SEQUÊNCIA DE ENSINO SOBRE ELETROÍMÃS E SEUS MODELOS CAUSAIS PARA ALUNOS DO ENSINO MÉDIO

## SEQUÊNCIA DE ENSINO SOBRE ELETROÍMÃS E SEUS MODELOS CAUSAIS PARA ALUNOS DO ENSINO MÉDIO

Marcos Moreira Rodrigues Costa¹, Henrique de Paiva Costa², Orlando Gomes de Aguiar Jr , Paulo Henrique Carvalho 3 4

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¹ UFMG, marcosrodcosta@gmail.com ² UFMG, paivacosta.henrique@gmail.com 3 UFMG, orlando@fae.com.br 4 UFMG, pcarv@hotmail.com
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## Resumo

Este trabalho apresenta os resultados obtidos através de uma sequência de ensino sobre eletroímãs aplicada em quatro turmas do 3º ano de Ensino Médio de uma escola da rede estadual de Minas Gerais vinculada ao Projeto PIBID. O objetivo da sequência era o de desenvolver, com os estudantes, modelos para o funcionamento de eletroímãs, e explorar algumas de suas aplicações. A sequência contou com apoio de experimentos, de modo que os estudantes tivessem contato com os fenômenos a interpretar. Diante das situações diversas, os estudantes eram solicitados a preverem o comportamento dos sistemas, a identificar e explicar resultados e constantemente desafiados por meio de perguntas feitas pelos professores. Os modelos elaborados ao longo das aulas foram sendo enriquecidos de forma gradativa esperando que, ao final da sequência, os estudantes pudessem compreender os efeitos magnéticos da corrente elétrica, assim como o modelo que explica o magnetismo por meio de dipolos magnéticos elementares. No trabalho, são descritos os procedimentos adotados nas aulas e analisamos algumas respostas dos estudantes. Concluímos com uma avaliação preliminar da sequência e indicamos alguns pontos a serem reformulados a partir desta experiência de ensino.

Palavras-chave : eletroímã; eletromagnetismo; modelos causais

## Introdução:

Este trabalho se deu no contexto do PIBID da UFMG e foi realizado a partir de uma sequência de ensino sobre eletroímãs e suas aplicações na Escola Estadual Governador Milton Campos, em Belo Horizonte, MG. Essa sequência teve por objetivo introduzir aos alunos os conceitos de campo magnético induzido por correntes elétricas e suas principais aplicações, como eletroímãs, dispositivos de som (microfones e alto-falantes), dentre outros. Este conteúdo está incluído entre os tópicos tradicionais de cursos de física para o ensino médio e é de inegável importância por sua presença em tecnologias e pelo alcance de suas proposições. Considerando que o entendimento dos conceitos e modelos do eletromagnetismo requer um nível grande de abstração, pensamos que seria interessante levar aos

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alunos exemplos palpáveis sobre os vários sub-tópicos para que eles pudessem melhor compreender o fenômeno. Decidimos que a apresentação dos dispositivos mais simples fosse feita antes de qualquer abordagem teórica, de forma a promover uma autêntica problematização do conhecimento a ser adquirido.

## Referencial teórico:

Para o desenvolvimento da sequência de ensino, procuramos informações sobre como os estudantes compreendem os fenômenos do eletromagnetismo, de modo a orientar nossas ações de ensino. Segundo Borges (1999), as interpretações de estudantes sobre fenômenos físicos são melhor descritas como modelos mentais, que são utilizados recorrentemente para prever e explicar comportamento de sistemas.

Uma caracterização simples de um modelo mental é que ele é um modelo que existe na mente de alguém. Isso significa que não há meios de se conhecerem, objetivamente, os modelos mentais de outros (...). Frequentemente, os próprios usuários não têm consciência dos modelos que utilizam.

Os modelos mentais são instáveis e incompletos, sendo constantemente revistos à luz da experiência (no sentido de adequar as atribuições do modelo e o comportamento dos sistemas que se busca compreender).

