PRÁTICA DE RESISTORES UTILIZANDO ARDUÍNO

## PRÁTICA DE RESISTORES UTILIZANDO ARDUINO

João Augusto F. C. Macedo 1 , Maria Inês Martins 2

## Resumo

Trata-se de uma experiência de baixo custo como suporte ao Ensino de Física experimental. Esse experimento proporciona ao aluno a construir e variar o experimento, aliando seus conhecimentos em Física à sua criatividade. Foram observadas as leituras dos valores da tensão elétrica, em seguida, verificou-se se tais leituras estão em acordo com a teoria. Esse trabalho fundamenta-se na teoria de Ausubel, incorporando o conceito de aprendizagem significativa. Os principais resultados foram: a evolução do pensamento científico do aluno, entendendo melhor a maneira como os experimentos acontecem em laboratórios; a inclusão de uma prática em sala de aula de física trazendo aos alunos uma curiosidade sobre o funcionamento dos aparelhos elétricos e suas funcionalidades; o entendimento da teoria de resistência elétrica e o uso desse tipo de material no consumo diário de seu contexto social.

Palavras-chave : Ensino de Física, Circuitos Elétricos, Arduíno

## Introdução

As atuais pesquisas na área de Ensino de Física mostram que a qualidade dos resultados obtidos pelos estudantes em exames de avaliação tem sido baixos. Esses resultados são preocupantes, pois revelam o desinteresse dos alunos em participar das aulas causando distanciamento da sala de aula, ou a sua aprovação, sem a competência adequada. Acredita-se que entre as causas para essa falta de atratividade incluem-se principalmente a carência de recursos de infraestrutura, ausência de renovação de práticas pedagógicas e uma visão incoerente sobre o ensino de Física e a ciência (BRASIL, 2000).

Sobre o papel do laboratório didático para a formação dos alunos destaca-se que é através das atividades experimentais que o aluno é estimulado a não permanecer somente no mundo dos conceitos e das 'linguagens', pois tem a oportunidade de relacionar esses dois mundos com o empírico. Recentemente, diversos trabalhos (GASPAR, 2005; HAAG, 2005; FIGUEIRA, 2004; BORGES, 2002) têm oferecido reflexões sobre o importante papel das atividades experimentais na aprendizagem de Ciências. Estas reflexões apontam ser necessário renovar tais atividades, fugindo do ensino experimental tradicional que se materializa, sobretudo através de roteiros rígidos com objetivos verificacionistas de leis científicas.

Nessa linha de raciocínio, o uso de microcontroladores permite ao educando construir seus experimentos, sensores alarmes, robôs, etc., aliando conhecimentos em Física à sua criatividade. No desafio de criar, os estudantes adquirem conhecimentos novos, os quais nem sempre são abordados de forma

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contextualizada em aula. Os microcontroladores podem ser uma ferramenta poderosa no ensino de Física.

Sendo assim, esse trabalho integra-se em estudar uma prática de resistores para a sala de aula, na intenção de melhorar o ensino didático e a ação educacional, proporcionando uma melhor aprendizagem e aproveitamento da disciplina.

## A placa Arduino-UNO na aquisição de dados automáticos

A placa Arduino-UNO (Figura 1) é uma plataforma open source que usa hardware aberto e software livre e pode ser conectada com um computador, através de uma porta USB. Essa placa permite que o docente crie rotinas de programação, tornando possível a aquisição automática de dados, possibilitando medidas de grandezas físicas como: tempo, temperatura, corrente elétrica, tensão etc. (SOUZA et al., 2011).

Os softwares e o código fonte que controlam a placa Arduino-UNO são livres, entre os quais se citam como os principais o GPL (IDE), LGPL (bibliotecas), Creative Commons (documentação de hardware), e estão disponíveis para múltiplas plataformas (BEZERRA JR. et al., 2009).

Figura 01: Plaza Arduino-Uno Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Arduino

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## Fundamentação teórica

A fundamentação teórica desse trabalho baseou-se na teoria de Ausubel, abordando o conceito de aprendizagem significativa.

Segundo a teoria de Ausubel, na aprendizagem significativa há três vantagens essenciais em relação à aprendizagem memorística. Em primeiro lugar, o conhecimento que se adquire de maneira significativa é retido e lembrado por mais tempo. Em segundo, aumenta a capacidade de aprender outros conteúdos de uma maneira mais fácil, mesmo se a informação original for esquecida. E, em terceiro,

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uma vez esquecida, facilita a aprendizagem seguinte - a 'reaprendizagem', para dizer de outra maneira. A explicação dessas vantagens está nos processos específicos por meio dos quais se produz a aprendizagem significativa, implicando, como um processo central, a interação entre a estrutura cognitiva prévia do aluno e o conteúdo de aprendizagem.

Quando o conteúdo escolar a ser aprendido não consegue ligar-se a algo conhecido, ocorre o que Ausubel chama de aprendizagem mecânica, ou seja, quando as novas informações são aprendidas sem interagir com conceitos relevantes existentes na estrutura cognitiva. Assim, a pessoa decora fórmulas, leis, mas esquece após a avaliação.

