Experimentos no Ensino de Eletrodinâmica

## EXPERIMENTOS NO ENSINO DE ELETRODINÂMICA

## Deborah S. Franco 1 , Pablo Rafael De Oliveira Carlos , Rafael José Pereira 2 Vieira , Ozorio Saturnino Barbosa Neto 3 4

1, 2, 3, 4 Universidade Federal de Juiz de Fora/Departamento de Física, deborahsfranco@gmail.com

## Resumo

Este trabalho foi realizado no âmbito do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID). Todo o trabalho relatado a seguir foi realizado com os estudantes do terceiro ano do Ensino Médio regular da Escola Estadual Sebastião Patrus de Sousa, situada no município de Juiz de Fora - Minas Gerais, sob a supervisão da professora regente. Ele foi realizado por bolsistas do PIBID a fim de investigar as concepções prévias dos alunos sobre o tema Eletrodinâmica, por meio de um pré-teste aplicado individualmente e por nós analisado. Este era composto por questões que levava os alunos a desenvolver o pensamento, diferente de questões usadas em avaliações tradicionais. A análise das respostas dos estudantes permitiu identificar concepções dos mesmos, e com base nos resultados obtidos atuamos por meio de uma intervenção que tinha como finalidade trabalhar a partir do ponto de vista desses alunos e expandir seus conhecimentos bem como causar a mudança de concepção. Para a intervenção preparamos aulas teóricas e experimentais. Para verificar se o objetivo foi atingido aplicamos um pós-teste, também individual, com questões semelhantes às usadas no préteste, pois assim poderíamos comparar com o pré-teste.

Palavras-chave : concepções, cotidiano, experimentos, aprendizagem significativa, eletrodinâmica.

## Introdução

Este trabalho se insere na proposta do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação a Docência (PIBID), que objetiva o maior comprometimento dos licenciandos com o exercício do magistério na rede pública. A investigação aqui relatada foi desenvolvida no ano de 2011, dando continuidade ao trabalho iniciado no anterior.

Ainda na fase inicial do PIBID, em 2010, durante o acompanhamento do trabalho docente em sala de aula, observamos que os alunos tinham pouco interesse pelas aulas de física. Desde então, temos nos empenhado para tentar entender e combater a essa falta de interesse. Para isso, temos procurado trazer para sala de aula elementos do cotidiano dos alunos por meio de atividades interativas e experimentos, visando estimular uma participação mais efetiva, que gere questionamentos e debates sobre os conteúdos de ensino.

No primeiro semestre de 2011 trabalhamos o tema Eletrização, durante aulas de 50 minutos uma vez por semana. Em reunião com a professora regente decidimos abordar o tema mencionado utilizando alguns fenômenos do cotidiano dos alunos, como: para-raios, raios, gaiola de Faraday (carros eletrizados), choques, o porquê de a borracha apagar o grafite, etc. Para trabalhar esses conteúdos utilizamos simulações, vídeos retirados da internet e slides.

Ao final desse semestre, aplicamos aos alunos um questionário sobre o trabalho desenvolvido pelos bolsistas do PIBID. Esse questionário foi individual e

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consistia na seguinte pergunta: 'O que vocês acharam das atividades desenvolvidas pelos bolsistas do PIBID até o presente momento?'.

Ao analisarmos as respostas dos alunos percebemos que a maioria gostou da abordagem próxima ao cotidiano deles, mas os mesmos pediram experiências, como as respostas abaixo:

'Foram interessantes, mas vocês podiam colocar mais aulas práticas, trazer algumas coisas diferentes.'

'Estão interessantes, mas deveria ter mais atividades como experimentos práticos e poderia se basear mais na matéria'.

Diante do resultado da avaliação, resolvemos modificar a maneira de ministrar os conteúdos no 2° semestre, priorizando uma abordagem mais prática. A utilização da experimentação no nosso trabalho, leva em conta a proposta dos PCN para o ensino das ciências da natureza e suas tecnologias.

