massa dos elétrons bem menor que a dos íons e considerando a interação de natureza elétrica entre eles, os íons têm uma velocidade praticamente desprezível, quando comparada a de 100 000 m/s, que é a do elétron livre a temperatura ambiente (GREF, 1995, p. 45).

Os aparelhos elétricos, em geral, funcionam quando são ligados a uma fonte de energia, ou seja, quando são submetidos a uma diferença de potencial elétrico, que pode ser criada por uma bateria, por exemplo, a partir de então se cria uma corrente elétrica no interior desses aparelhos, ou seja,

Em um fio metálico desligado de uma fonte de energia, os elétrons livres movem-se desordenadamente no interior da rede cristalina. Tal movimento não constitui a corrente elétrica, pois ela está associada a um outro movimento dos elétrons livres na direção do fio, e superposto ao movimento aleatório de origem térmica. Esse movimento adicional ocorre porque, ao ligarmos o fio a uma fonte de energia, aparece uma força de origem elétrica que age sobre cada um dos elétrons livres e dos íons da rede cristalina. Como os íons possuem grande massa e interagem entre si, praticamente não se movem, enquanto que os eletros livres, ao serem acelerados por essa mesma força, acabam produzindo o referido movimento adicional que é a corrente elétrica dos metais (GREF, 1995, p. 46).

Portanto, verifica-se que o modelo adotado para conceituar corrente elétrica como um movimento ordenado de elétrons é discutível, pois dá margem a um entendimento, no qual, os elétrons, dentro do condutor, estão dispostos numa fila, marchando um atrás do outro de forma metódica e organizada.

Ao contrário, tem-se no modelo apresentado acima, elaborado por Paul Drudde, e desenvolvido por Anton Lorentz, que os elétrons possuem dois movimentos, o primeiro de natureza térmica, no qual os elétrons deslocam-se desordenadamente, e superposto a esse, outro movimento de natureza elétrica, pois à medida que um campo elétrico se propaga no condutor, este vai dando a ordem para os elétrons se movimentarem predominantemente naquele sentido, o que de acordo com esse modelo representa a corrente elétrica.

Dessa forma, é razoável supor que os elétrons não se movimentam de forma 'ordenada', como numa fila, e em uma só direção; mas sim, na forma de

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'ziguezague', em que os ângulos entre as linhas não são constantes, e em todas as direções e sentidos.

## Analogias: Um modelo de ensino

Inicialmente, foi destacado aqui um modelo que é utilizado pela ciência para explicar o fenômeno da corrente elétrica, e de acordo com Sousa, Justi e Ferreira (2006) é por via da construção e aperfeiçoamento de modelos 'que o conhecimento científico é desenvolvido, apresentado e validado pela comunidade de cientistas'.

Dessa forma, não se pode negar a importância da criação, do desenvolvimento e da aplicação de modelos no ensino de ciências, principalmente no ensino de Física, pois, para

Aprender ciências, os alunos devem conhecer e entender os principais modelos científicos relativos aos tópicos que estão estudando, assim como a abrangência e as limitações dos mesmos; aprender sobre ciências, os alunos devem desenvolver uma visão adequada sobre a natureza de modelos e serem capazes de avaliar o papel de modelos científicos específicos no desenvolvimento do conhecimento científico; aprender a fazer ciências, os alunos devem ser capazes de criar, expressar e testar seus próprios modelos. (SOUSA, JUSTI e FERREIRA, 2006, p. 8).

Nesse sentido, é fundamental que os professores envolvidos com o ensino de Física na Educação Básica tenham conhecimento da importância dos modelos científicos e possam, consequentemente, transformá-los em modelos de ensino; para, em seguida, utilizarem estes recursos a fim de colaborarem no processo de aprendizagem dos estudantes.

Dessa forma, este trabalho aborda um estudo de caso, tendo como modelo de ensino uma analogia, pois

Uma das formas de explicar a aquisição/construção de conhecimento, segundo uma visão construvista, é a que sugere que uma aprendizagem efetiva ocorre quando o aprendiz atribui significado ao conhecimento. Para atribuir esse significado, o aprendiz precisa encontrar ou criar conexão entre a nova informação e o conhecimento já existente (PITTMAN, 1999, p.1). Isso pode ser facilitado mediante o uso de analogias. Neste sentido, as analogias são consideradas recursos didáticos potencialmente úteis, pois auxiliam na aprendizagem de conceitos/fenômenos/assuntos desconhecidos ou pouco conhecidos mediante o estabelecimento de relações de semelhança e diferença com situações familiares, conhecidas dos estudantes (ZAMBON, TERRAZZAN, 2006, p. 1).