Para acessar os modelos mentais sobre eletromagnetismo, o autor desenvolveu entrevistas com estudantes de 1 e 3 ano do Ensino Médio e de o o Ensino Técnico, e também com professores de Física. As entrevistas consistiam em protocolos diante de objetos e situações a interpretar, com base em desafios postos pelo entrevistador (como você explica isso? O que aconteceria caso eu invertesse a polaridade da bateria? E se substituirmos a barra de ferro por um outro material, por exemplo, um lápis?). Segundo o autor, foram identificados 3 modelos para o eletromagnetismo: 1. Fusão entre eletricidade e magnetismo; 2. Eletricidade no núcleo; 3. Modelo científico ou eletrodinâmico.

Uma das fontes para elaboração de modelos mentais são as analogias ou o raciocínio analógico, que nos permitem compreender um evento ou uma situação não familiar em termos de coisas com as quais estamos habituados, ou em termos de sistemas mais familiares de relações.

Através da problematização e das constantes perguntas e comparações feitas em sala, levamos os alunos a reanalisarem seus modelos mentais de forma a aproximá-los dos modelos esperados, apropriando-se da linguagem científica de modo a tornar os conceitos físicos mais intuitivos.

Segundo Capecchi (2013, p. 37):

Ao falar sobre determinado fenômeno, procurando explicá-lo para os colegas e o professor, discutindo e considerando diferentes pontos de vista, o aluno tem a oportunidade de familiarizar-se com o uso de uma linguagem que carrega consigo características da cultura científica.

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## Estrutura da sequência:

Esta sequência foi pensada para ser distribuída em 5 aulas de 50 minutos. Destas 5 aulas, 2 foram baseadas em experimentos e demonstrações, 2 foram baseadas em explicações formais e tradicionais acerca do tema e 1 foi reservada para a avaliação do conteúdo ministrado. Essas aulas foram organizadas como descrito na tabela a seguir:

Quadro 1: resumo das aulas componentes da sequência de ensino

Ao longo da sequência, focamos na discussão com o intuito de levar os alunos a pensar acerca dos fenômenos de forma crítica, sempre os incitando com questões teóricas e demonstrações levadas a cabo com os experimentos que contradissessem seus pontos de vista e suas respostas primeiras. Assim, com base em suas hipóteses próprias, fomos mudando a maneira como os alunos percebiam esses fenômenos com explicações derivadas do modelo científico. Tomando como base o artigo do Tarcísio, construímos novos modelos a partir dos modelos já aceitos e compreendidos pelos alunos, aprimorando-os e tornando-os mais próximos do modelo esperado.

O experimento utilizado na aula 1 consiste na construção de um eletroímã caseiro facilmente reproduzível. Para tanto, usamos dois parafusos de ferro, dois carregadores de celular, fios de cobre esmaltados, ímãs permanentes e moedas. Para confeccionar o eletroímã, enrolamos o fio em torno do parafuso e ligamos o mesmo no carregador de celular adaptado. Esse carregador, por sua vez, teve sua extremidade cortada, deixando duas pontas externas que foram conectadas aos fios

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do parafuso. Assim, ao ligar o carregador na tomada, obtivemos uma corrente, ainda que fraca, em torno do parafuso. Os ímãs permanentes e as moedas foram usados para testar o magnetismo da montagem e para testar a orientação de seus polos.

A aula 2 foi especialmente importante por introduzirmos com mais clareza a ideia de linhas de campo magnético de forma prática, através do experimento da limalha de ferro. Este experimento é especialmente interessante pelo seu impacto visual, explicitando a existência concreta das linhas de campo, o que incita a curiosidade dos alunos, fazendo com que participem mais ativamente da aula. Para esse experimento utilizamos limalha de ferro, um ímã permanente em barra e uma placa de acrílico. Colocamos a barra em baixo da placa de acrílico e jogamos a limalha de ferro por cima, formando assim as linhas de campo sobre a placa de acrílico. Com isso, pudemos aproximar a análise científica dos processos magnéticos com a ideia inicial dos alunos, tornando mais evidente a relação entre esses modelos.

