Uma sequência didática no ensino médio de Física: rádio de Galena e o ensino de ondas.

## Uma sequência didática no ensino médio de Física: rádio de Galena e o ensino de ondas.

## Renato José Fernandes 1 , Milton Antonio Auth 2

1 Universidade Federal de Uberlândia/PPGECM, renatofernandes@mestrado.ufu.br 2 Universidade Federal de Uberlândia/FACIP/PPGECM, auth@pontal.ufu.br

## Resumo

O trabalho desenvolvido durante pesquisa do Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática propõe o desenvolvimento de uma Sequência Didática nas aulas de Física do Ensino Médio tendo como base de elaboração o equipamento gerador Rádio de Galena. O ensino de Física, através da problematização de situações que sejam significativas aos alunos, de maneira que o conhecimento tenha relação com a realidade dos mesmos, pode favorecer tanto a aprendizagem de conteúdos específicos quanto a formação de um cidadão capaz de articular e empregar conhecimentos científicos em seu dia-a-dia. Na atualidade, os jovens, quase que em sua totalidade, utilizam as telecomunicações diariamente e desconhecem princípios básicos que possibilitaram o avanço dos meios de comunicação. As experiências que o ser humano vivência são formadoras de suas concepções e interferem diretamente no modo como utiliza e emprega o conhecimento acadêmico à sua realidade. No decorrer das ações em sala de aula foram realizadas aulas práticas, simulações, atividades em grupos e individuais abordando conteúdos clássicos na física do ensino médio, bem como foram solicitadas atividades de aplicação do conhecimento desenvolvido em cada aula. Como resultados salientamos a motivação dos alunos durante as aulas, a possibilidade de experimentar, testar, manipular os objetos, bem como superações, ainda que incipientes, quanto a dificuldades de expressão e de aprendizagem em Física.

Palavras-chave : Rádio de Galena, experimentação, ondas eletromagnéticas, ondas mecânicas.

## Introdução

O ensino de conceitos de Física no ensino médio, de forma contextualizada e experimental, é discutido por vários pesquisadores e abordado em diversos cursos de formação em nível de graduação e pós-graduação. Atividades práticas e experimentais, com a manipulação de objetos simples e as simulações usando a TIC (Tecnologia da Informação e Comunicação) são possibilidades acessíveis a professores inseridos nas mais diversas realidades.

No entanto, a disciplina de Física do ensino médio, conforme se vê na literatura, a exemplo de Peduzzi, Peduzzi e Costa (2016), desperta pouco interesse nos alunos e tradicionalmente envolve um vasto número de equações e aplicação excessiva de matemática, por diversas vezes colocando em dúvida se os objetivos do ensino são os princípios físicos envolvidos e sua essência ou aptidão à álgebra. Para Bonandiman (2004),

- O que frequentemente aprendem é a não gostar dela, carregando essa aversão consigo pelo resto da vida. Para muitas pessoas, falar em Física significa avivar recordações desagradáveis, sendo até muito comum ouvirse expressões como esta: 'Física é coisa para louco!' Essa expressão

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

revela a imagem que as pessoas formaram da Física na escola. (BONANDIMAN et al, p.2, 2004)

Faz-se necessário utilizar novas tecnologias de ensino que auxiliem tanto o professor quanto o aluno na busca pelo conhecimento. Nesta perspectiva, foi elaborada e desenvolvida uma sequência didática (SD) que aborda o conteúdo ondas eletromagnéticas utilizando como equipamento gerador o rádio de Galena. De acordo com Auth et al (1995, p.4), '...o processo educacional quando operacionalizado com equipamentos geradores sob a forma de atividade teóricoexperimental pode potencializar a dialogicidade nas aulas de física.'

- O circuito conhecido como rádio de Galena, que capta ondas de rádio AM, foi amplamente utilizado no início do séc. XX. O termo Galena refere-se ao sulfeto de chumbo, minério com grande concentração de chumbo, um dos primeiros semicondutores utilizados para a montagem do circuito. Esse semicondutor permite passagem de corrente elétrica em apenas um sentido. Assim, na montagem do rádio de Galena ele funciona com um filtro reduzindo a interferência de outras ondas. Para a montagem apresentada aos alunos utilizamos um diodo que substitui o semicondutor de Galena.

