RELATO DE EXPERIÊNCIA: ENSINO DA LEI DE OHM E MEDIDAS ELÉTRICAS

XXII Simpósio Nacional de Ensino de Física - SNEF 2017

## RELATO DE EXPERIÊNCIA: ENSINO DA LEI DE OHM E MEDIDAS ELÉTRICAS

Gabriel Marques Ruz¹, Jhonatan Felipe Bassetto Mendes¹, Leonardo Monteiro Pazito¹, Thiago Gomes de Souza¹, Emmanuela Melo Andrade Sternberg², Emmanuel Marcel Favre Nicolin³ Mariluza Sartori DorceGLYPH<31>

1 Graduando em Licenciatura em Física - Instituto Federal do Espírito Santo (gabrielruz@outlook.com, felipebassetto1@hotmail.com, monterrleo04@gmail.com, dsvexx@gmail.com)

2 Doutora em Física de Plasmas pelo Instituto Tecnológico da Aeronáutica - Professora do Instituto Federal do Espírito Santo (emmanuelasternberg@ifes.edu.br)

- ³ Doutor em Física pela Universidade Joseph Fourier - Professor do Instituto Federal do Espírito Santo (emmanuel@ifes.edu.br)
- GLYPH<31>Doutora em Educação -Currículo pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo Professor do Instituto Federal do Espírito Santo.(mariluza@ifes.edu.br)

## Resumo

- O presente trabalho relata uma aula teórica ligada à prática de Eletrodinâmica que foi realizada pelos alunos do primeiro período do Curso de Licenciatura em Física do Instituto Federal do Espírito Santo. Nessa aula, os alunos do terceiro ano do Ensino Médio foram convidados a uma experiência de modelizar um problema envolvendo circuitos elétricos considerados simples, com base na epistemologia de Mário Augusto Bunge (1974). A atividade foi desenvolvida de modo a propiciar maior relação entre teoria exposta previamente e a prática imposta com um problema a ser questionado pelos alunos com base nos conhecimentos adquiridos. Os alunos tiveram que analisar o fenômeno e refletir o processo de modo a assimilar o que foi exposto antes, durante a aula em sala, e depois, no laboratório. Essa experiência foi realizada como atividade do projeto integrador, criado no Campus Cariacica com o intuito de aproximar os graduandos em Licenciatura em Física e os alunos do ensino médio.

Palavras-chave : Ensino de Física. Modelização. Eletrodinâmica.

## INTRODUÇÃO

- O desenvolvimento do ensino de física se deu, por muito tempo, sem considerar as perspectivas da história e da filosofia da ciência (HFC). No início dos anos noventa, houve uma reaproximação entre esses dois campos dando especial atenção para a natureza da ciência dentro dos currículos de vários países (MATTHEWS, 1995). A compreensão da natureza da ciência também vem sendo destacada por muitos pesquisadores como um elemento importante no ensino de física e foi incorporada nos Parâmetros Curriculares Nacionais (MEDEIROS; BEZERRA FILHO, 2000). Um ponto fundamental da moderna filosofia da ciência é de que toda observação tem certa carga teórica (MEDEIROS; BEZERRA FILHO,

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2000) e que as posturas empiristas e verificacionistas devem ser evitadas no ensino de física. Numa visão empirista, todo conhecimento nasce a partir de observações e deve ser averiguado por meio de experiências. No ensino de física, quando é dado um enfoque empirista, os alunos trabalham com suas concepções e interagem menos com as concepções científicas. Outra perspectiva ainda muito usada no ensino de física e, em particular, nas práticas experimentais é a perspectiva verificacionista na qual o aluno atua como verificador das teorias científicas. Com base nessa perspectiva, um docente não poderá aproveitar a possibilidade de usar o experimento para externalizar os modelos que poderia ser um ponto de partida para uma mediação da aprendizagem.

Dentre as modernas filosofias das ciências, adotamos a epistemologia de Mário Augusto Bunge (1974), que destaca o processo de modelização. Nessa epistemologia, as teorias gerais, por serem gerais, não se pronunciam diretamente sobre a realidade (PIETROCOLA, 1999). Para isso, é necessária uma modelização que é vista como mediadora entre a teoria e a realidade (BUNGE, 1974). Os três quais são elementos essenciais na modelização de Bunge são o Objeto modelo, que é uma descrição conceitual e simplificada da realidade, o modelo teórico, que é usado para descrever esse recorte da realidade e que é baseado em uma teoria geral que se aplica a um determinado objeto-modelo. Para construir o modelo teórico são necessárias idealizações, simplificações. PIETROCOLA (1999) considera a modelização do real no ensino como uma abordagem capaz de provocar uma mudança de qualidade ao conhecimento científico escolar.

