MOTIVAÇÕES, SIMULAÇÕES E DESEMPENHO NO ENSINO DE ELETRICIDADE

## MOTIVAÇÕES, SIMULAÇÕES E DESEMPENHO NO ENSINO DE ELETRICIDADE

## Patrícia Beneti de Oliveira , Alcides Goya 1 2

1 UNOPAR/Engenharia/Londrina, patriciabeneti@gmail.com 2 UTFPR/Física/Londrina, goya@utrpr.edu.br

## Resumo

Este trabalho teve como objetivo descrever os resultados de uma pesquisa que investigou o uso de uma sequência didática no processo de ensino e aprendizagem dos conceitos elétricos básicos num curso universitário. A sequência didática foi organizada seguindo a abordagem POE (predizer, observar e explicar) tendo como referencial teórico a teoria de multimodos e múltiplas representações. Ela incorporou diversas formas de representação, desde painel elétrico demonstrativo, passando pelas simulações desenvolvidas pelo projeto Tecnologia no Ensino de Física (PhET) e encerrando com práticas em laboratórios. O corpus desta pesquisa restringiu-se a 14 alunos de engenharia numa instituição de ensino particular. Os dados foram coletados por meio de três questionários, aplicados antes e depois da sequência didática, bem como através de diversas avaliações e observações. O primeiro questionário abordou motivação para aprender eletricidade e a estratégia pessoal de estudo, as respostas foram coletadas em escala Likert. O segundo questionário simplesmente pediu ao aluno que escrevesse sobre o que ele sabia sobre os conceitos elétricos básicos: corrente, resistência, tensão e potência elétrica. O terceiro questionário foi o teste de concepções científicas sobre corrente elétrica (Silveira et al, 1989). Como a escala Likert variou de 1 a 5 no primeiro questionário, as respostas dos outros dois questionários e das avaliações também foram categorizados seguindo um escalonamento que variou de 1 a 5 pontos. Observou-se que os alunos obtiveram um ganho conceitual superior ao ensino tradicional, tanto no segundo como no terceiro questionário. Além disso, os cálculos de correlações entre variáveis motivacionais, simulações e avaliações enriqueceram os resultados da pesquisa.

Palavras-chave : ensino de eletricidade, motivação para aprender, simulações.

## Introdução

O estudo dos conceitos científicos de eletricidade envolve um desafio representacional pela variedade de uso de símbolos para a representação de componentes elétrico-eletrônicos, representações de expressões matemáticas para a compreensão do comportamento das grandezas elétricas em um circuito, esquemas/layouts que representam ligações elétricas, etc. Do ponto de vista teórico, quando há referência a diferentes meios de expressão, ou seja, a prática de representar um mesmo conceito ou processo científico de diferentes formas (PRAIN; WALDRIP, 2006) envolve-se a compreensão da Teoria de multimodos e múltiplas representações. Entende-se por multimodos a integração do discurso em diferentes modos para representar os raciocínios e as explicações científicas. O termo múltiplas representações é entendido como a prática de representar um mesmo conceito ou processo científico de diferentes formas (PRAIN; WALDRIP, 2006). Desta forma, todo conceito científico é, simultaneamente, um sinal num discurso semântico verbal, em um sistema operacional de significados de ação e em um

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23 a 27 de janeiro de 2017

sistema de representações matemáticas e visual (LEMKE, 2002). Os estudantes precisam ser capazes de integrar os significados daquilo que está sendo comunicado para que um mecanismo de autocorreção funcione durante a aprendizagem. Para isso, são necessários que o professor utilize diferentes sistemas semióticos, como recurso de comunicação (LEMKE, 2002).

Tendo isto em vista, o conhecimento das ciências, a linguagem não se limita a apenas a utilização de fórmulas matemáticas e/ou conceitos abstratos. Na eletricidade é utilizado grande diversidade de símbolos para a representação de um elemento e/ou dispositivo (LABURÚ et al., 2009). Assim, podemos citar como exemplos a utilização de simbologia padronizada, signos, para a identificação de uma lâmpada em um circuito, a representação da tensão elétrica pela letra E. Ou seja, o uso de signos como afirma Ausubel (apud MOREIRA, 1999), equivalentes em termos de significados, conseguem expressar de maneiras diferentes uma mesma informação, sem fazer uso necessariamente de palavras para expressá-lo.