A proposta tem por objetivo a exploração do funcionamento do rádio de Galena pelos alunos com a finalidade de compreender que a energia necessária ao seu funcionamento é proveniente das próprias ondas eletromagnéticas. O equipamento construído capta ondas de rádio na modulação AM (amplitude moderada) com variação de frequência de 530 kHz até 1600 kHz. O projeto de montagem do circuito simples utiliza dois capacitores com capacitância respectiva de 100 pF e de 250 pF; um diodo que tenha baixa tensão direta (diodo de germânio); um fone de cristal (F) e, aproximadamente, 60 metros de fio esmaltado do tipo AWG 30, para a construção da bobina e antena. O esquema a seguir ilustra a função de cada componente no circuito:

Figura 1. Disponível em:

<!-- image -->

http://www.getec.cefetmt.br/~luizcarlos/Tele/Receptor%20AM%20FM/R%E1dio%20Galena.d oc

Conforme preconizam documentos normativos da educação básica, como os PCN (BRASIL, 2005), as DCN para a Educação Básica (BRASIL, 2013), e a própria LDB/96, o ensino dever formar cidadãos capazes de articular os conhecimentos acadêmicos com sua realidade. A visão construcionista ressoa com a necessidade de formar cidadãos autônomos, capazes de discernir sobre questões

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

científicas e políticas do meio em que vivem, adotando posicionamento crítico e cientificamente embasado. Em acordo com Valente (1999, p. 1), 'O aluno não é mais instruído, ensinado, mas é o construtor do seu próprio conhecimento. Esse é o paradigma construcionista onde a ênfase está na aprendizagem ao invés de estar no ensino; na construção do conhecimento e não na instrução. '

## Metodologia e desenvolvimento

O desenvolvimento da atividade ocorreu numa escola pública do Alto Paranaíba (MG) durante os meses de março e abril de 2016. O grupo era composto por 23 alunos do 3º ano do ensino médio. No início do semestre os conteúdos foram trabalhados utilizando apenas recursos de quadro e giz, que é uma maneira tradicional e recorrente nas mais diversas escolas públicas. Neste período foi observado baixo interesse pelos alunos durante as aulas e os rendimentos nas atividades planejadas para o mês ficaram abaixo da expectativa.

A falta de um laboratório (ou algum outro local apropriado) para a realização das atividades experimentais desmotiva o professor em investir em atividades alternativas, a exemplo das aulas práticas. A grande quantidade de conteúdos que está prevista para o ano letivo, e que o professor entende que deve abordar, dispondo de uma carga horária média de duas aulas semanais também limita as ações com metodologias ativas e atividades experimentais.

Reconhecemos que há fatores no contexto escolar que culminam para que as aulas continuem sendo ministradas de modo tradicional, como já citado em diversas pesquisas sobre o ensino de Física, a exemplo de Rosa (2005), Peduzzi (2014), Lozada, Araujo e Guzzo (2006) Heckler (2004), Bonandiman (2004). Porém, a prática pedagógica através de situações reais, motivadoras e conectas ao mundo do aluno é possível, mesmo considerando a realidade desfavorável, se professor conseguir gerir seu tempo e conteúdos em favor de ações que se pautem no quesito aprendizagem.

A metodologia utilizada para o desenvolvimento foi a dos Três Momentos Pedagógicos, de Delizoicov e Angotti (1992), Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2002). No que tange à Problematização Inicial, a apresentação e problematização de uma situação problema visa motivar o aluno a participar ativamente do processo. Esta etapa envolve diálogos e discussões entre professor e alunos sobre o assunto, buscando despertar maior interesse nas aulas e instigá-los a querer aprender novos conhecimentos. Na organização do conhecimento o professor recorre a estratégias diversas para a abordagem dos conhecimentos necessários para a compreensão do problema motivador da discussão. A aplicação do conhecimento consiste em retomar os conhecimentos apresentados durante a organização do conhecimento e averiguar se os alunos conseguem compreender a situação problema inicial que motivou toda a discussão. Além disso, esta etapa também tem a função da contextualização do conhecimento.