É indispensável que a experimentação esteja presente ao longo de todo o processo de desenvolvimento das competências em Física, privilegiando- se o fazer, manusear, operar, agir, em diferentes formas e níveis. É dessa forma que se pode garantir a construção do conhecimento pelo próprio aluno, desenvolvendo sua curiosidade e o hábito de sempre indagar, evitando a aquisição do conhecimento científico como uma verdade estabelecida e inquestionável. (BRASIL, 2007, p.37)

Optamos por trabalhar o mesmo conteúdo que a professora, que é circuitos elétricos.

- O trabalho que temos desenvolvido no PIBID tem suporte na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, por entendermos que ela considera o conhecimento prévio do aluno como uma variável crucial para aprendizagem e, consequentemente, para aumento do interesse por aquilo que lhe é ensinado.

A essência do processo de aprendizagem significativa está, portanto, no relacionamento não arbitrário e substantivo de ideias simbolicamente expressas a algum aspecto relevante da estrutura de conhecimento do sujeito, isto é, a algum conceito ou proposição que já lhe é significativo e adequado para interagir com a nova informação. É desta interação que emergem, para o aprendiz, os significados dos materiais potencialmente significativos (ou seja, suficientemente não arbitrários e relacionáveis de maneira não arbitrária e substantiva a sua estrutura cognitiva). É também nesta interação que o conhecimento prévio se modifica pela aquisição de novos significados. (MOREIRA, 1997, p.2)

Outro aspecto que consideramos importante nessa teoria é o fato de se tratar de uma teoria cognitivista, que não só valoriza o conhecimento prévio do aluno, mas também identifica e situa o papel do professor no sentido de promover uma aprendizagem significativa. Nesse contexto, um dos papeis do professor seria proporcionar um ambiente em que o aluno se sinta à vontade para expor sua opinião. Lahera e Forteza (2008) - fazendo referência a projeto de aprendizagem de ciências em crianças - destacam a importância da base do paradigma construtivista, presente nessa teoria:

[...] a base do paradigma construtivista é reconhecer que os alunos constroem seu próprio conhecimento por meio de interações pessoais com fenômenos naturais e por meio de interações sociais com adultos e semelhantes. Consequentemente, as crianças já têm crenças sobre como funciona o mundo antes de chegar à ciência formal. Assim, uma função importante do professor será proporcionar um clima de aprendizagem no qual os alunos possam, em primeiro lugar, reconhecer e refletir sobre duas próprias ideias e serem conscientizados de que os outros podem ter ideias contrárias, mas igualmente válidas. (LAHERA & FORTEZA, 2008, p.34)

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Por isso aplicamos o que chamamos de pré-teste, que tem o objetivo de identificar as concepções dos alunos acerca do tema e com base nas respostas obtidas no pré-teste foram elaboradas propostas de intervenção que visavam atender à demanda dos alunos por experimentos e discutir as preconcepções deles. E ao final do semestre foi aplicado o pós-teste que tinha o objetivo de verificar o impacto das intervenções no aprendizado dos alunos.

## Metodologia

O trabalho relatado foi desenvolvido em uma escola publica do município de Juiz de Fora, MG, e envolveu cinco turmas do terceiro ano do ensino médio do turno matutino. O procedimento metodológico foi divido em três etapas: 1) elaboração e aplicação de um pré-teste com o objetivo de verificar as concepções prévias dos alunos; 2) elaboração e execução de propostas de intervenção, com base nos resultados do pré-teste; 3) análise dos resultados obtidos com proposta de intervenção, através do pós-teste.

## Pré-teste

O pré-teste foi aplicado a todos os alunos do terceiro ano do ensino médio do turno matutino, que estavam presentes na semana entre os dias 22 e 26 de agosto. Com isso, o questionário foi respondido por 184 alunos, durante uma aula de 50 minutos.

As questões que compuseram o pré-teste foram escolhidas de forma que pudéssemos conhecer algumas concepções dos alunos sobre o tema circuitos elétricos. Por não dispormos de tempo para elaboração e validação de itens, optamos por trabalhar com questões retiradas de livros didáticos.

