AS CONCEPÇÕES SOBRE A CONDUÇÃO ELÉTRICA NAS ATIVIDADES DA SALA DE AULA

## AS CONCEPÇÕES SOBRE A CONDUÇÃO ELÉTRICA NAS ATIVIDADES DA SALA DE AULA

## Maria Christina F. Bueno , Cristina L. Horii , Jesuína L. A. Pacca 1 2 3

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E.E. 'Valentino Redivo'/SP, tinafbueno@ig.com.br 2 Instituto de Física-USP, cristina.horii@usp.br 3 Instituto de Física-USP, jepacca@if.usp.br

## Resumo

Este trabalho mostra uma forma de utilizar os registros dos alunos durante atividades desenvolvidas em sala de aula, para acompanhar a aprendizagem através de avaliações que favoreçam operar com os conflitos cognitivos e apontar para novos conhecimentos. A escolha dos registros deve focalizar a contínua revisão e reconstrução do conhecimento, em direção do conhecimento científico. A estratégia se apoia em Bachelard no que diz respeito à tomada de consciência dos aprendizes, levando-os à reflexão sobre diferentes formas de pensar, à identificação de obstáculos epistemológicos e à construção e incorporação de um novo conhecimento. Visando à construção de conceitos físicos e do significado adequado, a estratégia se apoia em Vygotsky, para quem o domínio dos conceitos científicos depende da vivência do indivíduo e da interação construtiva na sala de aula. Ao considerarmos os erros cometidos pelos alunos em situações de sala de aula como o indício de conflitos entre pensamentos que estão em construção e visando a aprendizagem significativa, a estratégia se apoia em Astolfi.

Palavras-chave : obstáculo cognitivo, avaliação continuada, avaliação construtiva, ensino de eletricidade.

## Introdução

Pensando em um ensino que tenha como finalidade conseguir que os alunos aprendam significativamente ou que, no mínimo, aprendam a pensar cientificamente, transformando suas concepções para aproximarem-se das concepções científicas, devemos nos basear nos estudos sobre a compreensão do modo de pensar do aluno e nas causas de suas dificuldades. Quando trabalhamos em sala de aula dando grande ênfase ao que os alunos falam, é extremamente interessante saber como aproveitar as suas explicações e representações para o prosseguimento das aulas. As avaliações que visam verificar a aprendizagem efetiva dos alunos identificando o que foi modificado e que novas ideias foram incorporadas nas suas explicações, são instrumentos essenciais nesse processo.

## Construção da aprendizagem na sala de aula.

Quando queremos ensinar, não podemos esquecer que nossos alunos já têm um conhecimento que foi construído desde a sua infância a partir das próprias experiências e sensações vividas no dia - a - dia, na interação com os adultos, familiares e professores, e também com seus companheiros.

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20 a 25 de janeiro de 2013

Desde a década de 70, diversos pesquisadores, de vários países, realizaram estudos chamando a atenção para um fator preponderante que impede um ensino e uma aprendizagem eficaz, o fato de os alunos já terem ideias formadas, modelos espontâneos sobre assuntos ou conceitos que ensinamos nas aulas de Física. Um dos resultados mais frequentemente constatados nas diversas pesquisas é a relação direta entre força e velocidade, na mecânica.

As investigações sobre as concepções dos alunos intensificaram-se na década de 80, muitos destes trabalhos oferecem quantidade significativa de informações sobre a maneira como os alunos pensam e interpretam conceitos de eletricidade (Pacca et al , 2003).

Estudos recentes sobre as concepções de corrente elétrica, concepções de circuito dc, presentes nas representações dos alunos, apresentam características dessas concepções que podem constituir obstáculos para a aprendizagem (Gouveia, 2007). No artigo 'Corrente elétrica e circuito elétrico: algumas concepções do senso comum' (2003) os autores categorizaram uma série de conhecimentos prévios. Por exemplo: duas correntes que se opõe, ao invés de uma só corrente, num único sentido, perpassando todo o caminho, incluindo o filamento.