Na problematização inicial buscou-se fomentar o diálogo com os alunos e instigá-los a aprender, a partir da questão central, 'é possível ouvir uma estação de rádio utilizando um rádio (aparelho) que não tenha uma fonte elétrica? '. Discussões foram realizadas durante todo o horário, com os alunos debatendo sobre a necessidade da uma fonte de energia.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Quadro 1 : Cronograma de atividades desenvolvidas na SD

Na atividade solicitada para a aula seguinte os alunos realizaram pesquisa com parentes ou vizinhos de idade mais avançada, sobre como eram os meios de comunicação de antigamente, e produziram um texto descrevendo a evolução dos meios de comunicação. Posterior a essa atividade foi explorado o funcionamento do rádio de Galena, sem a necessidade de alimentação elétrica do aparelho.

Na leitura e análise dos textos elaborados pelos alunos fica evidente que os mesmos associam o avanço dos meios de comunicação à energia elétrica, rádio e televisão o que pode ser identificado em falas como as que seguem:

Quando a energia foi descoberta o rádio foi um dos primeiros eletrodomésticos a serem criados pois, quando as pessoas começavam a possuir os rádios muitas famílias iam nas casas dos vizinhos para ouvir o rádio. (A.15)

E os rádios vieram logo após a energia, e com a descoberta da energia, as ondas. Com essas descobertas veio logo a tecnologia que revolucionou o mundo. (A. 18)

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Outros meios de comunicação da época era os telégrafos, telefones (que só tinha um na cidade) e a televisão, porém esses meios eram mais caros, como a minha família era carente demorou usá-los. ( A-21)

Na casa da minha tia J. eles mandavam cartas e usavam orelhões que ficavam na rua. Com a evolução e as tecnologias avançadas surgiram os celulares, as redes sociais, os orkuts depois o MS, agora o Facebook e o Whatsapp que podemos comunicar, conhecer as pessoas novas, saber das notícias e estudas com pessoas que estão longe. (A-20)

É evidenciado nos textos o desconhecimento dos alunos sobre a evolução dos meios de comunicações e da estreita relação destes com as ondas eletromagnéticas e que a palavra onda raramente é associada à onda eletromagnética. Verifica-se que os textos produzidos são curtos e com poucas informações, o que indica, também, pouco domínio sobre o assunto e desconhecimento quanto à evolução dos meios de comunicação na comunidade onde vivem. Termos científicos ou palavras que indiquem conhecimento sobre a Física ou de como os conhecimentos em Física foram decisivos para que os meios de comunicação se desenvolvessem não são evidentes.

Quando o rádio de Galena foi apresentado aos alunos surgiram novas perguntas, como: a onda eletromagnética se transforma em som? E o som o que é? A sequência didática foi organizada de modo a abordar conceitos sobre ondas eletromagnéticas, ondas mecânicas e eletromagnetismo.

Para a retomada de conceitos relacionados ao tópico de ondas (período, frequência, comprimento de onda e amplitude) foi realizada a atividade prática com o sistema massa-mola. O objetivo era proporcionar significados a termos e conceitos físicos utilizados tanto no estudo de ondas mecânicas quanto de ondas eletromagnéticas. Foi elaborado um roteiro para auxiliar os alunos a realizarem a atividade solicitada, em que o professor assumiu o papel de mediador, em acordo com Vigotski (1998), orientando e auxiliando os alunos na construção de suas respostas. Conforme esse autor, na interação com alguém mais capaz, novos desenvolvimentos são gerados, de modo a potencializar o aprendizado.

Para aprofundar o estudo sobre som e energia sonora, a referência utilizada foi o texto: 'Que tal um pouco de som?' , indicado para leitura prévia e posterior 1 discussão em sala. As questões sugeridas no material abordam os conceitos estudados na aula prática do sistema massa-mola e introduz o assunto, ondas eletromagnéticas e sua velocidade de propagação.

A aula prática simulada sobre o som foi realizada no laboratório da escola, sendo disponibilizados 20 computadores com acesso à internet. A simulação sound 2 permitiu ao aluno observar e testar variações quanto à propagação do som no meio, interferência de ondas e padrões gerados, e a necessidade de um meio material para a propagação do som. Posteriormente, foram disponibilizados aos alunos altofalantes de diferentes tamanhos e modelos, em funcionamento, visando conhecer como ocorre a transformação da energia elétrica em sonora (som audível). Com o

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

auxílio de uma pilha (1,5 v) foi solicitado aos alunos que fizessem contato com os terminais do alto-falante e observassem o que ocorre.