Ao longo da aula 3, falamos sobre o uso de vários tipos de dispositivos de som, como caixas de som, fones de ouvido e microfones, além de diferentes tipos de sistema, como 2.1, 3.1 e 5.1, focando no possível uso desses sistemas em casa, seja para computadores pessoais ou equipamentos de som. Além disso, comentamos sobre os diferentes formatos de arquivos de áudio, como .mp3, .wma e .flac, o que levou os alunos a questionarem sobre necessidade, utilidade e tecnologia de compreensão por trás de cada formato.

A aula 5, dedicada a avaliação, foi de especial interesse, uma vez que buscamos um método diferenciado para a montagem dessa avaliação. A sala foi dividida em 5 grupos entre 6 e 7 alunos cada, na qual cada grupo deveria escolher uma questão da lista abaixo. Essas questões têm pontuações específicas e devem ser respondidas pelo grupo que a escolheu. Após a resposta, a pergunta era aberta para que todos os outros grupos também a respondessem, fazendo com que cada grupo respondesse todas as perguntas. Porém foi dado a cada grupo a opção de concordar com um dos grupos anteriores, evitando assim dar a própria resposta. Na tabela a seguir, referente ao número de grupos que optaram por cada pergunta, coletamos o número de grupos que escolheram e o número de respostas distintas dadas.

## Questões da avaliação:

Quadro 2: questões componentes da avaliação final

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A pergunta 3 do bloco das perguntas difíceis veio acompanhada por uma imagem (Figura 1) de uma montagem esquemática de um microfone. Segue a imagem abaixo:

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Figura 01: Imagem esquemática referente a questão 3 do bloco das questões difíceis

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O primeiro bloco de perguntas teve por objetivo fixar os conceitos mais básicos sobre eletroímãs vistos em sala de aula. Baseadas principalmente nas demonstrações das aulas anteriores, escolhemos perguntas similares àquelas feitas na primeira aula desta sequência de ensino para que pudéssemos comparar as respostas do primeiro e do último dia, na forma de uma espécie de revisão, tendo assim um panorama geral sobre como evoluíram os modelos mentais de eletromagnetismo dos alunos depois de aplicada a sequência.

As questões do segundo bloco tiveram como foco as diferenças entre eletricidade e magnetismo. Pretendíamos levar o aluno a se questionar quais são as características de cada uma dessas forças através das comparações feitas entre elas ao longo das questões, aproveitando para reforçar as noções de campos magnéticos e elétricos. O objetivo disso é tentar eliminar a frequente confusão que costuma surgir quando eletricidade e magnetismo são abordados ao mesmo tempo.

O terceiro e último bloco de questões teve o objetivo de incentivar o aluno a usar seus conhecimentos para explorar situações inéditas e mais elaboradas. Esse incentivo é feito de maneira sutil pelo valor da questão, pois o aluno eventualmente conclui que mesmo que ele acerte apenas 25% de uma das questões abaixo, isso tem o mesmo valor que acertar totalmente uma questão fácil. A imagem abaixo (Figura 2) representa a incidência de escolha de cada pergunta de cada bloco durante a avaliação final.

