LINHAS DE FORÇA NUM CAMPO ELÉTRICO: REFLEXÕES SOBRE A EXECUÇÃO DE UMA ATIVIDADE EXPERIMENTAL COLABORATIVA

## LINHAS DE FORÇA NUM CAMPO ELÉTRICO: REFLEXÕES SOBRE A EXECUÇÃO DE UMA ATIVIDADE EXPERIMENTAL COLABORATIVA

Patrícia Machado Pereira Araujo , Keissy Carla Oliveira Martins , Heitor Xavier 1 2 Teixeira , Nádia Cristina Guimarães Errobidart 3 4 , Cícero José da Silva . 5

- 1 Universidade Federal do Mato Grosso do Sul/Instituto de Física, patricialinks@gmail.com
- 2 Universidade Federal do Mato Grosso do Sul/Instituto de Física, keissy.carla@gmail.com
- 3 Universidade Federal do Mato Grosso do Sul/Instituto de Física, xavierheitor@gmail.com

- 5 Secretaria de Educação de Mato Grosso do Sul/Escola Estadual Joaquim Murtinho, cicero1409@gmail.com

## Resumo

Este relato apresenta uma reflexão sobre uma atividade desenvolvida em algumas turmas de terceiro ano do ensino médio de uma escola pública da cidade de Campo Grande MS, e elaborada num processo colaborativo por membros do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência que cursam Licenciatura em Física na Universidade do Mato Grosso do Sul e professores do ensino médio e superior. A atividade desde o planejamento até a execução foi desenvolvida coletivamente com o objetivo contribuir para com a formação de um professor-reflexivo, que investiga sua prática em sala de aula e reflete sobre suas ações, assumindo o papel de professor-pesquisador. O diário de bordo foi utilizado para coletar dados sobre a influência desse tipo de formação na ação dos acadêmicos envolvidos na atividade sobre campo elétrico. Nele foram orientados a relatar suas reflexões sobre as etapas do processo colaborativo, apontando pontos positivos e negativos por eles evidenciados. Os resultados da análise dos relatos sinalizam que os acadêmicos consideraram importante a participação dos professores regentes, pontuando suas experiências no exercício da docência, no desenvolvimento das aulas compartilhadas e principalmente nos momentos de reflexão sobre a ação, no caso, a atividade experimental demonstrativa para visualização das linhas de força num campo elétrico.

Palavras-chave : Professor-reflexivo, grupo colaborativo, experimento demonstrativo, linhas de força.

## Introdução

- O trabalho apresenta algumas reflexões relacionadas ao trabalho colaborativo de planejamento, elaboração e execução de uma das atividades desenvolvidas por acadêmicos do curso de Licenciatura em Física, que participam do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação a Docência: atividade experimental demonstrativa relacionada a visualização das linhas de força de um campo elétrico, utilizando um gerador de Van der Graaff

Todas as atividades desenvolvidas com o grupo de acadêmicos estão alicerçadas no modelo de formação da racionalidade prática, no qual a escola é entendida como lócus de formação e o professor como um pesquisador de sua práxis, capaz de refletir sobre suas ações e resultados a fim de compreendê-los.

Segundo esse modelo de formação:

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- [...] o professor desenvolve teorias sobre a prática a partir de suas experiências cotidianas, para voltar essa aprendizagem para os alunos; não se pode separar experiências, prática e contribuições teóricas nas aulas; o professor tutor exerce um papel fundamental no processo de formação inicial dos alunos; é necessário propiciar a construção de uma identidade profissional reflexiva nos alunos. A reflexão que se almeja para a prática profissional, é entendida como atividade teórica que permite analisar a própria ação, auxiliando na problematização, no levantamento de dificuldades e busca de soluções. É considerada crítica quando solicita um posicionamento diante da situação vivenciada, quando propicia que o docente olhe para sua prática, para confirmá-lo ou ratificá-la, identificando aspectos que enriqueçam as práticas futuras. (ERROBIDART et AL, 2013, p.1).

Durantes as etapas de planejamento, elaboração e execução das atividades na escola, os acadêmicos elaboraram um diário de bordo para materializar suas percepções sobre cada uma das fases desenvolvidas, pontuando aspectos positivos e negativos do processo. Os relatos contidos nos diários evidenciam, segundo nosso entendimento, a reflexão dos acadêmicos/pibidianos sobre a prática docente, pois nele efetuam o levantamento das dificuldades a pontuam possíveis soluções, posicionando-se, dessa forma, diante das situações vivenciadas no contexto escolar.