Após vários testes, hipóteses e discussões, os alunos chegaram ao entendimento de que ocorre produção de ruídos se forem provocados sucessivos contatos de curta duração de tempo nos terminais dos alto-falantes. Também foram desmontados dois dos alto-falantes para identificar o que provoca o movimento no cone interno. Os alunos identificaram um ímã e um pequeno enrolamento de fios na base do cone. Surgiu, então, a oportunidade de apresentar o eletromagnetismo.

<!-- image -->

Figuras 02 e 03: Exemplos de figuras representando atividades práticas realizadas em sala de aula, de exploração do funcionamento de alto-falantes e a experiência de Oersted. Autoria: autor do texto.

<!-- image -->

A experiência de Oersted é considerada como base para o início do eletromagnetismo. Os alunos realizaram o experimento e verificaram de modo prático o que foi identificado por Oersted em 1820, sendo motivada uma discussão sobre as implicações sociais da junção da eletricidade e o eletromagnetismo.

Compreender como ocorre a produção do movimento do cone do altofalante, e consequentemente o som, propicia ao professor apresentar os conceitos relativos à Lei de Faraday-Lenz, também conhecida como lei da indução. Com fios de cobre esmaltado, ímãs e um multímetro digital os alunos realizaram uma atividade prática, a qual teve implicações quanto à compreensão da lei da indução. Os conceitos necessários para compreender o funcionamento do alto-falante foram significados a partir da necessidade que sentiram pelo conhecimento, baseado em aparatos reais e palpáveis.

Compreendido como o alto-falante funciona, surge mais uma questão apresentada pelo professor: se a variação de corrente elétrica induz campo magnético e a ação entre campos e correntes elétricas, envolvendo esse campo e o do gerado pelo ímã estacionário, gera o movimento do cone e consequentemente o som, qual é a fonte dessa corrente elétrica?

A aula prática sobre a propagação de ondas eletromagnéticas, disponível no Phet Colorado, 'Ondas de rádio e campos eletromagnéticos', apresenta novos conceitos e entendimentos sobre a transmissão da informação através de ondas eletromagnéticas. A estação de rádio emite uma onda eletromagnética através de uma antena e o sinal é captado pela antena de um rádio em uma casa a certa distância. A representação de um elétron que oscila na antena gerando corrente

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

elétrica forma uma corrente oscilante que será sintonizada quando o circuito do rádio doméstico estiver em ressonância com uma determinada onda captada. A sintonia foi abordada em diversas questões conceituais propostas na atividade final. O termo ressonância não é amplamente conhecido pelos alunos, para que pudessem desenvolver as atividades com entendimento e significação dos termos utilizados, o que os levou a pesquisar em fontes diversas sobre qual seu significado e aplicação.

Os conceitos de campo elétrico, força elétrica e carga elétrica, estudados no início do bimestre, foram retomados, de modo que no simulador os alunos pudessem variar a indicação do campo elétrico e força elétrica atuando num elétron da antena. À medida que a onda eletromagnética se distancia da fonte a amplitude diminui visivelmente, o que sugere que a potência da fonte (amplitude) tem ligação direta com o alcance da estação de rádio. Na turma pesquisada há uma aluna que é locutora da rádio comunitária, o que motivou discussões sobre a questão da potência de uma estação de rádio e o alcance. Como se trata de uma rádio comunitária a potência é limitada, com recepção restrita dentro do município.

Como atividade final da sequência didática foi realizada uma visita a uma rádio comunitária da região, localizada próxima à escola, onde os alunos puderam verificar que tipo de aparelhagem é utilizado na estação de rádio. A antena da rádio FM é relativamente pequena, pois a potência da estação comunitária é de 20 kW. 3 Estações de rádio que têm alta potência instalam as antenas em locais de maior altitude e próximos à cidade. Esse fato foi questionado pelos alunos, pois a antena da rádio visitada está junto às instalações da própria emissora.

