RELATO DE UMA ATIVIDADE EXPERIMENTAL NO ENSINO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

## RELATO DE UMA ATIVIDADE EXPERIMENTAL NO ENSINO DE CIRCUITOS ELÉTRICOS

## Jardel Francisco Bonfim Chagas 1 , Francisco José da Silva 2

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte - IFRN / Universidade Federal do Piauí - UFPI, e-mail: jardel.bonfim@ifrn.edu.br

2 Universidade Federal do Piauí - UFPI / Polo Piracuruca, e-mail: mcfran2@hotmail.com

## Resumo

- O presente trabalho relata a utilização de atividade experimental sobre circuitos elétricos realizada numa escola pública do Piauí, onde não existe laboratório de Física e a estrutura da escola é escassa quanto aos materiais disponíveis. Vários são os motivos para a utilização de experimentos de Física em sala de aula. Analisando as competências e habilidades propostas pelo Exame Nacional do Ensino Médio - ENEM, foi possível observar uma importância a aprender a dimensionar circuitos ou dispositivos no cotidiano. Um experimento pode ser realizado considerando-se diferentes abordagens. As atividades experimentais podem ser diferenciadas em dois tipos: os de verificação e os de investigação. Utilizando uma forma clássica de trabalhar com o laboratório de Física, aplicou-se a 51 alunos um experimento com a utilização de uma placa contendo associações de resistores (lâmpadas) durante duas aulas de 100min, dividindo-as em quatro momentos distintos de 50min cada, onde foi realizado uma introdução, desenvolvimento com explanação de experimentos virtuais, conclusão com o experimento real e verificação da aprendizagem. Utilizou-se o PHET para demonstração virtual do experimento. Os resultados alcançados foram positivos pois, a partir de uma atividade avaliativa, mais de 80% dos alunos atingiu a média escolar para aprovação. Entendemos que a nota, quando analisada isoladamente, não é recurso suficiente para conclusões precisas, porém pode significar um indicativo de auto avaliação por parte de professores e alunos. O experimento foi bem recebido pelos alunos que nunca haviam trabalhado com uma aula daquele tipo. Para que esse tipo de prática se repita em outras salas de aula é preciso que o professor tenha dedicação e conhecimento suficiente para a efetivação de um bom processo de ensino e aprendizagem.

Palavras-chave : atividade experimental. Ensino e aprendizagem. Associação de resistores.

## Introdução

- O Ensino de Física atualmente vem descrevendo uma trágica desestruturação em virtude de uma series de fatores (BORGES, 2006), que há muito se evidencia nas salas de aula, seja em nível médio ou superior. Uma das principais causas é a estruturação das escolas públicas quanto as práticas experimentais.

No mundo em que vivemos, parece um absurdo, uma escola, formadora de cidadãos, não possuir um laboratório de Física para melhor aprendizado dos alunos. Porém, esta é uma realidade de muitas escolas do interior do Brasil. No Piauí, existem várias dessas escolas, onde a infraestrutura é escassa e os docentes são considerados como grandes heróis na árdua tarefa de ensinar. As aulas, muitas vezes lecionadas por profissionais não formados na área de Física, acabam se tornando puramente expositivas e com aplicação de exercícios repetitivos com a única utilização de um quadro em péssimo estado de conservação.

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23 a 27 de janeiro de 2017

Para muitos pesquisadores o laboratório de física é considerado como peça chave para o aprendizado dos alunos. A tecnologia moderna tem possibilitado a criação de dispositivos eletrônicos muito sofisticados, em que inúmeros componentes já adequadamente associados atendem as mais variadas exigências.

- O Ensino Interativo de Física surge da certeza de que a abordagem experimental da Física, de forma interativa, é um caminho seguro para conduzir uma aprendizagem crítica e consistente desta matéria:

A experimentação faz parte da vida, na escola ou no cotidiano de todos nós. Assim, a ideia de experimentação como atividade exclusiva das aulas de laboratório, onde os alunos recebem uma receita a ser seguida nos mínimos detalhes e cujos resultados já são previamente conhecidos, não condiz com o ensino atual. As atividades experimentais devem partir de um problema, de uma questão a ser respondida. Cabe ao professor orientar os alunos na busca de respostas. As questões propostas devem propiciar oportunidade para que os alunos elaborem hipóteses, testem-nas, organizem os resultados obtidos, reflitam sobre o significado de resultados esperados e, sobretudo, o dos inesperados e usem as conclusões para a construção do conceito pretendido. Os caminhos podem ser diversos, e a liberdade para descobri-los é uma forte aliada na construção do conhecimento individual (BRASIL, 1999, p.55).