## Aspectos do planejamento coletivo

Inicialmente foi solicitado a todos os acadêmicos que participam do programa PIBID que realizassem uma pesquisa bibliográfica em periódicos da área de ensino e educação, que publicam artigos relacionados ao objeto de estudo: campo elétrico. Eles poderiam apresentar como resultado da pesquisa, proposições de sequências didáticas, pautadas em aulas expositivas, experimentais e empregando ferramentas tecnológicas, para ensinar campo elétrico.

Após discussões sobre o contexto escolar e necessidades pontuadas pelos professores regentes, decidiu-se priorizar o desenvolvimento de atividades experimentais, pois os mesmos já estavam abordando a parte conceitual de campo elétrico. Considerando as especificidades identificadas na observação do contexto escolar, tais como o número de alunos por turma e a ausência de aparatos nos laboratórios da escola, decidimos que os experimentos deveriam ser demonstrativos e que teriam a função de auxiliar na 'reconciliação integrativa' do conceito de campo elétrico (AUSUBEL, 1982).

Selecionados os trabalhos, iniciaram os momentos de discussão entre os acadêmicos, os professores regentes da disciplina na escola e professores do curso de formação (Licenciatura em Física). Neles foram apresentadas diversas propostas de atividades experimentais, como, por exemplo: demonstração do efeito 'Gaiola de Faraday' utilizando um cesto de lixo com bolinhas de isopor ligadas internamente e externamente por fios de nylon; demonstração do efeito 'Gaiola de Faraday' utilizando-se um rádio AM colocado dentro de uma gaiola metálica e construção de um aparato para utilizar glicerina e fubá para demonstrar as linhas de campo elétrico.

Após discussão sobre as atividades apresentadas ao grupo, decidimos adaptar o experimento para visualização das linhas de campo, utilizando glicerina e fubá: ao invés de construirmos um aparato com raquete de matar moscas optamos por usar o gerador de Van der Graaff; a glicerina foi substituída por óleo e o fubá por

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sementes de fumo, mais leves e que funcionam como dipolos elétricos, alinhando-se com as linhas de força do campo.

Para realizarmos a avaliação da atividade experimental proposta, elaboramos um questionário no qual os alunos do terceiro ano do ensino médio, deveriam explicar os fenômenos evidenciados. Ele foi produzido em duas etapas: na primeira, elaborada com a finalidade de propiciar uma reconciliação integrativa, o aluno era solicitado a preencher lacunas em um texto de revisão, explorando os principais conceitos do conteúdo de campo elétrico. Na segunda, os alunos deveriam: elaborar um desenho para representar as linhas de campo elétrico geradas por fontes pontuais e placas paralelas; descrever os conceitos físicos explorados em três procedimentos (eletroscópio com folhas, poder das pontas e eletrização de cascas).

- É importante salientar que, para a elaboração das atividades foi imprescindível à presença dos professores regentes das escolas e dos docentes que atuam no curso de Licenciatura em Física. Os primeiros assessoraram quanto a questão do que funcionaria ou não em sala de aula, orientando a visão do grupo para aspectos/situações vivenciadas no contexto de sala de aula e que, por falta do saber da profissão, não eram percebidos pelos acadêmicos. Além disso, orientaram o planejamento das atividades com relação as orientações da matriz curricular da rede estadual, o gerenciamento do tempo didático e estratégias sobre como se abordar um experimento dentro de um conteúdo. Esses aspectos também foram acompanhados pelos professores do curso de formação inicial.

## Fundamentação conceitual para a experiência de mapeamento das linhas de força

Todas as atividades desenvolvidas pelo grupo PIBID estão pautadas na teoria da Aprendizagem Significativa, proposta por David Ausubel (1982). Essa teoria foi selecionada por ser a única que todos os membros do grupo já tiveram contato no decorrer do curso de graduação e também por ser uma orientação teórica e metodológica para a elaboração de uma sequência didática.

- A teoria da Aprendizagem Significativa foi usada para o desenvolvimento das atividades sobre campo elétrico. Essa teoria se diferencia das demais por considerar a estrutura cognitiva do indivíduo, na qual um novo conceito estabelece relações com conceitos já existentes nessa estrutura, de modo que o conceito anterior é modificado pelo novo. Os conceitos prévios existentes na estrutura cognitiva do aprendiz são chamados de subsunçores e são utilizados como ancoradouros para os novos conceitos. A aprendizagem significativa ocorre quando a nova informação ancora-se em conceitos relevantes preexistentes na estrutura de quem aprende (AUSUBEL, 1982).