Com o levantamento das concepções prévias dos alunos, reafirmamos que, por serem conflitantes com os conceitos da Física, são necessárias estratégias que permitam explorá-las, a fim de produzir uma ruptura com esse conhecimento espontâneo, para aproximá-lo do conhecimento científico. Com essa concepção de cunho construtivista, escolhemos referenciais teóricos que nos permitiram compreender o processo da aprendizagem e a possibilidade de passar de concepções do senso comum para concepções científicas. Nesse sentido, Bachelard (2005), Vygotsky (1989 e 2005) e Astolfi (1999 e 2006) são as referências básicas para este trabalho.

Para Vygotsky, o aprendizado é um processo profundamente social e se adequadamente organizado pode resultar em desenvolvimento mental. Para ele, é na interação entre pessoas que novas formas de pensar são construídas e/ou transformadas. Para dominar um sistema de conceitos, o sujeito precisa incorporálos ao seu modo de pensar. Para Bachelard, o conhecimento científico se forma contra o senso comum, e a aprendizagem nunca começa, sempre continua, sempre destrói um conhecimento para construir outro. Para o autor, não se aprende por acúmulo de informações, mas através de um alargamento do conhecimento que envolve rupturas. Para Astolfi, o obstáculo é uma forma de conhecimento e está no pensamento, nas palavras, na experiência cotidiana e no inconsciente do sujeito. Não é ignorância, nem um bloqueio psicológico, mas implica uma 'saturação' de conhecimentos prévios imediatamente mobilizados equivocadamente pela mente. Para ele a análise dos obstáculos permite encontrar o sentido das representações ou concepções alternativas recorrentes dos alunos. Interpretá-las e abordá-las facilita a aprendizagem das noções científicas e evitá-las implica, para os alunos, abandonar uma parte de si mesmo. Os obstáculos constituem um desafio conceitual e não, um impedimento para a aprendizagem.

Ao planejarmos as aulas temos que ter em mente onde queremos chegar com as atividades elaboradas e quais conteúdos queremos explorar, para podermos avaliar continuamente a aprendizagem dos alunos.

Atividades que levam em conta a reanálise das representações e explicações dos alunos permitem que o professor e os próprios alunos consigam

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diagnosticar quais ideias iniciais se modificaram, quais ainda persistem e que ideias corretas foram incorporadas às suas explicações. Para o aluno, a tomada de consciência é importante no processo de ensino aprendizagem, porque pode levá-lo a rever suas ideias e aproximá-las das concepções científicas aceitas hoje.

Ao constatar que os alunos não aprenderam determinados conteúdos, o professor tem a possibilidade de rever o seu planejamento para fazer as mudanças necessárias. Organizando novas estratégias de ensino para ajudá-los a ultrapassarem as barreiras conceituais, isto é, certos tipos de erros ou concepções espontâneas difíceis de serem abandonadas. Esse tipo de avaliação também permite que o professor avalie o seu plano de aula, as atividades desenvolvidas e adequação para a aprendizagem significativa.

Nesse trabalho apresentamos a atividade de um professor que se preocupou em dar prosseguimento de suas aulas, utilizando-se das concepções prévias dos alunos, para que eles pudessem perceber que suas explicações podem estar incompletas, inadequadas ou até erradas, do ponto de vista da Física aceita hoje. Estas concepções consideradas como 'erros' presentes nas explicações dos alunos se constituem como barreiras ou obstáculos para o aprendizado. Nesse sentido, pretendemos contribuir com a discussão sobre a compreensão da natureza das dificuldades do aluno para se apropriar de um novo conhecimento e, dessa forma tornar possível o ensino de conceitos da eletricidade.

A avaliação é o instrumento mais comum que o professor utiliza para dizer que o aluno aprendeu. Porém nos interessa focalizar o processo de ensino que pode levar à aprendizagem e de que modo ele inclui as formas alternativas ou espontâneas de pensar do aluno; trabalhamos nesse processo as situações envolvendo avaliações.

## Objetivo

O trabalho procura mostrar como as avaliações podem tornar-se situações de aprendizagem significativa e conduzir discussões coletivas em que o diálogo se mantém. Isto pode ocorrer a medida que o conhecimento vai se aproximando do científico, numa construção significativa para todos, mesmo que ocorra em diferentes níveis para os alunos.

Partindo das concepções dos alunos sobre condução elétrica, apresentar situações experimentais para criar um conflito cognitivo. Através dos registros feitos pelos alunos durante as atividades desenvolvidas em sala de aula planejar e conduzir uma avaliação seguida de discussão que leve ao conhecimento científico.

