UMA PROPOSTA DIDÁTICO-PEDAGÓGICA PARA O ENSINO DE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA NO ENSINO MÉDIO

## UMA PROPOSTA DIDÁTICO-PEDAGÓGICA PARA O ENSINO DE INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA NO ENSINO MÉDIO

Elissandra B. Cateli , Cesar V. Deimling , Natália N. M. Deimling 1 2 3

1. UTFPR Campus Campo Mourão, Acadêmica, MNPEF, elissandra.bc@gmail.com; 2. UTFPR Campus Campo Mourão, Departamento de Física, MNPEF, natanema@gmail.com 3. UTFPR Campus Campo Mourão, Departamento de Química, MNPEF, cdeimling@gmail.com

## Resumo

Buscamos neste trabalho discutir os resultados de uma pesquisa de mestrado que teve por objetivo principal analisar as contribuições e as limitações dos livros didáticos de Física do ensino médio, tendo em vista, a partir de suas limitações, elaborar, desenvolver e avaliar uma proposta didático-pedagógica para o ensino de tópicos do conteúdo de Eletromagnetismo no ensino médio, em especial a relação existente entre a força magnética e as correntes de Foucault, decorrentes dos efeitos de indução eletromagnética. Trata-se de um projeto vinculado ao Mestrado Profissional Nacional em Ensino de Física (MPNEF), desenvolvido na Universidade Tecnológica Federal do Paraná, campus Campo Mourão, sob a supervisão da Sociedade Brasileira de Física. Inicialmente, desenvolvemos uma análise documental de quatro livros didáticos de Física utilizados atualmente na rede pública de ensino do Estado do Paraná, dando enfoque ao conteúdo de Indução Eletromagnética e Correntes de Foucault, a fim de que pudéssemos identificar as possíveis limitações e lacunas desses materiais em relação a este conteúdo. Em seguida, iniciamos a elaboração de um material didático alternativo para o ensino deste conteúdo no ensino médio, tendo em vista desenvolver e avaliar a viabilidade deste material na prática de sala de aula. Para tanto, foi elaborado um plano de unidade e, a partir deste, uma unidade de conteúdo que contempla atividades teórico-práticas e experimentais, as quais buscaram superar algumas das lacunas encontradas nos livros didáticos analisados. Para o desenvolvimento deste trabalho, tomamos como referencial teórico-metodológico a Pedagogia Histórico-Crítica. As atividades elaboradas foram desenvolvidas com duas turmas do terceiro ano do ensino médio, ambas de escolas públicas. A análise dos dados obtidos nos permitiu observar que o conteúdo trabalhado permitiu que os alunos articulassem teoria e prática e passassem, efetivamente, do senso comum ao conhecimento científico em relação aos tópicos estudados.

Palavras-chave: Ensino de Física, Eletromagnetismo, Educação Básica.

## 1. Introdução

O aumento de matrículas na educação básica da rede pública nos últimos 20 tem resultado num avanço significativo e democrático para a universalização deste nível de ensino; todavia, tal expansão tem sido acompanhada, em muitos casos, de perda de qualidade, com diminuição de salário real dos professores, classes superlotadas, aumento da jornada de trabalho, entre outros aspectos (FREITAS, 1999; FREITAS, 2007). Aliada a essas questões tem-se, também, a escassez de recursos materiais e tecnológicos para o desenvolvimento do processo de ensinoaprendizagem, especialmente nas escolas públicas. Um dos materiais mais utilizados pelos professores em sala de aula é o livro didático, o qual, nas últimas décadas, tem levantado críticas tanto positivas quanto negativas por parte de professores e pesquisadores. De acordo com Fracalanza e Neto (2006, p.77 ), 'há um razoável estoque de críticas aos livros didáticos brasileiros de Ciências'. A

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23 a 27 de janeiro de 2017

despeito das críticas desenvolvidas, o fato é que o professor, mesmo dispondo de um material que, dadas as suas limitações, pode favorecer o trabalho com os diferentes conteúdos disciplinares em sala de aula, possui uma baixa carga horária de trabalho em sala para o desenvolvimento de tais conteúdos, o que, por sua vez, pode gerar dificuldades no desenvolvimento de um trabalho aprofundado e problematizador que vise à efetiva articulação entre teoria e prática no trabalho com os conteúdos em sala de aula.