As definições de analogia encontradas na literatura são variadas; bem como a terminologia utilizada pelos vários autores, dentre eles Duarte (2005); Zambon e Terrazzan (2006) e Souza, Justi e Ferreira (2006), em que este trabalho toma como termo alvo para designar o conceito/fenômeno/assunto a ser estudado/incorporado pelo aluno e o termo análogo para designar o conceito/fenômeno/assunto, a ser confrontado. Esse conceito/fenômeno/assunto é familiar ao educando, uma analogia é, portanto, descrita como a comparação entre esses dois domínios.

Assim, este artigo tem como objetivo apresentar uma analogia entre o conceito de corrente elétrica ( alvo ) e o desfile de um bloco carnavalesco ( análogo ); além de aferir até que ponto tal analogia ajudou na compreensão por parte dos estudantes do domínio alvo.

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Consultando um dicionário, um bloco carnavalesco (análogo) representa um grupo de foliões que durante o carnaval, dançam e cantam nas ruas, ao som de baterias, bandas de metais ou trio elétrico, desfilam de forma semiorganizada, na maioria das vezes, com a mesma fantasia, e em outras vestidos com fantasias variadas.

## Metodologia do Trabalho

## Fases de desenvolvimento da pesquisa

Na primeira fase, ocorreu a construção do domínio análogo, ou seja, algo familiar aos estudantes e que pudesse ser comparado com o conceito de corrente elétrica. Dessa forma, foi encontrada uma situação satisfatória no livro impresso do Telecurso 2000, em que é enunciado que a corrente elétrica

É algo parecido a uma escola de samba desfilando na avenida: os elétrons são frenéticos passistas. Embora se movimentem, ou 'dancem', executando seus passos com velocidades fantásticas, a velocidade média do conjunto dos elétrons ao longo do condutor é muito pequena: apenas alguns centímetros por hora! Também aqui há uma semelhança com o que ocorre com uma escola de samba. Em seu conjunto, ela sempre se desloca a uma velocidade muito menor que a de qualquer de seus componentes enquanto executam suas coreografias. (TELECURSO 2000, 2000, aula 40).

A partir de então, percebemos que os estudantes da região onde trabalhamos têm mais familiaridade com o desfile de um bloco carnavalesco, e este, poderia muito bem substituir a escola de samba como o análogo, o que ficou evidente em nossa pesquisa que será mostrada adiante.

Com o análogo definido, buscamos, na literatura pertinente, as referências que poderiam dar suporte à aplicação adequada dessa analogia no ambiente da sala de aula. Para isso, adotamos o modelo TWA 'proposto por Glynn (1989), modificado por Harison e Treagust (1993) e composto por seis passos: 1) Introduzir a 'situação alvo' a ser aprendida; 2) Introduzir a 'situação análoga' a ser utilizada; 3) Identificar as características relevantes do 'análogo'; 4) Mapear as semelhanças entre o 'análogo' e o 'alvo'; 5) Identificar os limites de validade da analogia; 6) Extrair conclusões sobre a 'situação alvo'' (ZAMBON; TERRAZZAN, 2009, p. 2).

No segundo momento, foi apresentado em sala de aula o conceito de corrente elétrica, de acordo com livro didático adotado na instituição de ensino, e na sequência ocorreu uma discussão com os alunos a respeito do modelo adotado para explicar este fenômeno. Em seguida a isso, e de acordo com o modelo TWA, foi apresentado o análogo e ao mesmo tempo foram discutidas entre o professor e os alunos as características relevantes do análogo; assim como as semelhanças entre o análogo e o alvo.

Na terceira fase, isto já na semana seguinte, foi apresentado aos estudantes um questionário, com quatro questões, as quais foram respondidas individualmente. Após a entrega dos questionários respondidos, foi realizada uma outra discussão, esta agora abordando os limites de validade da analogia, assim como as conclusões extraídas sobre esse estudo, completando assim, as seis etapas propostas no modelo TWA.

A pesquisa foi desenvolvida com um total de 64 alunos, distribuídos em três turmas do Ensino Médio Integrado do Instituto Federal de Alagoas Campus

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Satuba. Nesse Curso Integrado, os alunos têm uma habilitação como Técnicos de Nível Médio em Agropecuária.