## Metodologia

Trabalhamos com alunos de duas classes de terceiro ano do ensino Médio de uma escola pública do Estado de São Paulo. Os alunos participaram das seguintes atividades experimentais: o circuito elétrico simples, eletrólise e a pilha de Daniell, que estavam previstas no planejamento para o estudo da condução elétrica em meios sólidos e em meios líquidos.

Durante os experimentos, os alunos foram desafiados a construir modelos para explicar: como e por que uma lâmpada acende, o que ocorre

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microscopicamente no fio condutor, nas placas da pilha e na solução eletrolítica. A tarefa consistia em fazer desenhos e dar explicações sobre esses fenômenos.

Terminada a tarefa, cada grupo de alunos apresentava seus desenhos e explicações para a classe, possibilitando que os alunos fizessem comparações entre suas ideias e as dos colegas. Durante a discussão ideias foram confrontadas pelo professor e por alunos. A discussão permitiu a tomada de consciência por parte dos alunos e a escolha de argumentos mais coerentes e mais abrangentes. Nestes momentos de discussão, parte dos alunos demonstram em suas falas que mudanças estão ocorrendo na forma de pensar e explicar o fenômeno. O professor colocava na lousa esta nova forma de pensar, por exemplo, muitos alunos se convenceram de que a corrente elétrica circula em um único sentido. Assim ao final de cada discussão o professor colocava as novas ideias da classe.

A última atividade partiu da dificuldade dos alunos em compreender o que ocorre na pilha de Daniell, isto é, compreender significativamente as reações químicas presentes na pilha. Nesta atividade os alunos tiveram que colar bolinhas coloridas, que representavam os elementos da pilha e os portadores de carga, nas placas, nos fios de ligação e nas soluções eletrolíticas. Representaram a placa de cobre com papel dourado, a placa de zinco com papel prateado e as soluções com cores diferentes, por exemplo azul claro e branco. Depois disso, os alunos colaram as bolinhas coloridas em seus devidos lugares, segundo orientação do professor. A cor azul escuro representava o cátion Cu 2+ , a cor verde o cátion Zn 2+ , a cor amarela representava o sulfato SO4 2e a cor laranja os elétrons.

Houve também uma aula expositiva, na qual o professor mostrou como a Física explica os fenômenos vistos durante as aulas.

Avaliação continuada. Estamos chamando de avaliação continuada a essa avaliação de natureza formativa e que se utiliza para realimentar o planejamento do professor e a condução do diálogo que leva à construir a aprendizagem na sala de aula. A partir dos registros dos alunos nas atividades anteriores, o professor elaborou uma avaliação com as seguintes questões:

Questão 1: No circuito elétrico abaixo, a lâmpada acenderá? Por quê?Figura 01: Representação de um aluno do experimento sobre o circuito elétrico simples

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O professor esperava que os alunos percebessem que apesar do circuito parecer fechado a lâmpada não acenderia se o circuito fosse montado conforme o desenho, porque a corrente elétrica não percorre o filamento da lâmpada.

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Questão 2: Analise e critique os circuitos elétricos abaixo, apontando erros e acertos.

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Figura 02 A, B, C: Desenho dos alunos de circuitos elétricos

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Com esta questão era esperado que os alunos percebessem que no desenho (A) o caminho percorrido pela corrente elétrica está correto, isto é, circula num único sentido, mas a corrente elétrica não percorre seus filamentos.

No desenho (B) esperava-se que os alunos percebessem que o caminho percorrido pela corrente elétrica está errado, porque o desenho mostra dois caminhos para a corrente, onde as cargas negativas vão do polo negativo da pilha para o filamento da lâmpada e o outro caminho onde as cargas positivas vão do polo positivo da pilha para o filamento da lâmpada e aí as cargas se encontram, acendendo a lâmpada.(Pacca et al , 2003).

No desenho (C) era esperado que os alunos identificassem o erro no caminho da corrente elétrica e que as cargas negativas e as cargas positivas dentro da pilha não são elétrons e prótons, mas são íons positivos e íons negativos.