Sabemos que tais dificuldades não estão relacionadas apenas a forma como o professor desenvolve os conteúdos em sala de aula, uma vez que essa forma depende, direta ou indiretamente, dos princípios e concepções, das finalidades e das condições objetivas e subjetivas que norteiam e permeiam a educação escolar e, mais especificamente, o processo de ensino-aprendizagem. Entretanto, partindo do princípio de que a educação, ainda que elemento determinado, não deixa de influenciar o elemento determinante, consideramos que a forma como os conteúdos são desenvolvidos em sala de aula também necessita ser ponderada no momento de análise desse processo, tendo em vista, também, a transformação das concepções, finalidades e condições que são postas. Assim, se consideramos a necessidade de um ensino que vise à articulação entre teoria e prática, precisamos igualmente pensar e em algumas das condições materiais que são necessárias para que tal articulação seja favorecida dentro de sala de aula.

Nesse sentido, objetivamos com esse trabalho discutir os resultados de uma pesquisa de mestrado que teve por objetivo principal analisar as contribuições e as limitações dos livros didáticos de Física do ensino médio, tendo em vista, a partir de suas limitações, elaborar, desenvolver e avaliar uma proposta didático-pedagógica para o ensino de tópicos do conteúdo de Eletromagnetismo no ensino médio, em especial a relação existente entre a força magnética e as correntes de Foucault, decorrentes dos efeitos de indução eletromagnética. Trata-se de um projeto vinculado ao Mestrado Profissional Nacional em Ensino de Física (MPNEF), desenvolvido na Universidade Tecnológica Federal do Paraná, campus Campo Mourão, sob a supervisão da Sociedade Brasileira de Física.

Para tanto, tomamos como referência os princípios e pressupostos que fundamentam a Pedagogia Histórico-Crítica (SAVIANI, 2008, VYGOTSKY, 2008; GASPARIN, 2007), a qual, entre tantos outros aspectos, defende a importância da ação educativa mediadora no desenvolvimento dos conceitos e da consciência científica.

Foi com base nesses princípios que realizamos uma sequência de Atividades Teórico-Práticas para o Ensino do Eletromagnetismo no ensino médio, especificamente a Indução Eletromagnética. A necessidade de se discutir uma nova proposta didático-pedagógica para os tópicos de eletromagnetismo no ensino médio surgiu devido às dificuldades em se trabalhar este conteúdo em sala de aula. Por ser um conteúdo do final do terceiro ano do ensino médio, muitos professores não conseguem finalizá-lo ou, quando conseguem, este é por diversas vezes tratado de maneira superficial ou descontextualizada. Além disso, a carga horária destinada à disciplina de Física é baixa - em geral 2 horas/aulas semanais - considerando a quantidade e a complexidade dos conteúdos destinados a essa unidade curricular. Ademais, tem-se, muitas vezes, a falta de formação específica dos professores para

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trabalhar este conteúdo, bem como a grande rotatividade de professores nas escolas públicas, com suas cargas horárias preenchidas em mais de uma instituição de ensino, o que não os permite estabelecer identidade ou vínculo com seu local de trabalho.

De acordo com as Diretrizes Curriculares do Estado do Paraná (DCE PARANÁ, 2008), o Eletromagnetismo ganha destaque entre os conteúdos de Física por favorecer a articulação interdisciplinar com outras áreas do conhecimento, tais como a Química, a Matemática e Biologia, explicando alguns fenômenos discutidos nesses conteúdos disciplinares. Tal conteúdo engloba várias situações cotidianas que, muitas vezes, deixam de ser problematizadas quando de seu trabalho em sala de aula. O campo magnético, indução eletromagnética, correntes parasitas, são apenas alguns dos conceitos e situações presentes em nosso cotidiano que podem ser explicados e problematizados no âmbito do conteúdo de Eletromagnetismo da disciplina de Física no ensino médio, sendo articulados com as demais áreas do conhecimento em suas diferentes dimensões.

Segundo Magalhães, Santos e Dias (2002), fenômenos elétricos e magnéticos estão presentes em grande parte dos equipamentos que fazem parte do nosso dia a dia, tais como computadores, televisores, geladeiras, motores e até mesmo campainhas. Portanto, a compreensão do eletromagnetismo tem fundamental importância para o entendimento da prática social e, consequentemente, para a formação crítica e cidadã dos estudantes.