Percebe-se uma grande importância nas aulas práticas, porém as mesmas são pouco utilizadas devido a vários fatores. Pode-se citar: falta de tempo para a preparação do material, insegurança dos professores para controlar a classe, disponibilidade de materiais, estrutura e conhecimento para organizar experiências (MELLO, 2010). Existem diversas formas de utilizar a experimentação por um professor. Vale ressaltar que a falta de laboratório não deve ser a desculpa para não utilização da experimentação. É possível fazer um bom trabalho com muita dedicação e um pouco de imaginação.

- O Exame Nacional do Ensino Médio - ENEM (BRASIL, 2015), destaca em suas competências e habilidades a necessidade dos estudantes identificarem a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diversos contextos. Aprender a dimensionar circuitos ou dispositivos no cotidiano acaba se tornando uma boa maneira de aprender Física.
- O presente trabalho apresenta um relato sobre uma proposta de atividade para abordar o tópico de circuitos elétricos em escola de Ensino Médio usando demonstração virtual de um experimento e montagem com lâmpadas que reproduzem esse experimento. Com a aplicação da atividade em uma escola estadual do interior do Piauí, busca-se estudar seu potencial e analisar os resultados obtidos. O equipamento pedagógico empregado para as atividades experimentais foi organizado em um estojo transportável e construído de forma a permitir seu uso na própria sala de aula, em demonstrações para toda a classe.

## As práticas experimentais

Um experimento pode ser realizado considerando-se diferentes abordagens. Segundo Tamir (1977) as atividades experimentais podem ser diferenciadas em dois tipos: os de verificação e os de investigação. No primeiro tipo, o professor é responsável por identificar o problema que relaciona o trabalho com outros anteriores, conduzir as demonstrações e fornecer instruções diretas para a

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realização da atividade. No segundo tipo, dito como investigativo, a experimentação deve ser vista em sala de aula de maneira diferente: existe a possibilidade de explorar as ideias dos alunos desenvolvendo a sua compreensão conceitual; faz-se necessário uma base teórica prévia informadora e orientadora da análise dos resultados; deve ser utilizada pelos alunos para possibilitar um maior controle sobre a sua própria aprendizagem e reflexão.

Seré, Coelho e Nunes (2003) destacam que existem formas diferentes de serem utilizadas atividades experimentais:

A maneira clássica de utilizar o experimento é aquela em que o aluno não tem que discutir; ele aprende como se servir de um material, de um método; a manipular uma lei fazendo variar os parâmetros e a observar um fenômeno. Há outro tipo de abordagem onde a lei não é questionada, ela é conhecida e utilizada para calcular um parâmetro, analogamente ao que é feito em um laboratório de metrologia ou de testes [...] Um enfoque cada vez mais considerado graças ao uso da informática consiste em traduzir sob diferentes formas um conjunto de dados relativos a um fenômeno: coletar dados e selecioná-los eventualmente; encontrar modelos diferentes e testálos no computador. (SERE, COELHO, NUNES, 2003. p.31)

- O professor pode escolher qualquer um desses tipos de abordagens experimentais, desde que exista o planejamento e domínio do conteúdo a ser abordado.

## Metodologia

Inicialmente, foi delimitado o tema Circuitos Elétricos, para ser trabalhado em sala de aula com alunos do 3º Ano do Ensino Médio. A proximidade do ENEM e a possibilidade de mais tempo junto dos alunos foi fator decisivo na escolha. Em seguida foi realizado um estudo para verificar se as atividades experimentais tinham melhor efeito na aprendizagem dos alunos se comparadas somente a aulas tradicionais.