Concepções espontâneas de Q1 e Q2: Corroborando com os resultados de Pacca et al (2003) para os alunos o filamento não faz parte do circuito; o encontro de cargas é responsável pelo brilho da luz).Também encontramos o circuito aberto, não fechando o na solução e não identificam a perda ou ganho de massa pelas placas.

Questão 3: O experimento 'eletrólise' está representado pelo desenho abaixo.

Figura 03: Representação de um aluno do fenômeno eletrolítico

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- a) O que representam os sinais negativos nos fios condutores?
- b) O que representam os sinais negativos e os sinais positivos na solução eletrolítica?
- c) O que representam as setas?
- d) Acrescente setas na solução e no filamento da lâmpada.

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Com esta questão era esperado que os alunos conseguissem associar os sinais negativos aos elétrons no fio e aos ânions na solução, e os sinais positivos aos cátions na solução. Que também conseguissem fechar o circuito no filamento da lâmpada e na solução eletrolítica. Os alunos costumam pensar que os elétrons se movimentam na solução, e que a pilha e a solução eletrolítica não completam a circuitação.

Questão 4: Analisando as representações da pilha de Daniell, feita por um grupo de alunos, responda:

Figura 04: Representação da pilha de Daniell

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- a) O que representam as bolinhas nas placas de zinco e de cobre nos fios e nas soluções?
- b) Qual placa é o polo negativo e qual é o polo positivo? Por quê?
- c) Qual é o significado do aglomerado de bolinhas na placa de cobre?
- d) Indique o caminho percorrido pela corrente elétrica nos metais e nas soluções.
- e) O que deverá ocorrer com a placa de zinco depois de um tempo de funcionamento da pilha?
- f) Nomeie cada bolinha de acordo com suas cores.

Com esta questão esperava-se que os alunos conseguissem identificar todos os elementos presentes na pilha, tanto nas placas quanto nas soluções; que a placa de zinco fica negativa, porque ela perde massa, isto é, perde Zn 2+ para a solução e doa os elétrons, que sobraram na placa de zinco para a placa de cobre através do fio condutor; que a placa de cobre ao receber estes elétrons ganha massa e fica positiva, porque os elétrons recebidos atraem os cátions Cu 2+ , originando Cu ; que o circuito é fechado pelos íons que atravessam a parede 0 porosa.

Concepções espontâneas de Q3 e Q4: Não fechar o circuito na solução e não identificar a perda ou o ganho de massa pelas placas.

## Resultados obtidos e análise

Na questão 1, parte dos alunos disse que a lâmpada acende, porque o circuito está fechado, não perceberam que o filamento da lâmpada não faz parte do circuito. Alguns alunos ainda continuam com a ideia do encontro de prótons e elétrons no filamento da lâmpada da lâmpada.

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Sim o circuito está fechado.

Sim, pois o circuito está fechado e com isso há o encontro de prótons e elétrons. Os elétrons se movem pelo fio.

Parte dos alunos diz que não acende, porque o circuito está aberto.

Não, porque o circuito não está corretamente fechado. A base da lâmpada deveria estar encostada em um dos lados da pilha e o fio deve estar conectado no outro lado da pilha e na lateral da rosca da lâmpada.

Não pois a rosca está encostada,o certo seria a lâmpada estar em pé. O circuito está aberto.

Não, pois o circuito de cargas está fechado não passando cargas pelo filamento da lâmpada.

Na questão 2, os alunos conseguiram detectar erros e acertos nos desenhos, mas parte deles ainda continua com a ideia de que a lâmpada não pode encostar diretamente na pilha, sendo necessário um fio entre a lâmpada e o fio.

Não está representando a corrente elétrica passando pelo filamento da lâmpada.

Está correto a representação pelo fato dos elétrons estarem saindo da parte negativa da pilha e passando pela lâmpada.

Está incorreto pela lâmpada estar encostada na pilha. Está correto o sentido dos elétrons.

A carga positiva está se movendo, não está fixa,ou seja, o desenho está errado.

O circuito está fechado corretamente, faltou mais setas para mostrar a circulação dos elétrons, e está mostrando os elétrons chegando na lâmpada, assim estando certo para mim.

O erro do desenho é que dentro da pilha as cargas + e - se encontram, assim acontecendo a ionização e os elétrons começam a circular no circuito fechado.