## Questões do pré-teste:

- 1) Tendo uma lâmpada, discuta com seus amigos de grupo qual seria a forma mais adequada de acendê-la usando a bateria que se encontra ao seu lado. Use seu lápis e faça um risco para conecta-las representando o fio.

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- 2) Por que quando um passarinho pousa na fiação ele não morre eletrocutado e quando um garoto solta pipa perto da rede elétrica ele corre risco de sofrer uma descarga caso a linha encoste na fiação?

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- 3) A linha da pipa é feita de um material isolante e não deveria conduzir eletricidade. Por que ainda assim em algumas situações acontecem acidentes com soltadores de pipas?
- 4) Na opinião do grupo em que situação as lâmpadas teriam uma maior intensidade luminosa? Explique sua resposta.

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Para efeito de análise, vamos considerar apenas os testes de uma turma, o que resulta em 36 alunos.

Na primeira questão observamos que a grande maioria não sabe como se liga uma lâmpada em uma pilha. Em um total de 36 alunos apenas dois ligaram de forma correta a lâmpada na pilha. Os outros 34 alunos ligaram a lâmpada na pilha de forma incorreta, mas dois tipos de ligações se destacaram. Em uma forma de ligação eles usaram apenas uma das extremidades da pilha e na segunda ligação eles usaram as duas extremidades da pilha, porem, apenas a base da lâmpada. Nenhum desses alunos usou a rosca da pilha como contato.

Na segunda questão tivemos que dividir a analise em duas partes. Na primeira parte tratamos apenas da questão do passarinho não levar choque na rede elétrica ao toca-la quando pousa. Dos 36 alunos, 13 falam sobre diferença de potencial. Desses 13, apenas 3 alunos responderam de forma coerente. Os outros 10 alunos nos fez crer que a diferença de potencial se comporta como se fosse uma propriedade intrínseca da matéria. Como se fosse uma constante que varia de um material para o outro. Em outro grupo de 11 alunos, surgem dois tipos de justificativas para o passarinho não levar choque. Uma parte afirma que o passarinho só levará choque caso abra as asas e a outra parte diz que o passarinho não leva choque por tocar em apenas um dos fios. Um pequeno grupo, mas não menos interessante afirma que o passarinho não leva choque por conta de suas patas serem de um material isolante. Por fim, 8 alunos não responderam ou não tiveram respostas que pudessem formar grupos por conta das respostas não estarem bem estruturadas.

A segunda parte da questão 2 analisamos o porquê de alguém soltando pipa próximo a rede elétrica, corre risco de sofrer uma descarga caso a linha toque a fiação. E então obtivemos aí dois grandes grupos. O primeiro com 14 alunos afirmam que no caso da linha da pipa, ela corre risco de esbarrar em dois fios ao mesmo tempo, diferente do pássaro que só toca em um. E o outro grupo com 8 alunos falam sobre o material condutor que as vezes é depositado nas linhas (cerol). Desta vez, 14 alunos não responderam ou não tiveram respostas que pudessem formar grupos por conta das respostas não estarem bem estruturadas.

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Na análise da questão 3 as respostas foram divididas nos seguintes grupos. Dos 36 alunos, 8 afirmam que o fato de ter material condutor (pó de ferro) na linha, ela acaba virando um condutor. Novamente 14 alunos acreditam que o choque ocorre por contas da linha esbarrar em dois fios de uma só vez. Ainda tivemos um grupo com 4 alunos que afirmaram que o choque ocorre por conta de nenhum isolante ser perfeito. Dez alunos não responderam ou não tiveram resposta que pudéssemos encaixar em um dos grupos ou formar novos.

E por fim, na questão 4, um aluno do total de 36, respondeu que nas duas situações as lâmpadas teriam a mesma intensidade de luz. Dezoito alunos afirmam que no circuito em série as lâmpadas serão mais eficientes e nesse grupo a maioria justifica dizendo que essa eficiência se dá pelo comprimento dos fios serem menor e por ter um número menor de emendas. Outros poucos dizem que no circuito em série não ocorre divisão da energia. Treze alunos afirmam que no circuito em paralelo as lâmpadas são mais eficientes de acordo com a luminosidade. A maioria afirma que no circuito em paralelo as lâmpadas iluminam mais por conta da diferença de potencial ser a mesma nas duas lâmpadas. Ou ainda por conta da corrente não se dividir. Poucos ainda afirmam que a corrente flui mais facilmente por conta da resistência ser menor. O restante não respondeu ou não elaborou a questão de forma a se analisada por nós.