Ausubel (1982) destaca dois outros conceitos importantes para o processo de aprendizagem significativa: a diferenciação progressiva e a reconciliação integrativa. O primeiro caracteriza um conceito como sendo mais abrangente que outro e dessa forma hierarquicamente inicia-se a abordagem do conceito mais geral para o mais específico. O segundo ocorre quando ideias presentes na estrutura cognitiva do aluno são reconhecidas como relacionadas, a partir de um processo de interação entre elas, podendo reorganizar-se na sua estrutura cognitiva e adquirir novos significados (AUSUBEL, 1982).

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Considerando os pressupostos da teoria de Ausubel (1982) elaboramos um texto inicial com o objetivo de auxiliar na mobilização de conhecimentos prévios ou subsunçores que seriam necessários para o desenvolvimento dos procedimentos experimentais, visando uma aprendizagem significativa.

Nesse texto discorremos sobre a constituição do átomo por prótons, nêutrons e elétrons e o processo de eletrização por atrito, no qual arrancamos elétrons das camadas mais externas da eletrosfera. Enfatizamos que quando isso ocorre o átomo que perdeu elétrons fica positivo e o que ganhou negativo. A partir daí, o átomo procura reestabelecer o equilíbrio perdido, criando no entorno do objeto atritado um campo elétrico, o qual pode influenciar, por meio da indução elétrica, corpos em suas proximidades. Para a construção desse texto usamos os livros elaborados por Pietrocola et al (2011) e Young e Freedman (2003).

## A atividade experimental demonstrativa

A atividade experimental demonstrativa diferencia-se da atividade experimental de verificação, por exemplo, por não permitir aos alunos manipulação direta para coleta de dados, geralmente é apenas o professor que manipula o aparato experimental.

Uma atividade demonstrativa pode ser utilizada dentro da abordagem conceitual com diferentes funções: fator motivador, exemplificação e, como no caso apresentado nesse trabalho, para promover a reconciliação integrativa dos conceitos de campo elétrico.

## Os experimentos para mapeamento das linhas de força

Para a abordagem experimental do conceito de campo elétrico e linhas de força, foi elaborada uma sequência de cinco procedimentos experimentais demonstrativos para visualização das linhas de campo, produzidas com o gerador de Van der Graaff: linhas de força em fontes pontuais e placas paralelas; eletroscópio com folhas; poder das pontas e eletrização de cascas. O aparato utilizado é mostrado na figura1.

Figura 01: Aparato montado para a demonstração das linhas de campo.

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O aparato consiste do gerador utilizado e o retroprojetor sobre o qual foi colocada bandeja transparente, coberta por uma fina camada de óleo de girassol salpicada com sementes de fumo. Quando o gerador é ligado, são geradas cargas que são transferidas para os fios conectados ao gerador e à bandeja com óleo. Estas cargas produzem uma diferença de potencial e consequentemente geram um campo elétrico entre os dois fios. Quando são colocadas as sementes de fumo na superfície do óleo, inicia-se o um movimento das sementes de fumo, que se como dipolos elétricos se alinham com as linhas de força do campo elétrico.

## A execução dos procedimentos experimentais

Em um dos momentos de discussão que permearam a elaboração coletiva/colaborativa dos planos de aula da atividade experimental, decidimos pela realização de uma única aula de cinquenta minutos. Ela seria desenvolvida no laboratório de física da escola, que apesar de ainda não estar totalmente equipado possui um espaço, amplo com aproximadamente 30 carteiras e no qual poderíamos deixar o aparato já montado, para a utilização em todas as turmas.

As atividades foram desenvolvidas em dez turmas do terceiro ano do ensino médio da Escola Estadual Joaquim Murtinho, localizada no município de Campo Grande, MS. Dessas, seis eram do período matutino e quatro do noturno.

As atividades planejadas coletivamente foram desenvolvidas pelos professores regentes das turmas e os acadêmicos/pibidianos apenas auxiliaram na mediação com os alunos, realizando assim uma aula compartilhada.