Foi decidido a utilização de uma abordagem clássica onde o experimento pudesse fornecer subsídios a compreensão de um circuito elétrico, mostrando a distribuição de tensão e corrente de acordo com diferentes situações de associação de lâmpadas (resistores). Com alguns objetivos fornecidos aos alunos, foi proposto que seguissem um passo a passo. Pela falta de contato e experiência dos alunos, optou-se pela utilização do equipamento de maneira usual.

- O experimento foi aplicado a duas turmas, totalizando 51 alunos. Foram utilizadas duas aulas de 100 min, dividindo-as em quatro momentos distintos de aproximadamente 50min cada, a fim de realizar uma introdução, desenvolvimento com explanação de experimentos virtuais, conclusão com o experimento real e verificação da aprendizagem, conforme mostrado abaixo.

## Como ocorreu o trabalho

## Primeiro Momento

No 1° momento a turma foi organizada em círculo. Foi realizada uma aula expositiva e dialogado com os alunos, mostrando alguns conceitos relacionados a circuitos elétricos. Para tal foi utilizado o quadro, pincel, apagador, um computador pessoal e o Datashow. Inicialmente foi tratada a diferença entre corrente elétrica contínua e alternada, tensão, resistência elétrica e potência elétrica, aplicando teoria

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e posteriormente a prática, através de exemplos no quadro e leitura de informações fornecidas nos aparelhos elétricos. Nessa parte, foi dada atenção especial ao conceito de potência elétrica, mostrando para os alunos a relação direta entre tensão, corrente e resistência elétrica (Pot=U.i). Questões relacionadas ao brilho de uma lâmpada e consumo de aparelhos elétricos foram amplamente discutidas.

Para aproximar o aluno da teoria e prática, buscou-se identificar em aparelhos elétricos o significado das informações fornecidas pelos fabricantes. Um exemplo do que foi feito, pode ser visto na Figura 1, quando foi mostrado a turma a importância de uma leitura correta dos valores de tensão, potência e tipo de corrente que os aparelhos elétricos utilizam para estarem em perfeito funcionamento.

Figura 1 - Especificações elétricas de aparelhos. Fonte: acervo do autor.

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O primeiro momento é finalizado discutindo-se a ideia de no Brasil ser utilizado duas redes de tensões diferentes (110V e 220V), ressaltando que, apesar disso, todas as residências utilizam a mesma potência elétrica.

## Segundo Momento

Após a discussão geral sobre circuitos, a aula continuou com a demonstração de alguns símbolos básicos de um circuito elétrico e apresentação do resistor como dispositivo realizando-se pequenos testes de verificação de seu funcionamento através da aplicação da Lei de Ohm. Ocorreu a caracterização da associação de resistores em série, paralelo e mista, determinando sua respectiva resistência equivalente em cada associação. Com a utilização de um projetor Datashow e um computador pessoal, apresentou-se aos alunos, algumas ferramentas que compõem o simulador PHET e o procedimento experimental a ser executado na aula. Foi mostrado a associação em sério, visualizada na Figura 2, a associação em paralelo como na Figura 3 e a associação mista de resistores, visualizada na Figura 4.

Figura 2 - Associação em Série.

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Fonte: acervo do autor.Figura 3 - Associação em paralelo.

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Fonte: acervo do autor.

Figura 4 - Associação mista. Fonte: acervo do autor.

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O segundo momento é finalizado com resolução de situações problema simples com a utilização da Lei de Ohm.

## Terceiro Momento

Uma placa (montagem experimental) já construída, como a mostrada na Figura 5, foi apresentada aos alunos. Com os alunos divididos em grupos de 5 estudantes, foi proposto o seguinte roteiro: identificar os 3 tipos de associações; comparar o brilho das lâmpadas de cada associação e relacionar com o conceito de potência elétrica; retirar uma lâmpada de cada associação e discutir novamente o que havia acontecido quanto ao brilho; identificar o tipo de associação utilizado em suas casas e quais outros exemplos de utilização dessas associações podem ser encontrada no cotidiano.

Figura 5 - Placa com três associações de resistores. Fonte: acervo do autor

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## Quarto Momento

Foi aplicado a cada estudante, de maneira individual, uma atividade avaliativa contendo 10 questões objetivas, referentes ao assunto trabalhado em sala. Cada questão possuía um valor igual 1,0 ponto, podendo o aluno atingir o máximo de 10,0 pontos.