Algumas estratégias sobre a aprendizagem de conceitos básicos de eletricidade (corrente, resistência e tensão elétricas) apresentam atividades de simulação (DORNELES, ARAÚJO e VEIT, 2006) e uso de aplicativo Phet Circuit Construction Kit (FINKELSTEIN et al, 2005; COSTA et al, 2013). Considerando o uso da simulação como meio de promover o conflito cognitivo, Nedelsky (1961), White e Gunstone (1992), Tao e Gustone (1999) propuseram a abordagem POE (predizer, observar e explicar). No primeiro momento, o professor realiza uma abordagem propondo aos alunos um desafio, a partir de uma situação problema. Os alunos divididos em grupo ou individualmente discutem o assunto e por meio da troca de conhecimentos pessoais predizem ou lançam algumas suposições sobre o assunto. No segundo momento a experiência é executada pelas equipes ou pelo professor para que os alunos possam observar o fenômeno. No terceiro momento os alunos tentam explicar o fenômeno comprovando ou não a suposição inicial (OLIVEIRA, 2003).

Neste trabalho optou-se pelo estudo da aplicação da sequência didática em turma específica do Curso de Graduação em Engenharia de uma instituição de ensino particular. A fim de proporcionar diversas formas de compreensão do mesmo conceito, na sequência didática utilizou-se das estratégias de ensino: apresentação dos circuitos em realidade a partir do painel elétrico, representações esquemáticas dos circuitos, expressões matemáticas, simulação e adaptação ao laboratório de eletricidade. Desta forma, a proposta foi verificar em que medida os diversos momentos abordados em sala de aula contribuíram para que as concepções alternativas apresentassem algum silogismo científico, pois os aspectos fundamentais do cognitivo humano correspondem à formação das representações que afetam a aprendizagem dos conceitos (DUVAL, 2004).

## Procedimentos Metodológicos

A disciplina básica Princípios de Eletricidade e Magnetismo estava composta por 28 alunos de engenharia, período noturno de uma instituição particular do Paraná. O corpus desta pesquisa restringiu-se a 14 dos 28 alunos, devido a não participação ou algumas ausências em algumas das atividades, questionários e avaliações, bem como por algumas desistências. Desta forma, utilizando-se da abordagem POE (predizer, observar e explicar) e da teoria de multímodos e

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múltiplas representações, foi elaborada e aplicada a sequência didática com diversas atividades. Por falta de espaço não será possível mostrar o roteiro das atividades e os demais materiais utilizados e desenvolvidos.

Os dados da pesquisa foram coletados por meio de três questionários, aplicados antes e depois da sequência didática, bem como através de diversas avaliações, observações e entrevistas. O primeiro questionário abordou motivação para aprender eletricidade (MAE) e a estratégia pessoal de estudo de eletricidade (EPE), as respostas foram coletadas em escala Likert (GOYA & BZUNECK, 2015). O segundo questionário simplesmente pediu ao aluno que escrevesse sobre o que ele sabia sobre os conceitos elétricos básicos (CB): corrente, resistência, tensão e potência elétrica (ver o apêndice B). O terceiro questionário foi o teste de concepções científicas (CC) sobre corrente elétrica (SILVEIRA et al., 1989). As avaliações foram feitas em várias etapas, neste trabalho destacaremos as avaliações sobre as simulações (S) feitas em grupo e as provas individuais (P). As observações e entrevistas não serão consideradas neste artigo.

Como a escala Likert variou de 1 a 5 no primeiro questionário (apêndice A), as respostas dos outros dois questionários (CB e CC) e das avaliações (S e P) também foram categorizados seguindo um escalonamento que variou de 1 a 5 pontos, possibilitando fazer uma comparação quantitativa. A título de exemplo, o quadro 1 mostra os critérios adotados para as categorizações feitas nos dados obtidos pelo segundo questionário (apêndice B).

Quadro 01 - Critérios para a categorização dos Conhecimentos Básicos (CB).