## 2. A Opção Metodológica e seus Procedimentos

Esta pesquisa, de abordagem qualitativa (LÜDKE e ANDRÉ, 2014), foi desenvolvida em três etapas: (1) revisão bibliográfica; (2) construção dos dados; (3) análise dos dados. Para alcançar o objetivo proposto, optamos por desenvolver, em um primeiro momento, uma análise documental de quatro livros didáticos de Física utilizados no terceiro ano do ensino médio, tendo como foco de análise tópicos de Eletromagnetismo: Indução Eletromagnética e correntes de Foucault. Trata-se de livros escolhidos por meio do Programa Nacional do Livro Didático (PNLD), realizado no ano de 2014 por professores de um dos Núcleos Regionais de Educação do interior do Estado do Paraná.

Incialmente, fizemos a identificação do material - área, autores, título, editora, ano, conteúdo analisado. Em seguida, analisamos os descritores: adequação do título ao conteúdo, articulação entre texto e imagem, referências bibliográficas, adequação do texto ao conteúdo, exemplos utilizados, conteúdo, atividades propostas e o desenvolvimento de capacidades de aprendizagem, bem como quais as dimensões do conteúdo são abordadas nos textos/imagens/ilustrações/gráficos/tabelas. A análise pautou-se apenas no conteúdo de Eletromagnetismo, mais especificamente no tópico de indução eletromagnética.

Com esta análise, identificamos as contribuições e algumas limitações e lacunas nos livros didáticos e, a partir dessas observações elaboramos uma proposta didático-pedagógica que visa configurar-se como uma alternativa de ensino diferenciada para o desenvolvimento desse conteúdo em sala de aula, tendo em

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vista sua sistematização, problematização e contextualização em seus aspectos teóricos e práticos e em sua relação com a prática social mais ampla.

Para a elaboração dessa proposta, tomamos como base teórica a Pedagogia Histórico-Crítica, por compreendermos a importância dessa teoria para a formação crítica dos estudantes. Assim, foi elaborado um Plano de Unidade para sete horas/aula sobre Indução Eletromagnética e Correntes de Foucault, o qual foi desenvolvido em duas turmas do Terceiro ano do Ensino Médio.

## 3. Resultados e Discussões

A partir da análise dos dados, observamos que todos os livros analisados abordam inicialmente os conteúdos programados aos terceiros anos do Ensino Médio. Todavia, no que se refere ao tópico de Eletromagnetismo, alguns erros conceituais de equações foram encontrados, assim como figuras que não apresentam de maneira clara o conteúdo teórico descrito nos livros, a omissão das correntes de Foucault.

Considerando tais lacunas, montamos um Plano de Unidade, com uma sequencia didática de sete horas/aula, utilizando desta, como nossa base de conteúdo para aplicação do produto educacional, descritas a seguir.

Na primeira aula iniciamos a discussão do conteúdo já abordado sobre Eletromagnetismo das aulas anteriores, incluindo Campo Magnético. Logo após, os alunos receberam um questionário contendo questões sobre o conteúdo: indução eletromagnética, correntes de Foucault, relação entre fluxo magnético e corrente elétrica, transformadores. A fim de que pudéssemos identificar seus conhecimentos prévios. Ao final desta aula, as questões foram também discutidas oralmente.

Na aula seguinte, abordamos a história dos conceitos fundamentais do Eletromagnetismo e a contribuição de Michael Faraday, sempre simbolizando os significados das palavras, seja por meio de objetos ou da própria fala. Para desmitificar alguns conceitos cotidianos, foi realizada uma atividade prática em sala de aula sobre Freio Eletromagnético I (Imagem 1). Para esta atividade, foi fornecido aos alunos um conjunto de materiais composto por um cano de cobre e um imã. Após a discussão do conteúdo teórico, foi solicitado aos alunos que explicassem o processo de queda do imã dentro e fora do cano de cobre. Foi notável a participação dos alunos e seus questionamentos durante o desenvolvimento da atividade.