## Uma análise de análogo

Como já foi colocado anteriormente, o análogo utilizado neste trabalho é o desfile de um bloco carnavalesco; assim, de acordo com Curtis e Reigeluth (1984, apud GOULART, 2008, p. 29-34); Zambon e Terrazzan (2006), passaremos a classificar tal analogia conforme os critérios adotados por estes autores, ou seja: (1) Quanto à natureza do análogo, trata-se de um análogo 'externo à estrutura conceitual da Física', ou seja, sua origem não se dá dentro do 'domínio científico específico'; (2) Quanto à tipologia, é uma analogia funcional, pois os 'conceitos compartilham funções similares'; (3) Quanto ao nível de abstração, a analogia aqui apresentada é concreta-abstrata, pois, 'o conceito análogo é de natureza concreta, enquanto o conceito alvo é abstrato'; (4) Quanto ao nível de enriquecimento da analogia, trata-se e uma analogia estendida, pois 'são utilizados vários domínios para descrever o alvo'; (5) Quanto ao discurso do professor, o análogo aqui trabalhado é um organizador pós-sintetizador, pois, é 'apresentado após a instrução de um tópico novo para melhorar a compreensão'; (6) Quanto ao formato da apresentação analógica, trata-se de uma analogia verbal, pois 'é explicada apenas com palavras'.

Diante do exposto, buscamos neste trabalho responder às seguintes questões:

- (1) Até que ponto a analogia apresentada pôde subsidiar aos alunos uma visão crítica do modelo conceitual de corrente elétrica apresentado nos livros didáticos da educação básica?
- (2) Qual o nível de relação entre o domínio alvo e o domínio analógico que os estudantes conseguiram estabelecer, de acordo com o estudo aqui apresentado?

## Resultados e Discussões

Logo após a interpretação dos dados apresentados pelos questionários, os quais foram respondidos pelos estudantes, podemos destacar aqui os resultados obtidos, assim como uma discusão sobre eles.

Fizemos inicialmente o seguinte questionamento aos alunos: você já viu ou participou de um bloco de carnaval, ou seja, daqueles que possuem uma corda ao seu redor? Essa questão tem exatamente o intuito de verificar se os estudantes têm o conhecimento familiar do análogo, pois a analogia pode se apresentar desvantajosa se estiver 'fora do contexto sócio-histórico dos alunos, podendo gerar grandes dificuldades de compreensão das mesmas' (GLYNN, 1989, apud SOUZA; JUSTI; FERREIRA, 2006, p. 10).

Assim, dos 64 respondentes, oito (12,50 %) nunca participaram de um bloco carnavalesco, o que não significa ter desconhecimento desse festejo popular; 24 alunos (37,50 %) já desfilaram no bloco carnavalesco poucas vezes, portanto, têm conhecimento do análogo aqui apresentado; da mesma forma 12 estudantes (18,75 %), desfilaram algumas vezes, nove deles (14,06 %) afirmaram que participaram de um bloco carnavalesco muitas vezes, e outros 11 (17,18 %) confirmaram sua

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participação todo ano. Diante disso, verifica-se que o análogo adotado é totalmente familiar aos estudantes, sendo assim passível de ser comparado ao domínio alvo (corrente elétrica) neste estudo.

Em seguida foi perguntado: ao aprender sobre corrente elétrica , o professor disse a seguinte frase: 'A corrente elétrica num fio condutor é análoga ao desfile de um bloco de carnaval'. Para você, existe alguma incoerência na ideia expressa nessa frase? Qual (is)?

Para 51 estudantes (79,6 %), não existe nenhuma incoerência ou limitação na analogia apresentada; seis deles (9,37 %) não respondera; outros seis (9,37 %) não entenderam a pergunta; um estudante (1,56 %) destacou uma limitação para a analogia, ou seja, o aluno A25 afirma que 'sim, só um pequeno detalhe que no bloco as pessoas podem sair do seu isolante que é a corda, e os elétrons não'.

A próxima questão foi elaborada da seguinte forma: o livro didático da nossa escola definiu que 'Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas. E corrente elétrica eletrônica é o movimento ordenado de elétrons'. Comente criticamente essa definição de corrente elétrica ou eletrônica, de acordo com a analogia feita em aula, em que se compara corrente elétrica com o desfile de um bloco de carnaval.

Nesse caso, 25 estudantes (39,0 %) afirmam existir uma limitação no modelo conceitual de corrente elétrica apresentado pelo livro didático adotado na escola, pois, de acordo com a analogia, os elétrons dentro de um condutor são comparáveis aos foliões dentro do bloco carnavalesco, ou seja, estes apresentam um movimento 'desordenado', sendo esse movimento de natureza térmica, conforme o modelo elaborado pelo físico alemão Paul Drudde, em 1900, e desenvolvido pelo físico austríaco Anton Lorentz. Já outros 21 estudantes (32,8 %) fazem sua avaliação crítica afirmando que o movimento dos elétrons dentro do condutor não é simplesmente 'ordenado' como afirma o livro. No entanto, nove alunos (14,0 %) apresentam respostas confusas, as quais não foram possíveis categorizar; sete deles (10,9 %) não responderam; um aluno (1,56 %) concordou com o modelo do livro; e outro aluno (1,56 %) destaca a superposição dos dois movimentos, o de natureza térmica que os elétrons têm, e o de natureza elétrica que estes adquirem quando o condutor é submetido a uma diferença de potencial.