- O presente trabalho relata uma experiência que alguns alunos, na fase de iniciação à docência em Física, tiveram na elaboração de uma sequência de aula embasada na perspectiva de modelização. Essa sequência foi desenvolvida com base no Projeto Integrador, que é uma iniciação integrada à docência e pesquisa do curso de Licenciatura em Física do Instituto Federal do Espírito Santo, campus Cariacica, iniciado em 2016, visando aproximar os licenciandos nessa fase inicial da formação acadêmica às práticas pedagógicas.

## METODOLOGIA

Buscar entender a realidade é de fundamental importância na construção do conhecimento científico. Visando despertar no aluno o entendimento entre a realidade e a teoria, foi desenvolvida uma aula teórica ligada à prática laboratorial que teve como instrumentos de avaliação diários de bordo, que foram usados em todo o processo de elaboração e aplicação, avaliação de questionários e a observação do próprio processo durante o decorrer da aula.

Baseando-se na modelização de Bunge (1974), a primeira etapa da aula foi a fundamentação científica sobre corrente elétrica e associação de resistores. A teoria geral idealizada foi introduzida aos alunos através da projeção de slides e do uso de um simulador online . Essa etapa teve por objetivo preparar os alunos para a próxima etapa a ser realizada no laboratório, onde eles foram submetidos a uma atividade de assimilação do conteúdo abordado, estimulados à construção de ideias, reflexão sobre dados empíricos e à criação de um novo modelo teórico a partir da reflexão em grupo. Nesse processo, os orientadores só devem intervir quando necessário, e

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atuam como mediadores entre a comunidade científica e a realidade dos alunos. Um roteiro com instruções sobre alguns equipamentos do laboratório e o que fazer durante a aula prática, entregue aos alunos, serviu para dar apoio na realização do experimento.

## RELATO DE EXPERIÊNCIA

## Aula Teórica

A preparação da experiência iniciou com reuniões com o orientador, em que o foco das reuniões foi debater sobre esse momento inicial do projeto integrador.

Após a discussão dos temas contidos no plano de ensino em Física do 3º ano do Curso Técnico em Portos Integrado ao Médio, chegamos ao objetivo da aula. Foi constatado que durante o decorrer do ano, os alunos da turma não tinham contato com o laboratório de física, sendo assim, o conhecimento construído por eles tinha apenas fundamentação teórica. Diante disso, decidimos abordar o sistema de modelização de Bunge tendo como teoria geral a Eletrodinâmica, em que eles teriam que, a partir da teoria, criar um modelo teórico para uma situação em laboratório. Foi feita uma análise do plano de ensino da turma e verificou-se a falta de aulas experimentais. Devido a isso, optou-se por fazer uma aula mais simples, pois seria o primeiro contato desses alunos com a prática laboratorial.

Foi decidido ministrar sobre Lei de Ohm, associação de resistores e medidas elétricas. Antes da elaboração da aula, o grupo se reuniu no laboratório e realizou medições de corrente elétrica num resistor com o intuito de achar valores de corrente que tenham uma considerável discrepância em relação aos valores estimados com a Lei de Ohm. O objetivo foi levar os alunos a questionarem tal discrepância e criarem um novo modelo teórico que explicasse essa diferença, mostrando, assim, uma característica importante da realidade: a de ser complexa em relação às idealizações que se limitam a 'caricaturar' esta realidade da melhor maneira possível.

Como base nesses dados, foi elaborada a aula teórica. Foi usado o livro que os alunos utilizam normalmente nas aulas de física (RAMALHO; RAMARO; SOARES, 2007) como referência teórica para preparar a aula.

A aula foi exposta em slides numa perspectiva de ensino baseado na aprendizagem ativa com o intuito de criar uma maior interação e atenção dos alunos. Durante a aula, foi levantada uma série de questionamentos que permitiu maior interação e envolvimento dos alunos com o tema. Na aula teórica, foram abordados os seguintes tópicos (RAMALHO; RAMARO; SOARES, 2007):

- 1. História da lei de Ohm: Georg Simon Ohm chegou à conclusão, por meio de experimentos, que qualquer material submetido a uma diferença de potencial apresenta uma resistência constante à corrente elétrica; a essa resistência ele denominou de Resistência Elétrica.
- 2. Resistor e suas propriedades: a resistência elétrica é uma propriedade que os materiais em geral têm de dificultar o movimento dos elétrons.