## Proposta de Intervenção

Com base nos resultados obtidos no pré-teste, elaboramos propostas de intervenção divididas em duas partes. A primeira abordaria a teoria relativa a circuitos elétricos, utilizando também algumas situações presentes no nosso cotidiano. Iniciamos a aula explicando o que é o choque e quais as suas consequências no corpo do indivíduo. Depois disso, debatemos o porquê de um pássaro não morrer ao pousar em um fio de alta tensão. Comentamos também uma curiosidade em relação à ave tuiuiú, típica do Pantanal, que possui asas muito grandes, devido a isso nessa região os fios de alta tensão são mais afastados uns dos outros para que ela não leve choque.

Apresentamos também algumas curiosidades sobre as lâmpadas incandescentes, no que diz respeito à luz e a temperatura atingida por esses tipos de lâmpadas. Em seguida abordamos o tema diferença de potencial e Lei de Ohm focando no cotidiano dos estudantes em temas como, por exemplo, o que é mais vantajoso 110 v ou 220 v?

Para debatermos se duas lâmpadas brilham mais em série ou paralelo, elaboramos uma aula experimental. Nessa aula apresentamos aos estudantes alguns componentes de circuitos, como fios, lâmpadas equipamento de medidas, o multímetro, onde exploramos o uso do Amperímetro e do voltímetro.

Os alunos foram divididos em grupos de 4 a 5 integrantes, onde cada grupo recebeu um kit de experimento e também um caderno de anotações onde deveriam registrar os dados coletados durante a experiência.

Os componentes do kit eram duas lâmpadas, dois bocais, um suporte para pilhas, duas pilhas, fios, presilhas jacaré e um multímetro, como mostrado na imagem abaixo.

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Figura 1 : Componentes do kit experimental .

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Como no pré-teste foi colocado uma questão onde os alunos deveriam ligar uma lâmpada, resolvemos colocar essa mesma questão em prática. A primeira atividade solicitada então foi que o grupo ligasse uma das lâmpadas do kit sem o apoio do bocal, como mostrado na figura abaixo.

A maioria dos grupos não conseguiu ligar, pois como no pré-teste achavam que os fios deveriam ser ligados em um único terminal da lâmpada, os poucos grupos que conseguiram demonstraram não ter entendido como deveria ser feita a ligação, porém pelo fato de a lâmpada ser muito pequena acabava conectando os fios corretamente por mero acaso.

Em seguida os grupos deveriam ligar as duas lâmpadas agora com o apoio do bocal, em série e depois em paralelo e comparar a intensidade luminosa de cada lâmpada em cada tipo de ligação. Essa atividade é demonstrada na fotografia abaixo. Posteriormente solicitamos aos grupos que montassem novamente o circuito em série e com o uso do Amperímetro fizessem as medidas da intensidade da corrente que passa em cada lâmpada.

Em seguida os estudantes remontaram o circuito em paralelo e com o uso do voltímetro, fizeram as medidas da diferença de potencial nos terminais de cada lâmpada e nos terminais das pilhas.

## Pós-teste

Depois de toda intervenção citada a cima nós aplicamos aos alunos um pósteste, que foi a melhor maneira que achamos para poder conferir se os mesmos entenderam e absorveram as informações para eles passadas durante as aulas de intervenção.

O pós-teste era composto de 3 questões, sendo que elas retornavam a ideia do pré-teste e também a assuntos que apareceram durante as aulas e experiências. São elas:

- 1) Em uma residência com várias lâmpadas acessas, ao desligar uma as outras não apagarão, já nos enfeites natalinos se uma queimar as outras deixam de funcionar. Por quê?