O professor regente iniciava a aula explicando o funcionamento do aparato e para demonstrar que o mesmo estava eletrizado/carregado, aproximava uma de suas mãos do gerador, provocando a ruptura dielétrica observada com micro-raios. Enquanto fazia essa demonstração o professor ia relembrando conceitos subsunçores já abordados em aulas anteriores e que ali nos procedimentos poderiam ser evidenciados. Ele realizou algumas demonstrações, questionando os alunos sobre os fenômenos observados e incentivando-os a apresentar respostas como, por exemplo, quando um dos acadêmicos aproximou uma de suas mãos do gerador e a outra de uma lâmpada fluorescente que o professor segurava, a qual emitiu luz.

Finalizada essa etapa inicial, que demorou aproximadamente dez minutos, o professor regente iniciou as atividades programadas no roteiro. O primeiro experimento possibilitaria que os alunos visualizassem as linhas de força produzidas pelo campo elétrico, para tal, foi colocado sobre um retroprojetor à bandeja que continha óleo de cozinha e sementes de fumo. A diferença de potencial estabelecida entre os pontos de contato com o óleo gerou um campo elétrico entre eles, cujas linhas de força saiam do ponto com carga negativa orientando-se no sentido do ponto com carga positiva. As sementes de fumo, pequenas e leves, se distribuíam sobre a superfície do óleo, alinhavando-se com as linhas de força do campo elétrico, possibilitando a visualização das mesmas pelos alunos.

No segundo procedimento usamos as fontes de sinal contrário ligadas placas paralelas o que possibilitava a visualização das linhas de força num campo uniforme.

No terceiro experimento, produzimos um 'eletroscópio de folhas', com duas tiras de papel alumínio que foram colocadas suspensas por uma haste metálica

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sobre a cúpula do gerador. Quando ele era eletrizado, elas se repeliam. Após a demonstração, o professor buscou identificar se os alunos lembravam-se da explicação anteriormente discutida, quando construíram um eletroscópio em outra aula.

No quarto experimento, reproduzimos a atividade 'poder das pontas', ao colocarmos sobre a cúpula do gerador uma peça de ferro com formato de hélice, com as pontas encurvadas e ao eletrizar-se por estar em contato com gerador, girava no sentido anti-horário. Tínhamos como objetivo discutir a utilização de pararaios, pois é um instrumento muito utilizado no Estado de Mato Grosso do Sul, dada a grande incidência de raios em dias chuvosos.

No quinto experimento, utilizando a ideia da gaiola de Faraday, foi retirada a cúpula do gerador e na sua superfície externa e interna foram fixadas tiras de papel alumínio. O objetivo do procedimento era discutir com os alunos o fenômeno observado: as tiras na superfície externa se eletrizavam e repeliam-se, e as da parte interna permaneciam tal como colocadas.

Finalizados os procedimentos demonstrativos e discussões sobre os fenômenos observados pelos acadêmicos, foram distribuídos os questionários para responderem em casa.

Vale destacar que no desenvolvimento da atividade algumas questões, levantadas pelos alunos, exploravam aplicações dos conceitos físicos discutidos. Ao apresentar o procedimento da gaiola de Faraday, discutimos se o fenômeno físico nela evidenciado poderia ser uma alternativa para os presídios controlarem a comunicação dos detentos, impedindo a transmissão do sinal de celular. Nesse momento o professor, para demonstrar o fenômeno, pegou o celular de um aluno e colocou dentro da cúpula. Usando seu celular ligou para o do aluno, entretanto o experimento não funcionou porque o celular não estava completamente isolado. Em seguida, embrulhou o celular com papel alumínio e ao ligar para o aparelho, esse não apresentava sinal, direcionava a ligação para a caixa de mensagens, assim demonstrava o fenômeno físico da gaiola de Faraday.

## A visão dos acadêmicos sobre execução da aula

O professor regente, assim como a grande maioria dos professores da disciplina de física que atuam na rede estadual de ensino de Mato Grosso do Sul, leciona em dois períodos: matutino e noturno. Isso foi um aspecto pontuado pelos acadêmicos na reflexão sobre a atividade. No diário de bordo, além de tecerem considerações sobre a execução da atividade experimental os acadêmicos do curso de Licenciatura em Física, que participam do programa PIBID, pontuaram diferenças na interação dos alunos matriculados no matutino e no noturno.