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Sendo assim, a corrente elétrica tem sua intensidade reduzida naqueles materiais em que resistividade é maior. A energia dissipada da corrente pelos resistores assume diversas características, umas dela é o calor, essa dissipação de energia elétrica em térmica é conhecido por Efeito Joule .

- 3. Primeira Lei de Ohm: Georg Simon Ohm percebeu que o quociente da tensão pela corrente se mantém constante independente dos valores. A esse quociente ele chamou de resistência e redigiu a famosa Lei de Ohm. .
- 4. Simbologia: geralmente são adotados alguns símbolos para esboço de circuitos. Apresentamos para turma os símbolos que usualmente são utilizadas durante o esboço de um circuito.
- 5. Definição e aplicação de série e paralelo para resistores: os resistores de um circuito estão em série quando a corrente percorrida por todos tem a mesma intensidade. Os resistores estão em paralelo quando estão sujeitos a uma mesma diferença de potencial.

Durante a aula foi utilizado um simulador online de circuitos . Esse simulador 1 aborda os parâmetros idealizados na aula, sendo o objeto modelo ideal. Foi montado um circuito de resistores associados em série e outro de resistores associados em paralelo. Com a teoria abordada na sala, os alunos tiveram que caracterizar o resultado da simulação.

Para aproximar com a realidade dos alunos, foram levados itens envolvendo 2 resistores para a aula teórica. Foi explicado o que era cada objeto e a sua funcionalidade no cotidiano.

## Aula Prática

Após o término da aula teórica, os alunos foram liberados para um intervalo de vinte minutos de duração. A turma, composta por 36 alunos, foi dividida em dois laboratórios. Foram formados nove grupos de quatro alunos. Cinco grupos ficaram em um laboratório e os outros 4 grupos ficaram em outro. Em cada laboratório, ficaram dois orientadores.

Cada grupo recebeu um roteiro que continha as orientações para a realização da aula experimental e textos informativos do funcionamento de alguns itens que seriam utilizados. Os orientadores ajudavam quando necessário, quando surgiam dúvidas, deixando os alunos livres para realização da prática.

Os alunos realizaram as seguintes etapas:

- 1. Esboçar um circuito com um amperímetro associado em série com um resistor tendo por objetivo a medição da corrente elétrica.

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- 2. Calcular a corrente elétrica que passava em 6 valores de resistência quando submetidos a uma tensão de 1 Volt. Esses cálculos foram feitos com base na Lei de Ohm.
- 3. Medir a corrente elétrica que passava em 6 resistores que continham a resistência usada nos cálculos do passo 2.
- 4. Discutir entre o grupo os valores achados nos passos 2 e 3.

O tempo de 50 minutos destinado para a realização da aula prática não foi suficiente e, devido a isso, o restante da aula prática foi realizada no dia seguinte. Os grupos de ambos os laboratórios pararam na etapa dois.

Depois que essas etapas foram realizadas, foi pedido aos grupos que respondessem ao questionário contido nos roteiros. A primeira e a segunda perguntas convergiam para a construção de um modelo teórico alternativo que pudesse explicar as discrepâncias entre os valores obtidos na segunda e na terceira etapa. Nas outras três questões, os alunos tiveram que avaliar a aula e o material de apoio.

## AVALIAÇÃO QUALITATIVA

Durante a aula teórica, foram propostas questões rápidas que proporcionaram uma interação entre a turma e os orientadores. O uso do simulador no processo proporcionou algumas perguntas, a saber: qual a característica da corrente e da tensão em determinado resistor do circuito? O que colaborou na fixação da ideia de associação de resistores e o efeito da resistência na corrente elétrica? Nos momentos finais da aula teórica, houve uma participação maior por parte dos alunos mostrando maior compreensão do conteúdo abordado.

- O roteiro que foi entregue aos alunos para a realização do experimento continha as instruções dos passos de teriam que ser feitos e um questionário, que foi preenchido após discussões em grupo.

Os orientadores observaram que os alunos apresentaram grande dificuldade em construir um esboço no qual tinha que associar uma fonte de tensão, um resistor e um amperímetro para medir a intensidade da corrente elétrica no resistor. A dificuldade apresentada foi no posicionamento do amperímetro para realizar a medição, se ele está em série ou em paralelo com a resistência, ou se ele vem antes ou depois da resistência. No entanto, ao calcular a corrente elétrica dos resistores da tabela, quando submetidos a uma tensão de 1 Volt, tivemos uma resposta à aula teórica, onde foi possível analisar que a Lei de Ohm foi bem entendida. Os grupos usaram diversas maneiras de representar os valores matematicamente, como o uso de frações, notação científica e números decimais.