Imagem 1: Alunos realizando a prática do Freio Magnético I

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Na semana seguinte, foi aplicada a terceira e quarta aula do planejamento, para a construção do Gerador Elétrico, a fim de que pudéssemos explicar a indução eletromagnética (Imagem 2). Essa atividade teve como objetivo a visualização dos efeitos de indução eletromagnética por meio do uso de um LED (diodo emissor de luz), fios de cobre esmaltados, imãs de neodímio com formato cilíndrico. Da mesma forma, buscamos discutir como um cano de PVC com diâmetro interno (25mm) levemente maior que o diâmetro externo do imã (22mm), para não ocorrer tombamento do magneto.

Nessa atividade teórico-experimental, foi solicitado aos alunos que enrolassem fios de cobre ao redor do cano (entre 80 e 150 voltas) e ligassem o LED em cada uma das extremidades do fio. Em seguida foi solicitado que agitassem o imã no interior do cano e explicassem o que acontece nessa situação. Por meio dessa prática, foi possível explicar aos alunos a relação entre a variação de fluxo magnético e o surgimento de uma corrente elétrica (LED acendendo) em função da força eletromotriz gerada na bobina. Além das práticas qualitativas sobre o tema, foram também disponibilizados aos alunos alguns exercícios a fim de estimular os recursos matemáticos e a compreensão dos conceitos físicos sobre o assunto.

Imagem 2: Alunos confeccionando o Gerador Elétrico

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Após a construção do gerador, iniciamos a quinta aula com a retomada do experimento anterior, sempre corrigindo o que fosse necessário no próprio quadro em sala de aula, inclusive os cálculos matemáticos. Na sequência, demos início a uma aula expositiva dialogada sobre o fenômeno das correntes de Foucault e da prática de Freio Magnético II (Imagem 3). Neste experimento um disco de alumínio gira por entre imãs de neodímio, impulsionado por um peso. Ao longo dessa atividade, os estudantes tiveram a possibilidade de discutir os efeitos relacionados com as correntes de Foucault e com a força de Lorentz. Foi notável a observação dos alunos de que a força magnética aplicada ao disco depende da geometria do mesmo, ou seja, dos defeitos (número de ranhuras) dos diferentes discos utilizados neste experimento.

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Imagem 3: aluno manuseando o experimento de Freio Magnético II

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Na sequencia, a sexta aula, desenvolvemos mais uma atividade teóricoexperimental, sobre Transformadores. Esta atividade permitiu que os alunos pudessem compreender experimentalmente os transformadores, observando suas relações de transformações de tensão no enrolamento primário e secundário por meio de medidas experimentais e demonstrações matemáticas. Para a realização desta atividade, reciclamos transformadores comerciais e dividimos o seu núcleo de forma que fosse visível as bobinas primárias e secundárias, como mostra a Imagem 4.

Imagem 4: Alunos verificando a mudança de tensão nos transformadores

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Na sétima e ultima aula, fizemos a retomada de todo o conteúdo estudado nas seis aulas anteriores, correlacionando as diferentes dimensões do conteúdo abordado. Nesta aula, as questões iniciais foram novamente discutidas e, a partir delas, pudemos observar que os estudantes conseguiram relacionar a teoria com a prática e foram capazes de compreender e internalizar o conteúdo abordado em suas diferentes dimensões, atribuindo valor e importância as atividades realizadas. Assim, podemos afirmar que este trabalho permitiu que os alunos pudessem passar, efetivamente, do senso comum ao conhecimento científico em relação aos tópicos estudados, o que vai ao encontro do referencial teórico adotado neste estudo.

## 4. Considerações Finais

A partir dos resultados obtidos, consideramos que este estudo contribuiu tanto para uma melhor aprendizagem dos estudantes do ensino médio sobre tópicos do conteúdo de Eletromagnetismo quanto para a formação e prática docente da professora-pesquisadora envolvida no processo. Da mesma forma, pensamos que este estudo poderá contribuir para a prática profissional de professores de Física desse mesmo nível de ensino, tendo em vista oferecer-lhes uma estratégia didática diferenciada, crítica, coerente e sistematizada que possa contribuir para o bom desenvolvimento do processo de ensino-aprendizagem.

- O produto educacional desenvolvido neste trabalho fornece um suporte aos professores com relação ao conteúdo de Indução Eletromagnética e correntes de Foucault, pouco explorados em escolas públicas, mostrando a esses educadores a possibilidade de se trabalhar conteúdos vistos por muitos deles como complexos e abstratos. As atividades apresentadas ao longo deste trabalho foram pautadas nos conhecimentos prévios apresentados pelos estudantes, de forma que pudessem compreender essa ciência em seus aspectos teóricos e práticos e a partir de uma visão crítica e problematizadora.