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- 2) A figura abaixo mostra quatro passarinhos pousados em um circuito no qual uma bateria de automóvel alimenta duas lâmpadas.

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Ao ligar-se a chave S, o passarinho que pode receber um choque elétrico é o de numero:

- a) I
- b) II
- c) III
- d) IV
- 3) Nos experimentos realizados por você em sala de aula, foi observado que as lâmpadas ligadas em serie apresentavam um brilho diferente das mesmas ligadas lâmpadas ligadas em paralelo. Em qual desses dois tipos de ligação o brilho é maior? Explique.

Tendo o resultado do pós-teste em mãos nós avaliamos a nós mesmos e aos alunos também de acordo com a satisfação dos resultados. Estavam presentes no dia do teste (28/11/11) vinte e três alunos.

Para a primeira questão, tivemos vários tipos de respostas, como por exemplo:

'Q ue no enfeite é a mesma corrente por isso interfere quando uma queima'.

'

Na residência é independente e o enfeite não'.

'A passagem de energia é impedida pela lâmpada queimada'.

Muitos ainda justificaram pela corrente e energia, poucos falaram sobre estarem em série ou paralelo.

Quanto à questão 2 nós sentimos uma falha de nossa parte, onde não demos ao aluno esforço para justificar. Nela 21 alunos marcaram a alternativa C, somente um deles justificou sua marcação, e 2 alunos marcaram a letra A.

Na última questão esperávamos unanimidade, uma vez que o assunto foi muito abordado, explicado e experimentado em sala, porem o resultado obtido foi: 15 alunos disseram em paralelo enquanto 6 alunos disseram em série, 3 alunos não responderam ou disseram não saber. Segundo eles, a

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explicação esta relacionada a ddp (diferença de potencial) e/ou aos resistores. Alguns ainda disseram que:

' Em série a força se distribui'.

- 'Em série porque é mais próximo'.
- 'Paralelo, pois a corrente se distribui'.
- 'Em série se compartilha por isso é mais fraca'.

## Conclusão

Analisando o comportamento dos alunos, durante as propostas de intervenção, percebemos que os alunos demonstraram grande curiosidade em relação ao tema e apresentaram questionamentos e posicionamentos em relação às experiências que foram realizadas, com destaque para a medição da resistência elétrica dos fios. O fato de eles ficarem curiosos em relação a este tema pode estar associado ao fato de que nos exercícios teóricos essa resistência é desprezada, por isso os alunos não acreditavam que ela existisse.

- O fato de propiciarmos aos alunos a oportunidade de opinar na forma de ensiná-los foi algo muito positivo, pois dessa forma conseguimos atingir nosso objetivo, que era oferecer a eles um ensino de física que os motive.
- O ponto negativo dessa atividade foi a limitação do kit (multímetro, lâmpadas pequenas, pilhas e fios) porque com ele só podíamos montar, no máximo um circuito com 2 lâmpadas em série ou paralelo. Acreditamos que o aumento no número de fios e lâmpadas ou até de novos elementos para o circuito, como resistores, pode fazer com que a motivação dos alunos não diminua.

## Referencial Teórico

BORGES, A.T. (1997). Um estudo de Modelos Mentais. Investigações em Ensino de Ciências [online]. Vol.1, Nº 3, 1997.

LAHERA, Jesus; FORTEZA, Ana. (2006). Ciências Físicas no Ensino Fundamental e Médio . Porto Alegre. Artmed. 2008.

MOREIRA, M. A. Uma Abordagem Cognitivista ao Ensino de Física: a teoria de aprendizagem de David Ausubel como sistema de referência para organização do ensino de ciências. Porto Alegre: Editora da Universidade, UFRGS, 1983.

MOREIRA, Marco Antônio; CABALERRO, M.C; RODRIGUEZ, M.L. Aprendizagem Significativa: Um Conceito Subjacente Actas del Encuentro Internacional sobre el Aprendizaje Significativo. Burgos, España. pp 19-44.1997.

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BRASIL. Ministério da Educação, Secretaria de Educação Média e Tecnologia. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio - PCN+. 2002.

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