A última questão (quadro 1) de nosso estudo foi elaborada da seguinte forma: de acordo com a analogia entre a definição de corrente elétrica e o desfile de um bloco de carnaval, enumere a segunda coluna de acordo com a primeira:

Quadro 1: Questão elaborada

Essa questão teve como intuito verificar até que ponto os estudantes conseguiram estabelecer as relações existentes entre o conceito alvo e o análogo, já que estamos classificando esta analogia como estendida. Para tanto, utilizamos: (1)

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Corrente elétrica - O movimento de todo bloco; (2) Elétron - Um folião dentro do bloco; (3) Velocidade do elétron - Da ordem dos 100.000 m/s, o folião; (4) Velocidade da corrente elétrica - Da ordem dos centímetros por segundo, o bloco.

Neste caso, para o item (1), 40 estudantes (62,5 %) fizeram a relação correta; no item (2), 56 alunos (87,5 %) estabeleceram a relação correta; no item (3), também 40 estudantes (62,5 %) aplicaram a relação certa; já no item (4), 39 alunos (60,9 %) propuseram a relação adequada.

## Considerações finais

De acordo com os resultados obtidos neste trabalho, pode-se afirmar que a aplicação da analogia em tela, ou seja, em que se faz a comparação do modelo conceitual de corrente elétrica, o qual é apresentado nos livros didáticos da educação básica com o desfile de um bloco carnavalesco, pode levar o estudante a ter uma melhor compreensão desse fenômeno elétrico. Há de se destacar que, ao longo deste estudo, a maioria dos alunos pesquisados mostraram uma visão crítica com relação ao exposto no livro; assim como conseguiram, também em sua maioria, estabelecer as relações adequadas entre o conceito alvo e o análogo.

Além disso, verifica-se que os resultados obtidos neste trabalho estão de acordo com os estudos apresentados pelos autores aqui citados; assim, um destes trabalhos destaca que, 'um amplo corpo de evidência foi coletado de nossos episódios de ensino, o qual sustenta a premissa de que a compreensão do aluno é acentuada quando as analogias são utilizadas' (BOZELLI, 2005, p. 137).

## Referências

BOZELLI, F. C. Analogias e metáforas no ensino de física: O discurso do professor e o discurso do aluno. Dissertação (Mestrado), São Paulo: UNESP, 2005.

DUARTE, M. da C. Analogias na educação em ciências contributos e desafios. Investigação em Ensino de Ciências - v 10(1). pp. 7 - 29, 2005. Disponível em: http://www.if.ufrgs.br/ienci/artigos/Artigo\_ID121/v10\_n1\_a2005.pdf. Acesso em: 05/08/2010.

FUNDACAO ROBERTO MARINHO (Org.). Telecurso 2000. Física, v. 2. São Paulo: 2000. Aula 40.

GOULART, J. A. B. Analogias e metáforas no ensino de física: Um exemplo em torno da temática dos campos. Dissertação (Mestrado), Brasília: UNB, 2008. Disponível em:

http://repositorio.bce.unb.br/bitstream/10482/4854/1/2008\_JaniceAnitaBomfimGoul art.pdf. Acesso em: 23/07/2009.

GREF, Física 3: Eletromagnetismo, 2ª edição. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 1995.

SOUSA, V. C. de A; JUSTI, R. da S; FERREIRA, P. F. M. Analogias utilizadas no ensino dos modelos atômicos de Thomson e Bohr: uma análise crítica sobre o que os alunos pensam a partir delas. Investigação em Ensino de Ciências - v11(1). pp. 7 - 28, 2006. Disponível em:

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http://www.if.ufrgs.br/ienci/artigos/Artigo\_ID142/v11\_n1\_a2006.pdf. Acesso em 02/08/2010.

ZAMBON, L. B; TERRAZZAN, E. A. Analogias no ensino do conceito de energia interna. XVIII Simpósio Nacional para o Ensino de Física, 2009. Vitória, Espírito Santo . Disponível em:

http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xviii/sys/resumos/T0533-1.pdf. Acesso em 12/08/2010.

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