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Figura 02: Incidência de escolha para cada pergunta na avaliação final

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Algumas questões mereceram maior atenção na hora da correção final. Dentre as questões fáceis, muitos grupos optaram pela primeira questão. Desses grupos, a taxa de acerto foi alta, uma vez que boa parte dos alunos citou como exemplos alguns dispositivos que haviam sido comentados em aulas passadas, como fones de ouvidos e caixas de som. Porém, vários grupos citaram dispositivos puramente magnéticos, como ímãs de geladeiras e bússolas. Acreditamos que esses dispositivos foram escolhidos entre os vários citados ao longo da sequência de ensino e antes dela, e que esses alunos não se preocuparam em pensar na relação entre eletricidade e magnetismo, mas somente nos fenômenos magnéticos. Dentre as questões do segundo bloco, podemos destacar a citação por parte de um grupo sobre a necessidade do ferromagnetismo dos materiais. Esse ponto foi citado durante as aulas que antecederam a sequência, mas não foi aprofundado por falta de uma base mais sólida por parte dos alunos no tema e devido à complexidade inerente ao ensino dos três tipos de magnetismo dos materiais (ferromagnetismo,

paramagnetismo e diamagnetismo).

Para as questões difíceis, a segunda pergunta e suas respostas merecem atenção. Um grupo tomou como resposta o fato de que, havendo só um pólo, não haverá repulsão e atração, mas somente repulsão. Este grupo mostra claramente a não compreensão do tema, tomando a consequência como causa. Além disso, mostra que compreende que um pólo do ímã é responsável pela atração enquanto o outro é responsável pela repulsão. Em contrapartida, outro grupo usou que as linhas de campo de um ímã, mesmo cortado, se mantêm contínuas e fechadas, e que essas linhas, ao entrarem de um lado precisam sair do outro, o que gera os dois polos do ímã. Este grupo mostra um domínio maior do conteúdo e a capacidade de interligar os tópicos ensinados de forma a construir um modelo usual mais próximo

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do modelo científico.

O maior problema ao aplicar essa avaliação foi o tempo que cada aluno dispunha para pensar nas respostas das perguntas. Contando o tempo para que eles lessem e discutissem as perguntas, mais o tempo para explicar o mecanismo de avaliação, pouco tempo restou. Assim, cada grupo tinha, em média, 6 minutos para responder cada pergunta, o que é bem inferior ao que consideramos adequado para um debate produtivo e mais embasado. Quanto a isso, acreditamos que um método de avaliação mais dinâmico poderia ser aplicado, de forma a dar mais tempo para os debates entre os alunos, mas sem perder o espírito de incitar nos mesmos a discussão sadia e guiada para elaboração das respostas.

## Conclusão:

Este trabalho teve por intuito, a princípio, conhecer os modelos causais que os alunos possuíam acerca do magnetismo e de suas causas e consequências e, a partir daí, elaborar esses conceitos através da problematização e do uso de experimentos em sala de aula para, gradativamente, levarmos esses modelos a um patamar mais científico. Pudemos observar que, apesar de muitos alunos confundirem fenômenos elétricos e magnéticos e tomarem causas por consequências, muitos avanços foram feitos: noções como campo, linhas de indução, aplicabilidade, dipolos magnéticos e monopolos magnéticos foram compreendidas e aprimoradas por parte dos alunos.

Por outro lado, vimos que esta sequência carece de um maior refinamento em alguns pontos, como a avaliação final que apresentou alguns pequenos problemas na aplicação, além de um maior enfoque no ensino dos conceitos científicos e suas relações. Esses pontos serão reanalisados e, em uma próxima aplicação, corrigidos a medida que forem aplicados.

Assim, os dois objetivos centrais dessa sequência foram cumpridos: instigar os alunos a debaterem conceitos e exercitarem seus lados críticos e servir de ferramenta para coleta de informações sobre o que os alunos pensam sobre os assuntos abordados ao longo da sequência de ensino.

## Referências:

Capecchi, M. C. V. M.. Problematização no ensino de ciências. In: Carvalho, A. M. P. (Org.). Ensino de ciências por investigação: condições para implementação em sala de aula. 1a.ed. São Paulo: Cengage Learning, 2013, v., p. 21-39.

Borges, A.T. Como evoluem os modelos mentais. Ensaio - Pesquisa em Educação em Ciências n. 1, p. 85-125, 1999.

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