## A prática tradicional

Na prática tradicional, os alunos recebem resistores e uma tabela de código de cores para aprenderem a fazer a leitura dos valores da resistência elétrica. Em seguida, eles colocam os resistores em uma placa de protobord , a qual é alimentada por uma bateria. Com um multímetro observa-se o valor da resistência para comparar com a resistência dada pela tabela.

Algumas práticas sugerem que os alunos coloquem os resistores em série, em paralelo e em circuito misto e façam a leitura desses dados de resistência para comparar com o resultado calculado, a partir da teoria.

Entende-se que embora sejam interessantes, tais práticas são limitadas, pois se costuma aplicar o mesmo experimento para todos, seguindo um roteiro estabelecido, sem comunicação reflexiva entre os grupos, pois objetiva-se a verificação da teoria. Na prática proposta com o uso do Arduino, ao contrário, os erros servem como um excelente momento de aprendizado.

## Descrição da atividade

Este trabalho desenvolve uma prática de laboratório denominada 'Uso dos resistores em circuitos em série, paralelo e misto'.

Essa prática pode ser aplicada nas aulas de física aos alunos do ensino médio, como prática para contribuir com a aprendizagem de fenômenos estudados na eletricidade. Pressupõe-se, para o desenvolvimento da atividade, que o aluno já tenha tido uma aula teórica de resistência, circuitos em série e em paralelo.

A prática foi aplicada em uma aula de 50 minutos a 18 alunos de 3° ano diurno de uma escola pública estadual, localizada na região noroeste de Belo Horizonte.

Utilizou-se a aplicação de Questionário antes e após o projeto experimental para analisar o conhecimento que os alunos haviam adquirido com a teoria e comparar com o adquirido após a prática.

## Diagnóstico

O questionário aplicado para analisar os conhecimentos dos alunos sobre o assunto contemplou as seguintes perguntas abertas: 1) O que você entende por resistência elétrica? 2) Que tipo de experiência você já fez em Física? 3) Existe uma

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fórmula para calcular o valor da resistência elétrica de um material. Se realizarmos o experimento em um laboratório, os valores encontrados para a resistência serão idênticos? Comente a sua resposta. 4) Exemplifique a utilidade de um material de baixa resistência elétrica e de um material de alta resistência elétrica.

- O questionário aplicado para fins de diagnóstico foi analisado, utilizando-se as técnicas de análise de conteúdo propostas por Bardin (2000), classificando e transcrevendo as principais respostas que se encaixam em cada grupo. Foram pesquisados 18 alunos e para cada pergunta, agruparam-se os alunos em respostas semelhantes e correlatas. A consolidação das respostas dos alunos é apresentada no Quadro 1, a seguir:

Quadro 01: Agrupamento por resposta do questionário de diagnóstico

Fonte: Elaborado pelos autores com os dados da pesquisa

## A experiência

Material :

1 sensor LDR 1 resistor de 300Ω

2 resistores de 150 Ω 2 resistores de 600 Ω

1 potenciômetro 1 protoboard

Fios para ligação 3 arduino

Desenvolvimento :

A sala foi dividida em três grupos. O professor discute e propõe a ligação do pino1 do potenciômetro na tensão 5V, o pino 2 ao pino analógico do A0 e o pino3 no GND. Os grupos são desafiados a calcular qual a resistência necessária para melhor funcionamento do LED. Nesse momento, o professor discute o que acontece quando a resistência é menor ou maior do que a necessária. Esse momento também é

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propício para que os alunos exemplifiquem situações vivenciadas em que um equipamento eletrônico estragou/queimou/não funcionou, trazendo ao grupo a sua opinião sobre o(s) motivo(s) apresentado(s) para tais dificuldades. Entende-se como relevante procurar aproveitar este momento para, em conjunto com a turma, descontruir conceitos equivocados, e construir motivos que poderiam explicar o funcionamento inadequado do aparato eletrônico.

A resistência necessária é de 300 Ω, o primeiro grupo utiliza a resistência de 300 Ω e todos observam o perfeito funcionamento do LED. Porém, o segundo grupo não dispõe mais dessa resistência. O grupo então coloca apenas um resistor de 150 Ω, o professor nesse momento discute os danos que pode acontecer quando um equipamento eletrônico recebe uma tensão maior do que a suportada. O docente relembra os alunos das propriedades de resistências em circuitos em série, então os estudantes do segundo grupo utilizam dois resistores de 150 Ω em série para gerar os 300 Ω necessários. O terceiro grupo, fica com os 2 resistores de 600 Ω. O grupo coloca um resistor de 600 Ω porém o LED não acende. Nesse momento o professor discute a necessidade do equipamento receber uma tensão mínima necessária para seu funcionamento e sugere que o grupo estabeleça um rearranjo dos resistores disponíveis. O grupo decide calcular a resistência dos dois resistores de 600 Ω, caso fossem colocados em paralelo. Gerando os 300 Ω, o LED ascendeu com eficiência.