Um conceito importante que será considerado nessa comparação quantitativa é o ganho conceitual g. Usualmente esse fator é apresentado na forma normalizada (HAKE, 1988; BARROS et al, 2004), definido pela equação (1):

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onde ¨% précorresponde à porcentagens das notas das questões antes da aplicação e ¨% pós¨ corresponde à porcentagens das notas das questões após a aplicação, no caso deste trabalho, a sequência didática. O ganho conceitual g será calculado tanto para os conhecimentos básicos (CB) como para as concepções

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científicas (CC) sobre corrente elétrica, assim a média aritmética simples desses dois ganhos será denominada de G (tabela 1).

## Resultado e Análise de Dados

As respostas dos alunos ao primeiro questionário (apêndice A) bem como aos outros dois questionários (CB e CC) foram analisados previamente através do teste t apresentado no quadro 2. O teste t não conseguiu identificar diferenças estatisticamente significativas entre início e final, tanto na motivação para aprender eletricidade (MAE) como na estratégia pessoal de estudo de eletricidade (EPE). Mas, houve diferenças estatisticamente significativas entre antes e depois, tanto nos conhecimentos básicos (CB) como na concepção científica sobre corrente elétrica (CC).

Quadro 02: Teste t entre alunos no início e no final do semestre nas quatro variáveisTabela 01: Tabela geral mostrando o ganho de conhecimentos básicos (gCB), o ganho de concepção científica (gCC), o ganho geral (G), avaliações simulações em grupos (S) e provas individuais (P) dos 14 alunos

Uma forma de esclarecer essas diferenças são as comparações feitas através do ganho conceitual g, conforme a equação (1), apresentada na tabela 1. A tabela 1 mostra a evolução de cada um dos 14 alunos bem como o ganho geral G,

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este último calculado como uma média aritmética simples entre o ganho de conhecimentos básicos (gCB) e o ganho de concepção científica sobre corrente elétrica (gCC). Além disso, a tabela 1 mostra as avaliações sobre as simulações (S) feitas em grupos de alunos e as provas individuais (P). Como comentado anteriormente, em todas as variáveis os valores vão de 1 até 5, seguindo as categorizações atribuídas à semelhança do quadro 1.

Para completar essa análise quantitativa, a tabela 2 mostra a correlação entre as variáveis motivacionais início e final (MAEi e MAEf), estratégias pessoais de estudo início e final (EPEi e EPEf), ganho conceitual geral G, as avaliações sobre as simulações (S) feitas em grupos e as provas individuais (P). Os resultados das últimas duas colunas mostram como as avaliações feitas em grupos de alunos (S) como as provas individuais (P) apresentaram correlação de Pearson r estatisticamente significativo com as motivações e baixa com a estratégia pessoal de estudo.

Tabela 02: Correlações de Pearson r (com os respectivos grau de confiança p) entre as variáveis motivacionais e estratégias pessoais (i-inicio e f-final) com o ganho geral G, simulação S e prova P.

## Considerações Finais

Os resultados apresentados no quadro 2 foram positivos, por um lado mostrou como o nível de motivação para aprender eletricidade, MAE, e estratégia pessoal de estudo de eletricidade, EPE, se manteve acima do ponto médio num curso universitário. Por outro lado mostrou como os conhecimentos básicos sobre eletricidade, CB, e a concepção científica sobre a corrente elétrica, CC, evoluiu entre o início e final da aplicação da sequência didática. Essa evolução ficou mais explícita na tabela 1, na qual através do ganho conceitual g, 0,70 para os conhecimentos básicos e 0,30 para a concepção científica sobre corrente elétrica, foi possível verificar um ganho maior do que o encontrado no ensino tradicional, g&lt;0,25 (HAKE, 1988; BARROS et al, 2004). Os resultados apresentados nas tabelas 1 e 2 mostraram coerência e harmonia entre os ganhos conceituais explicitados pelo ganho geral G com as avaliações feitas em grupo, S, e as avaliações individuais, P. A tabela 2 mostrou também uma correlação média entre os níveis de motivações e os resultados alcançados nas avaliações em grupo e nas avaliações individuais.

Enfim, apesar da amostra pequena de alunos, foi possível descrever os resultados de uma pesquisa que investigou o uso de uma sequência didática no

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processo de ensino e aprendizagem dos conceitos elétricos básicos num curso universitário. A sequência didática, organizada seguindo a abordagem POE (predizer, observar e explicar), tendo como referencial teórico a teoria de multimodos e múltiplas representações, incorporando diversas formas de representação, desde painel elétrico demonstrativo, passando pelas simulações desenvolvidas pelo projeto Tecnologia no Ensino de Física (PhET) e encerrando com práticas em laboratórios, conseguiu resultados quantitativos positivos nesta pesquisa e que poderão ajudar muitos professores em salas de aula.