Em relação aos livros didáticos, tivemos poucos apontamentos sobre o assunto analisado, uma vez que, de maneira geral, apresentaram uma forma clara de trabalho, demostrando preocupação também com a dimensão histórica da ciência. Todavia, verificamos que os livros suprimem o conteúdo das Correntes de Foucault e, quando o abordam, o fazem de maneira superficial, trazendo poucos exemplos sobre o assunto.

- O Plano de Unidade e a Unidade de Conteúdo propostas neste trabalho permitiram que os alunos participassem das atividades por meios de debates e questionamentos e compreendessem o tema, passando efetivamente do conhecimento de senso para o conhecimento científico, crítico e mais elaborado sobre o conteúdo, sendo capazes de melhor argumentar sobre assunto.

Por mais que não seja uma tarefa fácil trabalhar tais conteúdos com os alunos do ensino médio, enfatizamos por meio deste trabalho a necessidade dos mesmos serem tratados de forma coerente em sala de aula. Assim, esperamos que outros professores possam utilizar nosso produto educacional em suas escolas, contribuindo para a melhor aprendizagem dos estudantes.

Entendemos que uma proposta didático-pedagógica não pode, por si só, garantir a melhoria da qualidade do processo de ensino-aprendizagem no âmbito da educação básica, uma vez que tal qualidade depende direta e/ou indiretamente de diversos fatores macro e micro, tais como os aspectos sociais, políticos, financeiros,

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de valorização da carreira do magistério, das condições objetivas e materiais das escolas, da organização e gestão da educação, entre outros - que extrapolam programas, métodos ou simples estratégias de ensino. Todavia, consideramos igualmente importante a análise do processo educativo como fenômeno concreto, ou seja, tal como ele se dá efetivamente no interior da sala de aula, bem como a forma como esse processo é desenvolvido. A partir desses aspectos consideramos a necessidade de um ensino que vise à superação das condições precárias que estão hoje postas à educação básica pública, precisamos, igualmente, pensar em algumas das condições materiais que são necessárias para que sua superação ocorra, também, dentro de sala de aula.

## Referências

ALBUQUERQUE, D. S.; Dissertação de mestrado: Uma proposta para o ensino de eletromagnetismo no nível médio , UFRN, Natal, 2008.

GASPARIN, João Luiz. Uma Didática para a Pedagogia Histórico-Crítica . 5. ed. rev. Campinas, SP: Autores Associados, 2007.

FRACALANZA, H. O ensino de Ciências no Brasil . In: FRACALANZA, H.; MEGID NETO, J. (Orgs.). O livro didático de Ciências no Brasil. Campinas: Editora Komedi, 2006.

FREITAS, H. C. L. de. A (nova) política de formação de professores: a prioridade postergada . Educação &amp; Sociedade. vol. 28 no.100 Campinas, Out. 2007.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_. A formação dos profissionais da educação básica em nível superior: desafios para as universidades e faculdades/centros de educação (Parte II, Capítulo 6). In: BICUDO, M. A. V.; SILVA JUNIOR, C. A. da S. (Orgs.). Formação do educador e Avaliação Educacional. V.2. Formação Inicial e Continuada. São Paulo, Editora UNESP, 1999. (Seminários e Debates).

GASPARIN, João Luiz. Uma Didática para a Pedagogia Histórico-Crítica . 4. ed. rev. Campinas, SP: Autores Associados, 2008.

LÜDKE, M., ANDRÉ, M. E. D. A. Pesquisa em Educação: abordagens qualitativas . São Paulo: E.P.U., 2014.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: Eletromagnetismo , Volume 3; LTC; 2012.

PARANÁ, Diretrizes Curriculares da Educação Básica, Física , Governo do Paraná; 2008.

VYGOTSKY, L.S. A Formação Social da Mente , Martins Fontes 8 edição, São Paulo, 2008

SAVIANI, D. Escola e democracia : teorias da educação, curvatura da vara, onze teses sobre educação e política. 41.ed. rev. Campinas: Autores Associados, 2008.

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