Após os resultados obtidos, o professor deixou que os alunos ficassem livres para manusear os equipamentos, trocando resistências entre os grupos e associando resistores como desejassem. O docente assumiu a postura de mediador, estando disponível para, sobretudo ajudá-los a interpretar os resultados.

Figura 02: Montagem Piloto. Foto de arquivo pessoal

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## Questionário final

Aplicou-se o mesmo questionário feito na fase de diagnóstico para analisar os conhecimentos dos alunos sobre o assunto após a experiência. Todos os alunos conseguiram responder todas as perguntas de maneira correta, usando linguagens científicas e informais.

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Para a questão um, os alunos disseram que a resistência elétrica é a razão entre tensão e corrente elétrica (Aluno 2,3,5,8 e 12), a capacidade de um corpo de se opor a corrente elétrica (Aluno 4), a dificuldade de passagem de elétrons (Aluno 1,6,7,9,13,15 e 18) e fizeram uma relação da resistência com o efeito Joule(Aluno 10,11,14,16 e 17).

Na questão dois, todos apontaram essa prática de circuitos em série e em paralelo e como a resistência total é fornecida nessas situações.

A questão três possibilitou observar certo amadurecimento dos alunos em relação ao que é ciência e como são feitas as observações e testagem das teorias físicas. Exemplificamos algumas dessas respostas a seguir:

'É muito difícil criar uma situação ideal como são relatados em nossos livros, isso faz com que os resultados também sejam aproximados' (Aluno 2)

'Existem muitas 'coisinhas' que temos que ignorar durante a prática, imagino que se uma fosse prática maior, um tanto de 'coisinha' poderia resultar em um desvio maior do resultado esperado pela teoria, não?'. (Aluno 12)

Na questão quatro os alunos apontaram, de um lado, chuveiro, ferro de passar roupa, prancha de cabelo, lâmpadas mais antigas como matérias de alta resistência, e, de outro lado, fio de equipamentos eletrônicos, celulares, televisão, geladeira como matérias que são ou deveriam ser de baixa resistência.

Entende-se, portanto, que a prática possibilitou a consolidação dos conceitos tratados.

## Considerações finais

Procurou-se Incorporar o avanço da tecnologia como ponte para viabilizar o desenvolvimento do Ensino de Física contextualizado e experimental. No presente trabalho aproveitou-se o baixo custo da tecnologia Arduino e sua forte utilidade e diversidade de recursos para criar essa prática de resistores.

Entende-se que o presente trabalho, conforme especificado nas análises dos questionários, cumpriu seu objetivo. Os alunos buscaram construir o conhecimento de uma maneira interdisciplinar e, visando alcançar uma realidade científica mais madura, isto é, familiarizando-se em práticas experimentais similares àquelas que realmente acontecem em laboratórios. Desse modo, tais práticas possibilitam além, incorporar e perceber a teoria levá-los a refletir sobre um contexto real, a fim de investigar situações problemas e incentivá-los a construir soluções.

Em suma, esse trabalho possibilita uma alternativa para o melhor aprendizado do estudante sobre o assunto focalizado, no caso a associação de resistores em série e paralelo. Acredita-se que o aluno ao enfrentar situações práticas com metodologias ativas não somente melhore suas faculdades intelectuais como também possa aumentar sua capacidade de criar, pensar e de solucionar problemas em seu ambiente de trabalho e em sua comunidade.

## Referências

AUSUBEL, D. P.

perspectiva cognitiva, Lisboa: Editora Plátano, 2003

Aquisição e retenção de conhecimentos: Uma .

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BEZERRA-JR, A. G.; FREITAS, M. S. T.; RODBARD, M. G.; RICETTI, R.; BUKTA, H. Demonstrações em Física Experimental com Instrumentos de Baixo Custo. In: Simpósio Nacional de Ensino de Física, 17. São Luiz, 2007. Atas... São Paulo: SBF, 2007.

BORGES, T. A., Novos Rumos para o Laboratório Escolar de Ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 19, n. 6, p. 9-31, 2002.

BRASIL, MEC. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais : Ensino Médio. Parte III. Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: MEC/SEMTEC, 2000.

FIGUEIRA, J. S.; VEIT, E. A, Usando o Excel para medidas de intervalo de tempo no laboratório de Física. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 26, n. x, p. 203- 211, 2004.

GASPAR, A. Experiências de Ciências Para o Ensino Fundamental . São Paulo: Editora Ática, 2005.

HAAG, R.; ARAÚJO, I. S.; VEIT, E. A. Por que e como introduzir aquisição automática de dados no laboratório didático de Física? Física na Escola , n.6, p. 8994, 2005.

SOUZA, A. R. et al. A placa Arduino: uma opção de baixo custo para experiências de física assistidas pelo PC. Revista Brasileira de Ensino de Física . v.33 n. 1, p.1702-1-1702-5, 2011.

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