PROPOSTA PARA O ENSINO DE ONDAS: Construção de um gerador de sinais

## UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS - UNISINOS UNIDADE ACADÊMICA DE GRADUAÇÃO CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA

## ROBSON MARCELO VARGAS

PROPOSTA PARA O ENSINO DE ONDAS: Construção de um gerador de sinais

ROBSON MARCELO VARGAS

PROPOSTA PARA O ENSINO DE ONDAS: Construção de um gerador de sinais

Orientador: Diomar Sbardelotto

São Leopoldo

2014

## PROPOSTA PARA O ENSINO DE ONDAS:

## Construção de um gerador de sinais

Robson Marcelo Vargas *

Diomar Sbardelotto **

Resumo: Nos dias atuais, percebe-se total desinteresse dos alunos do Ensino Médio em aprender Física de maneira tradicional, baseando-se apenas em teoria. O avanço tecnológico exponencial, ao qual estão inseridos, exige um aprendizado que traga sugestões inovadoras para a participação dos discentes durante as aulas. Na busca por alternativas mais atrativas, que os envolvam no processo de aprendizagem, propõe-se um projeto desenvolvido com a elaboração de um gerador de sinais, que tem como função controlar as frequências com duas faixas de operação e, ainda, controlar a intensidade ou nível do sinal de saída. Com o intuito de proporcionar aos professores o trabalho com metodologia de experimentação prática em sala de aula, utilizou-se como base o conhecido circuito integrado LM555, o qual pode ser considerado um intermediário entre um injetor de sinais comum e um verdadeiro gerador de funções, em uma montagem de baixo custo, que possibilita controlar duas faixas de frequências ajustáveis ligadas a dois altofalantes. Este experimento procura trabalhar de forma lúdica os conceitos físicos que envolvem os estudos sobre ondas, classificando e determinando o que são ondas estacionárias, bem como a diferença entre as situações de batimentos e ressonância. O artigo tem por orientação o construtivismo de Vygotsky, que descreve a importância de se desenvolverem as potencialidades dos alunos, considerando suas diferenças e vivências individuais.

Palavras-chave: ondas, gerador de sinais, aprendizagem.

## 1 INTRODUÇÃO

Nos dias de hoje, percebe-se total desinteresse dos alunos do Ensino Médio em aprender Física de maneira tradicional, basicamente teórica. O avanço tecnológico exponencial, ao qual estão inseridos, exige um aprendizado que traga alternativas inovadoras para a participação dos discentes. Neste contexto, muitos professores ainda não se familiarizaram com os recursos tecnológicos e utilizam o giz e o quadro como principais recursos didáticos.

O papel do professor em sala de aula não se limita a transmitir conhecimento ao aluno, mas a promover a interação deste com o que é aprendido, para que o

próprio conhecimento, aplicado a situações do cotidiano, seja uma forma de motivação.

A prática do professor de Física no Ensino Médio é complexa, uma vez que envolve situações, algumas vezes, fora de sua capacidade de atuação; um exemplo é a reduzida carga horária da disciplina. Como proposta a diminuir as dificuldades decorrentes do pouco tempo para ministrar suas aulas, o professor busca nas práticas experimentais uma alternativa para suprir as lacunas no aprendizado dos alunos.

## 2 REFERENCIAL TEÓRICO

No contexto educativo, o grande desafio para os professores é compreender como ocorre a cognição dos alunos, ou seja, a capacidade que têm para adquirirem o conhecimento, como este é estruturado e como são gerados os significados dos conteúdos abordados em sala de aula. Visto que o cognitivismo é o processo pelo qual o indivíduo entende o mundo e o relaciona com conceitos previamente formados; em outras palavras, aquilo que descreve o que se sucede na organização do ser humano.

Atualmente, já se acostumou a ouvir sobre 'aprendizagem significativa', 'mudança conceitual', 'ensino centrado no aluno' e também 'construtivismo'. Um bom ensino deve ser construtivista, estar centrado no aluno, promover uma mudança de conceito e atingir a aprendizagem significativa.

A teoria de Vygotsky chega ao ocidente por intermédio de dois livros básicos: Pensamento e Linguagem (1993) e A Formação Social da Mente (1991). Devido à sua doença, que o levaria à morte com apenas 38 anos, o estilo nessas obras é bastante sintético e, muitas vezes, há apenas um esboço das ideias. Dentro da própria União Soviética, seu trabalho foi proibido por vinte anos. Daí para o reconhecimento de seu trabalho, no Brasil, passaram-se mais alguns anos, pois, somente na década de 1990, Vygotsky aparece como influente teórico da aprendizagem.

Para Vygotsky (1991), o homem é um ser social, formado dentro de um ambiente cultural e historicamente definido. Esse é o ponto fundamental de sua teoria, uma vez que acredita ser importante distinguir o que ele chama de conceitos

espontâneos e conceitos científicos. Estes são enunciados no ambiente formal de ensino; aqueles, a partir da interação do sujeito com o mundo cotidiano.

## 2.1 O ambiente prático como motivação

A percepção e o entendimento dos inúmeros fatores que desmotivam os alunos em aula fazem o docente refletir sobre alternativas para se alcançar a aprendizagem significativa. As práticas experimentais, sob orientação do professor, trazem a oportunidade de compartilhamento de ideias e diagnóstico do docente no que diz respeito às situações não compreendidas pelos alunos, quando estes são sujeitos ativos no processo de aprendizagem. Segundo Vygotsky, o que o aluno faz de forma assistida hoje poderá fazer por conta própria amanhã.