Após a conclusão das atividades foi aplicado um questionário aos alunos para que tivessem a oportunidade de expressarem sua opinião sobre a sequência didática desenvolvida e fizessem sugestões para melhorias ou correções. As respostas obtidas indicam como ponto principal a motivação durante as aulas e a possibilidade de experimentar, testar, manipular os objetos. Vários dos alunos, que tinham evidentes dificuldades de expressão e aprendizagem em Física, acabaram participando ativamente das atividades propostas e melhoraram em seus conhecimentos e expressões. Algumas falas dos alunos foram:

Após o desenvolvimento pude ver que o funcionamento de um rádio é bem mais complexo e interessante de que eu imaginava.

Muito diferente, não pensava que o rádio tinha tantas especialidades como agora eu sei. Mas hoje tenho uma visão muito diferente, aprendi que o rádio é um recurso de desenvolvimento em diversas modalidades desta ciência.

O ensino dos conceitos sobre ondas eletromagnéticas possibilitou aos alunos reflexões sobre o papel das ciências na compreensão e desenvolvimento da tecnologia e que o ensino de Física pode ser potencializado com experimentações.

## Considerações

As atividades desenvolvidas ao longo de dez aulas abordaram o conhecimento como uma necessidade para compreender a realidade em que

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

vivemos. O tema ondas eletromagnéticas, embora desconhecido pelos alunos, faz parte do dia-a-dia de quase todas as pessoas e pode-se afirmar que boa parte da tecnologia e dos equipamentos tecnológicos depende de conhecimentos sobre ondas eletromagnéticas.

- A utilização de diversos recursos, como aulas práticas empíricas e simulações, auxiliou na significação dos conceitos, em acordo com Vigostki (1998), e na melhor compreensão da Física. Estes, além de interessantes, são importantes para a compreensão do mundo em que vivemos, mesmo quando se estuda termos complexos e leis clássicas. É de ressaltar que o processo de ensino-aprendizagem de Física, realizado na interface com o cotidiano dos estudantes, passa a ser visto de forma diferente do usual: além de empolgar os alunos e ver a importância da Física para usa formação, eles passam a acreditar que são capazes de aprendê-la.
- O papel do professor como orientador/mediador acaba sendo essencial para o sucesso das atividades, pois as interações sistemáticas com os alunos em torno de situações problema alavancam suas aprendizagens. Quando os alunos recebem outra pergunta ao invés de uma resposta a sua questão necessitarão empreender iniciativas, de articulação de conhecimentos, para buscar uma solução ao problema. Enfim, as atividades em grupo favoreceram significativamente o aprendizado, principalmente daqueles alunos que tinham um ritmo mais lento de aprendizagem.

## Referências

AUTH, Milton et al. Prática educacional dialógica em física via equipamentos Geradores. CCEF,v.12, 1995.

BONADIMAN, Helio; AXT, Rolando; BLUMKE, Roseli Adriana; VINCENSI, Giseli. Difusão e popularização da ciência. Uma experiência em Física que deu certo. XVI Simpósio Nacional de Ensino de Física. 2004. Disponível em: &lt;

http://www.cienciamao.usp.br/dados/snef/\_difusaoepopularizacaodac.trabalho.pdf Acesso em: março 2016

BRASIL, MEC, Diretrizes Curriculares Nacionais da Educação Básica : MEC, SEB, DICEI, 562p., 2013.

\_\_\_\_\_\_. PCN+ ensino médio : orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Vol. Ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília: MEC/Semtec, 2005.

DELIZOICOV, D. ANGOTTI, J.P. Metodologia do ensino de ciências . São Paulo: Cortez, 1992. 2ª. ed. (Coleção Magistério 2º grau. Série formação do professor).

DELIZOICOV, D. ANGOTTI, J.P.; PERNAMBUCO, M.M. Ensino de Ciências: fundamentos e métodos . São Paulo: Cortez, 2002 (Coleção Docência em formação).

PEDUZZI, S.S.; PEDUZZI, L.O.; COSTA, S.C. (editorial). Panorama da Educação Brasileira. Caderno Brasileiro de Ensino de Física. V.31, n.1, p. 5, 2014 disponível em: https://periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/2175-7941.2014v31n1p5/26425 Acesso em jun. 2016

VALENTE, J. A. O computador na sociedade do conhecimento. Campinas: UNICAMP/NIED, 1999.

VIGOTSKI, L. S. A formação social da mente: o desenvolvimento dos processos psicológicos superiores. 6ª ed. São Paulo. Martins Fontes. 1998.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_