No próximo passo, que foi a montagem do circuito real do esboço realizado pelos alunos, houve uma grande necessidade de intervenção dos orientadores dos dois laboratórios. Os alunos tiveram grande dificuldade em associar os elementos do circuito como o uso dos cabos como meio de conexão entre os componentes. Um grupo sugeriu, na questão 2.3 do questionário que avaliava o material de apoio, um tópico voltado à explicação da construção de circuitos elétricos reais, mas, durante o processo, verificou-se que essa dificuldade foi comum a todos os grupos.

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Durante a medição da corrente elétrica nos resistores, alguns alunos se equivocaram com os submúltiplos da grandeza do valor mostrado pelo amperímetro, completando a tabela com valores em uma ordem de grandeza diferente. Esse equívoco pode ter influenciado na análise dos valores, que era o próximo passo do roteiro.

Foi proposta uma pergunta onde os alunos deveriam analisar se os valores obtidos foram satisfatórios, caso contrário, eles teriam que criar um novo modelo que explicasse a discrepância entre corrente calculada e medida que está expressa nas tabelas 1 e 2. Todos os alunos concordaram que houve uma diferença entre os valores, sendo que o primeiro valor da corrente elétrica entre as tabelas teve uma diferença de 35%.

No processo de construção de um novo modelo que aproximasse os valores reais medidos com os deduzidos pela teoria, grande parte dos alunos apenas justificou o caso, argumentando que se fossem consideradas a resistência interna do amperímetro e a resistência dos cabos utilizados, os valores seriam menos discrepantes. Alguns disseram que não existem amperímetros e cabos ideais; sempre terá uma resistência.

Esse processo mostrou que os alunos entendem intuitivamente a influência que a resistência elétrica ocasiona em um circuito, que é a dificuldade da passagem da corrente elétrica. À medida que se acrescenta resistência em um circuito, a corrente diminui.

Em relação ao material de apoio, os alunos responderam que o roteiro foi claro e útil para a realização do experimento, sendo que apenas um grupo sugeriu algo explicando a construção de mapas elétricos, como já foi citado antes.

Segundo os roteiros analisados, após a realização do experimento, os alunos disseram que estão aptos a realizar as medições de corrente e tensão de alguns circuitos mais básicos como os que foram utilizados no laboratório.

## Tendo como corrente calculada pelos alunos, corrente e média, valores em

Tabela 1 - Corrente Calculada

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Tendo como corrente medida pelos alunos, corrente mínima, máxima e média, valores

Tabela 2 - Corrente Medida em

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

As aulas de Física Aplicada realizadas em laboratórios têm um papel fundamental na construção do conhecimento científico. Associar a situação real com a teoria geral aprendida na sala de aula colabora para o domínio do assunto abordado. Por isso, a implementação da concepção de Bunge (1974) na elaboração das aulas de Física deve ser considerada pelos professores da área, pois segundo PIETROCOLA (1999), o sistema de modelização no ensino de física desenvolve nos alunos a capacidade de associar a realidade com a teoria e compreender o mundo em que vive que é o objetivo maior da educação científica.

- O projeto integrador possibilitou o desenvolvimento de uma abordagem didática voltada à concepção de Bunge (1974) e o primeiro contato dos graduandos em Licenciatura em Física com a docência. Esse contato tem grande valia na formação de docentes, pois proporciona uma breve análise do comportamento dos alunos no processo de aprendizagem em uma aula teórica e em uma aula prática, que são experiências completamente diferentes. Desta forma, conclui-se que o projeto integrador seria de grande relevância quando aplicado a outras áreas de docências, pois essa primeira experiência possibilita o desenvolvimento de ideias e conceitos que serão usados no decorrer da formação acadêmica.

## REFERÊNCIAS

BUNGE, M. Teoria e Realidade . São Paulo: Perspectiva, 1974.

RAMALHO JUNIOR, F. R; FERRARO, N. G.; SOARES, P. A. T. Os Fundamentos da Física 3 . 9.ed. São Paulo: Moderna, 2007.

MEDEIROS A.; BEZERRA FILHO, S. A natureza da ciência e a instrumentação para o ensino da física. Ciência & Educação , Bauru, v.6, n. 2, p. 107-117, 2000.

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## XXII Simpósio Nacional de Ensino de Física - SNEF 2017

PIETROCOLA, M. Construção e realidade: o realismo científico de Mário Bunge e o ensino de ciências através de modelos. Investigações em ensino de ciências , 4(3), p. 213-227, 1999.

MATTHEWS, M. S. História, filosofia e ensino de ciências: a tendência atual de reaproximação. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , 12(3), p. 164-214, 1995.

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