## Resultados e discussão

A abordagem experimental, aqui tratada, é apenas uma das possibilidades de se trabalhar com a experimentação. Para uma escola, onde a infraestrutura não é boa e não existe o laboratório, uma intervenção, por mais simples que seja, pode trazer melhores resultados e motivar um pouco mais os alunos, que carentes de aulas mais dinâmicas, demonstram-se totalmente abertos a aceitação de um processo de ensino e aprendizagem efetivo.

A coleta de informações para análise da validade da atividade proposta foi feita através de uma avaliação fechada. De acordo com Fiorentini e Lorenzato,

o questionário é um dos instrumentos mais tradicionais de coleta de informações e consiste numa série de perguntas que podem ser: fechadas (quando apresentam alternativas para respostas), abertas (quando não apresentam alternativas para respostas) e mistas. (FIORENTINI, LORENZATO, 2012. p. 116)

Fiorentini e Lorenzato (2012, p.117) ainda acrescentam que 'as questões fechadas são mais fáceis de serem respondidas, compiladas e tratadas estatisticamente', vantagens que direcionaram a aplicação desse tipo.

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As questões contidas na avaliação continham 4 opções de resposta, e foram elaboradas baseadas na atividade experimental proposta em sala. Inicialmente foi mostrado um esquema de associação em série com três resistores diferentes. As questões sobre esse esquema versaram sobre a identificação do tipo de associação, caracterização da tensão em cada resistor e caracterização da corrente elétrica na associação. As mesmas questões foram aplicadas quando mudado o esquema para uma figura de associação de resistores em paralelo. Mostrada a associação mista de resistores questionou-se sobre o comportamento da associação com a retirada de uma das lâmpadas. Nessa etapa da avaliação também foi investigado o conceito de potência com o brilho adquirido pelas lâmpadas. A avaliação foi finalizada com duas questões onde os alunos foram cobrados quanto a aplicação da Lei de Ohm para determinação de tensão e corrente em situações cotidianas de dimensionamento de circuitos.

Em uma das questões do teste, foi mostrado a configuração de um quarto residencial contendo 3 lâmpadas acesas. Após a retirada de uma das lâmpadas, foi perguntado o que ocorreria com as demais. Por se tratar de uma associação em paralelo, comum nas casas, esperava-se que os alunos entendessem que o brilho permaneceria o mesmo. Analisando as respostas, observou-se que a maioria dos alunos (45 acertos) compreenderam a situação cobrada. Creditamos isso a associação entre teoria e prática, uma vez que os alunos puderam observar na placa o comportamento semelhante ao proposto na situação real.

Observando-se todos os resultados obtidos com a proposta clássica aqui exposta, vê-se que a maioria dos alunos conseguiu obter notas acima da média, reforçando a ideia de sua utilização, conforme mostrado na Figura 6.

Figura 6 - Gráfico do resultado da avaliação aplicada aos alunos.

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Analisando os dados, observou-se que 42 alunos (82,35%) obtiveram uma nota acima da média escolar (acima de 6,0), e que apenas 9 alunos (17,65%) não conseguiram atingir, naquele momento, nota acima da média. Nenhum aluno obteve nota inferior a 4,0 pontos. O resultado obtido demonstra-se positivo, porém, é preciso tomar novas medidas com o objetivo de solucionar as carências dos estudantes que demonstraram não ter compreendido com clareza o conteúdo ministrado.

As questões aplicadas podem aparentar certo grau de simplicidade, porém, analisado previamente o nível de conhecimento dos alunos através de resultados obtidos em exames anteriores (provas de meses anteriores) e a heterogeneidade da

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turma, foi possível identificar maiores dificuldades nas questões envolvendo cálculos, fruto do pouco conhecimento acadêmico adquirido ao longo dos anos.

É importante ressaltar que a repetição utilizando a abordagem teórica, a demonstração através de simulação do PHET e a própria realização da prática real fizeram com que os resultados fossem positivos e oferecessem vantagens didáticas e epistémicas. É preciso levar em consideração também o fator motivacional, uma vez que, alunos que jamais haviam realizado atividade como aqui descritas, tiveram a oportunidade de participar e interagir diretamente, relacionando a prática com a teoria vista no livro didático.