## Referências Bibliográficas

AUSUBEL, D. P. Aquisição e retenção de conhecimentos: uma perspectiva cognitiva . Lisboa: Plátano Edições Técnicas, 2003.

BARROS, J. A. et al. Engajamento interativo no curso de Física I da UFJF. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 26, n. 1, p. 63-69, 2004.

COSTA, M. J. N. ; RIBEIRO, J. W. ; GOES, U. T. T. ; LIMA, L. ; SILVA, R. D. S. E. Desenvolvimento da Aprendizagem Significativa de Eletricidade com o Auxílio Pedagógico de Simulação Computacional de Circuitos de Resistores Elétricos. In: Anais do Workshop de Informática na Escola . 2013. v. 1, p. 110.

DORNELES, P. F. T.; ARAÚJO, I. S.; VEIT, E. A. Simulação e modelagem computacionais no auxílio à aprendizagem significativa de conceitos básicos de eletricidade. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 28, n. 4, p. 487-496, 2006.

DUVAL, R. Semiosis y pensamiento humano : registros semióticos y aprendizajes intelectuales. Santiago de Cali: Universidad del Valle, Instituto de Educación y pedagogía, 2004.

FINKELSTEIN, N. D. et al. When learning about the real world is better done virtually: A study of substituting computer simulations for laboratory equipment. Physical Review Special Topics-Physics Education Research , v. 1, n. 1, p. 010103, 2005.

GOYA, A. ; BZUNECK, J. A. A qualidade motivacional e uso de estratégias de aprendizagem no estudo de Física em cursos superiores. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências , v. 15, n. 3, p. 519-535, 2015.

HAKE, R.R, Am. J. Phys . 66, 6471 (1998).

LABURÚ, C. E.; GOUVEIA A. A.; BARROS, M. A. Estudo de circuitos elétricos por meio de desenhos dos alunos: uma estratégia pedagógica para explicitar as dificuldades conceituais. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , Florianópolis, v. 26, n. 1, p. 24-47, 2009.

LEMKE, J. L. Travels in hypermodality. Visual communication , v. 1, n. 3, p. 299325, 2002.

MOREIRA, M. A. Aprendizagem significativa . Brasília: Editora da UnB, 1999.

NEDELSKY, L. Science Teaching and science testing . Chicago University Press, 1961.

OLIVEIRA, P.R.S. A Construção Social do Conhecimento no EnsinoAprendizagem de Química. In: Atas do IV Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências (ENPEC), Bauru, SP, 2003.

PRAIN, V.; WALDRIP, B. An exploratory study of teachers' and students' use of

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multimodal representations of concepts in primary science. International Journal of Science Education , London, v. 28, n. 15, p. 1843-1866, 2006.

SILVEIRA, F. L., MOREIRA, M. A. e AXT, R. Validação de um teste para verificar se o aluno possui concepções científicas sobre corrente elétrica em circuitos simples. Ciência e Cultura, São Paulo, 41(11): 1129 -1133, nov. 1989.

TAO, P.K.; GUNSTONE, R.F. Conceptual Change in Science through Collaborative Learning at the computer. International Journal of Science Education. v. 21, p. 3957, 1999.

WHITE, R. and GUNSTONE, R. Probing Understanding . The Falmer Press, 1992.

## APÊNDICE A

Questionário sobre motivação para aprender eletricidade (MAE) e estratégia pessoal de estudo de eletricidade (EPE)

- 1- Quando se trata de estudar Princípios de Eletricidade e Magnetismo, sempre busco um jeito de deixar para mais tarde:

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## APÊNDICE B

Questionário sobre conhecimentos básicos de eletricidade (CB)

- 1) A partir de seus conhecimentos escreva o que você sabe sobre:
- a) Corrente elétrica
- b) Tensão Elétrica
- c) Resistência Elétrica
- d) Potencial Elétrica
- 2) Represente (em forma de desenho ou esquema) a ligação de uma lâmpada elétrica.

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