## 3 MATERIAIS E MÉTODOS

O estudo de ondas com os alunos do Ensino Médio fica, na maioria dos casos, prejudicado em função do tempo e da dificuldade de abstração dos estudantes em relação aos conceitos trabalhados. Pensando nestas dificuldades e tendo em vista o pouco tempo que o professor tem disponível para a pesquisa e a preparação de suas aulas, com auxílio e orientação do laboratorista da UNISINOS, foi proposta uma alternativa que subsidie a elaboração de aula sobre ondas, com vistas a facilitar o entendimento dos alunos.

O projeto desenvolvido consiste na elaboração de um gerador de sinais duplo, cuja função é controlar as frequências de duas fontes de áudio distintas e, ainda, controlar a intensidade ou o nível do sinal de saída, independente. Para isso, será utilizando como base o conhecido circuito integrado LM555, o qual pode ser considerado um intermediário entre um injetor de sinais comum e um verdadeiro gerador de funções. O LM555 foi usado no modo estável, permitindo uma variação cíclica com o tempo; também foram utilizados capacitores para um formato de onda mais próximo do senoidal em toda faixa de varredura de frequência.

Para saída de potência, utilizou-se um transistor do tipo bipolar MJ4502, o qual permite um nível de intensidade apropriado para uso em sala de aula.

Na alimentação do circuito, utilizou-se um regulador de tensão, que possibilita a aplicação de tensão contínua entre os valores de 13V e 35V, sem variação significativa na frequência de saída.

Para a demonstração das frequências de ressonância em uma corda, utilizouse um acoplamento de um fio de cobre ligado a um dos alto-falantes, tendo a outra extremidade presa a um fio de nylon; de acordo com o ajuste da faixa de frequência, pode apresentar seus pontos de ressonância.

## 4 RESULTADOS

Com o circuito montado, ficam as alternativas para se trabalhar, pois, como o gerador de sinais pode operar em duas faixas, ampliaram-se as possibilidades de assuntos relacionados a ondas, os quais podem ser trabalhados com os alunos.

Um exemplo é o próprio conceito de onda, através do qual o professor pode demonstrar a frequência de movimento de um alto-falante, a qual causa perturbação em uma corda até o ponto em que chegue às ondas estacionárias, proporcionando ao aluno visualizar um conceito complexo.

O professor tem como alternativa permitir que o próprio aluno trabalhe com o experimento e perceba a relação das diferentes frequências proporcionadas pelo gerador. Bem como, se o aluno utilizar dois alto-falantes, poderá descrever diferentes situações, através das quais perceberá as diferenças entre os estados de ressonância e batimentos, por exemplo. O aluno atuante em seu processo de aprendizagem pode ter mais facilidade para entender os conceitos trabalhados.

## 5 DISCUSSÃO

Com este material, espera-se desenvolver de forma lúdica algumas habilidades com os alunos. A metodologia de experimentos práticos em sala de aula é um momento de verificação da teoria previamente estudada, decorrente, especialmente, de aulas que, em geral, são inicialmente teóricas e, posteriormente, práticas, com aplicação de experimentos que os levem a entender e a comprovar a existência dos conceitos ou teorias trabalhados em aula antes da execução do experimento.

As opções para aplicação em sala de aula não ficam restritas a estes conceitos, pois o professor, caso desenvolva ou compre um frequencímetro, poderá ampliar as alternativas de uso do gerador.

Uma alternativa a ser trabalhada em sala de aula é determinar a velocidade do som no ar utilizando o gerador de sinais, um frequencímetro e um tubo de ressonância. Prática que pode desenvolver no alunos a audição para pontos de ressonância.

De acordo com Vygotsky, deve-se tirar vantagem das diferentes percepções de cada aluno e, com isso, desenvolver o potencial de cada um, respeitando seu tempo de internalização e aproveitando esse momento para troca de experiências entre os discentes.

## 6 CONCLUSÃO

Este trabalho traz a percepção da importância do experimento prático levado à sala de aula em busca da interação dos alunos com seu compartilhamento de ideias. Percebe-se a necessidade de o professor ter, em sua carga horária efetiva, o tempo para a pesquisa e a preparação de aulas mais atrativas, que possam oportunizar a ação dos alunos em seu processo de aprendizagem. Caso se busque, segundo os PCNs (Parâmetros Curriculares Nacionais), construir uma visão da Física que esteja voltada para a formação de um cidadão contemporâneo, atuante e solidário, com instrumentos para compreender, intervir e participar na realidade, devem-se proporcionar situações reais a serem trabalhadas em aula para diagnosticar dificuldades e facilidades, bem como a interação no coletivo.

## REFERÊNCIAS

ALVARENGA, Beatriz. MÁXIMO, Antônio. Curso de Física . São Paulo. v.2, Editora Scipione, 2011.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica . Parâmetros Curriculares Nacionais (Ensino Médio). Brasília: MEC, 2000.

VYGOTSKY, Lev S. A Formação Social da Mente , São Paulo. Martins Fontes, 1991.

VYGOTSKY, Lev S.; LURIA A. R.; LEONTIEV, A. N.; Linguagem, Desenvolvimento e Aprendizagem; São Paulo; Ícone;1988.

Texas Instruments . Produtos Eletrônicos. Disponível em http://www.ti.com/product/LM555?keyMatch=LM555&tisearch=Search-EN Acesso em 20 Jul 2014.

ANEXOSMontagem do circuito utilizando software pad2pad

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Gerador de sinais ligado a dois alto-falantes

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Alunos utilizando o experimento em aula

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Montagem do experimento

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Data Sheet LM555 - fonte: www.ti.com

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