Levando em consideração que o experimento realizado pode ilustrar na prática os fenômenos estudados de forma teórica, também contribuem para a compreensão do que se pretende ensinar. A utilização da modalidade clássica de experimentos com a utilização de lâmpadas e fios se justifica pelo baixo custo, de fácil aquisição e que demandam pouco tempo na montagem, possibilitando adaptações e substituições, podendo realizá-los mesmo em escolas que não possuam laboratórios equipados.

Delizoicov e Angotti (2000) são enfáticos em dizer que as práticas despertam, em geral, grandes interesses nos alunos, além de propiciar uma situação de investigação. Essas aulas quando planejadas levando em consideração estes fatores, constituem momentos particularmente ricos no processo de ensinoaprendizagem.

Zanon e Silva (2000) fazem referência a percepção dos professores em acreditar que as práticas experimentais são importantes, mas vários obstáculos são apontados para a utilização efetiva:

Quando usualmente expressam posições ou impressões relativamente ao ensino experimental, professores costumam dizer que ele é fundamental para melhorar o ensino, mas lamentam a carência de condições para tal, referindo-se a turmas grandes, inadequação da infraestrutura Física/material, carga horária reduzida (...) (ZANON e SILVA, 2000. p. 120).

Percebe-se que essa realidade de procurar desculpas para a não utilização de experimentos ainda se mantém atual. Em pesquisa realizada, Pinto, Viana e Oliveira (2013) citam de que a influência do laboratório de ciências pode ir além do aumento do desejo em aprender e os professores devem estar atentos e buscar formas de trabalhar este espaço.

É válido ressaltar que a experimentação clássica, aqui relatada, foi de fundamental importância no processo de ensino e aprendizagem.

## Considerações Finais

O ato de planejar e executar uma aula experimental é uma tarefa que exige dedicação e conhecimento do docente, assim como maior tempo para estudo e preparação das aulas bem como, confecção de material. Apesar de muitas escolas não possuírem estrutura para atividades experimentais, o professor pode e deve criar condições para a realização das mesmas.

Com a proposta aqui apresentada, foi possível perceber que a aula experimental sobre circuitos elétricos proporcionou melhora no desempenho educacional dos estudantes. Com a utilização de experimentos virtuais e reais foi possível fazer com que alunos compreendessem conceitos básicos para um melhor

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entendimento de circuitos. Entende-se que a nota, quando analisada isoladamente, não é recurso suficiente para conclusões precisas, porém pode significar um indicativo de auto avaliação por parte de professores e alunos.

Enfim, deseja-se que a proposta de utilização de experimento clássico seja de grande utilidade e incentivo a professores que se preocupam com sua profissão e acreditam na educabilidade de seus alunos buscando contribuir para a melhoria do ensino no Brasil.

## Referências

BRASIL. Parâmetros Curriculares Nacionais Ensino Médio: Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: MEC 1999.

BRASIL. Ministério da Educação. Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira. Matriz de Referência - Enem. Disponível em: &lt;http://download.inep.gov.br/educacao\_basica/enem/downloads/2012/matriz\_refere ncia\_enem.pdf &gt; Acesso em 21 fev.2015.

BORGES, Oto. Formação Inicial de Professores de Fisica: Formar mais! Formar melhor . Revista Brasileira de Ensino de Fisica , v.28, n.2, p. 135-142, 2006.

DELIZOICOV, Demétrio; ANGOTTI, José André. Metodologia do ensino de Ciências . São Paulo:Cortez,2000.

FIORENTINI, D.; LORENZATO, S. Investigação em educação matemática . 3ª. ed. Campinas: Autores Associados, 2012.

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MELO, Júlio de Fátimo Rodrigues de. Desenvolvimento de atividades práticas experimentais no ensino de biologia : um estudo de caso. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências) -Universidade de Brasília, Brasília, 2010.

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TAMIR, P. How are the laboratories used ? Journal of Research in Science Teaching , v. 14, n. 4, p. 311-316, 1977. Disponível em: &lt;http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/tea.3660140408/abstract&gt; Acesso em 26 jul. 2015.

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