Na questão 3, a maioria dos alunos entendeu que os elétrons se movem nos fios e os íons, positivos e negativos, na solução e dizem que as setas representam o sentido da corrente elétrica (cargas elétricas). Parte dos alunos acrescenta as setas na solução, mas não as colocam no filamento da lâmpada.

Significam os elétrons passando no fio.

São os ânions e os cátions.

As setas mostram em que sentido as cargas estão passando.

São os íons positivos (H , Na ) e os íons negativos (Cl , OH ). + + --

O caminho dos elétrons (de onde saem e para onde vão).

As setas representam a corrente elétrica.

Na questão 4, muitos alunos dizem que as bolinhas representam os elétrons tanto nas placas quanto na solução, são poucos os alunos que apontam elétrons somente nas placas e nos fios. Vários alunos ainda pensam que existem elétrons nas soluções. Eles conseguem identificar os elementos pelas cores e alguns alunos não fecham o circuito na solução e não identificam a perda ou ganho de massa pelas placas.

## Conclusões

Como pudemos perceber pela análise das respostas aos problemas apresentados, os erros puderam ser socializados e assim vão sendo corrigidos

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progressivamente, quando analisamos o coletivo. Algumas dificuldades persistem e estas marcam o foco das discussões que podem ser encaminhadas pelo professor.

- O que apresentamos foram os erros persistentes e que devem ser reestudados e incluídos no planejamento. Fica claro para o professor o que precisa ser revisto ou discutido para uma aprendizagem aprofundada e significativa e também mostra qual atividade aplicada precisa de mudanças para levar à aprendizagem dos alunos.

Os desenhos e explicações fornecidos pelos alunos podem ser utilizados em avaliações de novas turmas de alunos, mas sempre é interessante utilizar desenhos e representações de cada nova turma, porque as respostas dos alunos sempre são diferentes mesmo que, para o professor, o erro seja o mesmo. É esta repetição dos erros, apesar de expressos com discursos diferentes, que torna possível o acompanhamento da aprendizagem e o planejamento dinâmico das aulas. Além disso, trabalhar com as respostas reais atuais tem a possibilidade de comunicação aumentada e a manutenção do diálogo garantida.

Nossa referência em Vygotsky, Bachelard e Astolfi pode dar conta dos resultados obtidos em geral na construção do conhecimento. Notamos que o trabalho interativo na sala de aula é fundamental e o papel do professor é essencial.

Essa estratégia que utilizamos, com os desenhos e as explicações dos próprios alunos mostrou-se um esquema interessante, pode motivá-los, porque eles conseguem mostrar aquilo que aprenderam e se conscientizam daquilo que não foi aprendido de forma adequada, oferecendo-lhes a oportunidade de rever suas concepções, repensá-las e reelaborá-las, aproximando-as do conteúdo científico acreditado. Neste processo fica também aparente a valorização das suas explicações como um conhecimento prévio que precisa ser modificado para chegar ao conhecimento científico, o que pode estar estimulando a participação, o diálogo construtivo e o esforço para resolver problemas.

## Referências

Astolfi, J. -P. El 'erros', un medio para enseñar. Colección: Investigación y enseñanza.Trad. Angel Martinez Gelghoff. Serie: Práctica, n. 15. Díada Editora S.L. Sevilla, 1 ed., outubro, 1999. a

Astolfi, J. -P., Delevay, M.; trad. Fonseca, M. S. S. A didática das ciências. São Paulo: Papirus, 2006.

Bachelard, G., A formação do espírito científico. Contraponto Editora ltda. Rio de Janeiro, 2005.

Gouveia, A. A. Dificuldades de aprendizagem conceitual em circuitos elétricos revelados por meio de desenhos. 2007. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências e Educação matemática) - Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 2007.

Pacca, J. L. A. et al. Corrente elétrica e circuito elétrico: algumas concepções dosenso comum. In: Cad. Bras. Ens. Fís., v.20, n 2: p.151-167, ago.

Vygotsky, L. S., A formação social da mente. O desenvolvimento dos processos psicológicos superiores. São Paulo: Martins Fontes, 2000.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_Pensamento e linguagem. São Paulo: Martins Fontes, 2005.

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