Um ponto importante a se destacar também é a diferença no modo como cada turma interagiu com as atividades propostas. As turmas do matutino são compostas por alunos com idades inferiores ao do noturno, normalmente entre dezesseis e dezoito anos, e por isso estes tiveram maior interação e participação na aula. Os alunos do noturno, normalmente alunos mais velhos e muitas vezes trabalhadores já indispostos, interagiram menos com os experimentos no gerador e alguns até se recusaram a levantar da cadeira para se aproximar do grupo. (ACADÊMICO 01)

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- O trecho acima sugere uma reflexão do acadêmico sobre a diferença na ação do professor e a interação numa turma de ensino matutino e outra noturna.

Com relação ao planejamento das atividades e sua execução em sala de aula os acadêmicos mostram-se incomodados com o fato de nem tudo que foi planejado ocorreu com imaginado e que alguns aspectos precisam ser melhor avaliados, numa intervenção futura.

Muitos aspectos devem ser melhorados nas sequências didáticas produzidas, visto que estas foram produzidas pensando-se a partir de uma situação ideal de sala de aula. É necessário basear-se na situação real do ambiente escolar para que as atividades executadas estejam cada vez mais próximas das atividades planejadas. (ACADÊMICO 02).

Ao pontuar que aspectos devem ser melhorados, entendemos que, o acadêmico/pibidiano refletiu criticamente sobre a ação desenvolvida dentro de sala de aula.

Reflexão semelhante pode ser observada na fala do acadêmico 03:

Elaborar uma atividade e, ao executá-la, perceber diversas falhas permitenos estudá-la melhor, corrigir os pontos falhos e aperfeiçoar-nos sobre isso . (ACADÊMICO 03)

A transcrição do Acadêmico 03 sugere que se iniciou um processo de reflexão sobre sua ação, tal como almejado no processo de formação do professorreflexivo, que ao avaliar os resultados de sua ação dentro de sala de aula desempenha um papel de investigador de sua prática.

Todos os acadêmicos mencionaram nos diários de bordo a importância da participação colaborativa do grupo no planejamento das atividades, no desenvolvimento das aulas compartilhadas e principalmente nos momentos de reflexão sobre a ação, no caso, os procedimentos experimentais demonstrativos para visualização das linhas de força num campo elétrico.

Pontuaram que o Gerador de Van der Graaff é um excelente aparato para se levar à sala de aula, para desenvolver atividades experimentais demonstrativas. Como é uma novidade para muitos alunos, ele propicia uma boa interatividade entre o professor e o aluno, favorecendo a participação ativa dos alunos na atividade.

Quanto ao processo colaborativo no planejamento, elaboração e execução dos procedimentos experimentais e reflexão sobre a prática docente, os acadêmicos acreditam que isto contribuirá muito no desenvolvimento profissional:

Esse processo possibilita que os professores e nós aprendizes , lancemos uma luz sobre os processos de raciocínio dos alunos e as suas dificuldades, além de nos mostrar a importância da seleção e da preparação das tarefas a serem propostas na sala de aula. Isso tudo, sem dúvidas, vai propiciar que tenhamos um melhor desenvolvimento profissional. (ACADÊMICO 01, grifo nosso).

Em algumas reflexões mencionam que o processo colaborativo é importante não apenas para os acadêmicos em formação inicial, mas que também os professores regentes estão se beneficiando: ao discutirem as possibilidades de ação propostas pelos alunos avaliam sua prática e adquirem conhecimentos teóricos e metodológicos sobre diferentes estratégias de ensino. Isso é um aspecto que realmente pode ser verdadeiro, pois nos estudos coletivos sobre metodologias e teorias de ensino apresentam aos professores questões atuais, que não foram

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abordadas na sua formação inicial. Entretanto esses aspectos necessitam de um estudo mais amplo, futuro.

## Considerações Finais

Os resultados obtidos nessa atividade experimental construída coletivamente num processo colaborativo entre professores regente, professores formadores e acadêmicos/pibidianos sinalizam que as ações desenvolvidas pelo grupo podem propiciar.

## Referências

AUSUBEL, D. P. A aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel. São Paulo: Moraes, 1982.

ERROBIDART, N. C. G. et al. I Encontro Estadual do PIBID em Mato Grosso do Sul; UFMS; Campo Grande MS; 19 a 22 de março de 2013.

PIETROCOLA, M. et al. Física em contextos: pessoal, social e histórico. 1. ed. São Paulo: FTD, 2011. v. 3.

YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A. Física III: eletromagnetismo, vol. 3. 12. ed. São Paulo: Pearson Addison Wesley, 2003.

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