Uma prática investigativa de eletricidade para alunos de Ensino Médio.

## UMA PRÁTICA INVESTIGATIVA DE ELETRICIDADE PARA ALUNOS DE ENSINO MÉDIO

Telmo Paes Barreto Junior 1 , Ramon T. Prado 2 , Jardel C Brozeguini 3

1 IFES - Campus Cariacica, telmopbjunior@gmail.com

2 IFES - Campus Cariacica, ramon08tp@hotmail.com

3 IFES - Campus Cariacica, jardel.brozeguini@ifes.edu.br

## Resumo

A energia elétrica é uma das principais energias presentes em nosso uso diário, e sua aplicação é muito importante para a vida moderna, além de ser uns dos principais ramos de estudo e aplicação da Física. Com o intuito de avaliar o domínio dos alunos no conteúdo disciplinar de análise de circuitos CC, foi elaborada uma atividade de prática investigativa na qual os alunos eram convidados a interagir com o experimento e buscar respostas convincentes a cerca do funcionamento de um circuito de resistores em série com uma lâmpada. Para a avaliação dos alunos foi aplicado um questionário aberto que após a correção foi feita uma coleta de dados para a verificação do desempenho durante a atividade.

Palavras-chave : Prática Investigativa, Ensino por Investigação, Eletricidade, Circuitos Elétricos

## Referencial Teórico

O entendimento de conceitos físicos e sua aplicação no mundo requer um conhecimento de aplicação prática das leis que explicam a Física, no caso da eletricidade muitos efeitos e grandezas não são observáveis a olho nu, necessitando de fazer cálculos ou medições de grandezas que traduzam o efeito ocorrido.

Nossa abordagem parte do problema em que muitos alunos de ensino médio, apresentam dificuldades conceituais e de raciocínio físico, e que acabam interpretando erroneamente circuitos elétricos simples. Contamos com vasta literatura e estudos acadêmicos a respeito desse problema e diversos pesquisadores realizaram estudos a fim de mapear quais eram os possíveis problemas conceituais desses alunos.

Engelhardt e Beichner (2004) , aplicaram o teste conceitual de verificação DIRECT em 1997 e que continham 29 questões, tendo como foco temático central o estudo dos circuitos. No âmbito deste trabalho foram feitas duas versões, 1.0 e 1.1, e que ambas versões foram aplicadas a turmas de Ensino Superior e Médio dos EUA, Canadá e Alemanha. A avaliação dos resultados das duas versões aplicadas, denotaram que os alunos valiam-se de conceitos equivocados a respeito da eletricidade e que para questões diferentes, haviam também novos equívocos

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conceituais. Nessa avaliação também foi evidenciada a disparidade de desempenho entre alunos de gêneros diferentes e nível de ensino, sendo que os alunos do gênero masculino e de nível superior apresentavam maior segurança em suas respostas, refletindo nas diferenças mostradas nas análises posteriores. Grande parte das questões que foram desenvolvidas para o teste DIRECT , envolviam circuitos com baterias ligadas em série ou em paralelo com lâmpadas e essa ideia serviu de inspiração para a estruturação de nosso questionário e também na escolha do tipo de experimento a ser aplicado à turma.

Segundo Dornelles (2006) observa-se que muitos erros se devem pelo fato de que diversos conceitos elétricos concebidos pelos alunos, diferem dos conceitos determinados pela Física e aplicados pelos físicos no seu uso diário. Portanto, acabam por desenvolver um vocabulário científico escasso e um entendimento demasiadamente superficial acerca da eletricidade, muito baseada na experiência diária vivida pelos alunos.

Toda a discussão acerca do tema, nos motivou a buscar métodos mais interessantes para a apresentação do conteúdo de circuitos, priorizando o desenvolvimento do pensamento crítico, como também trazer maior significação para o estudo da Lei de Ohm e sua aplicação a situações reais. Para tal foi desenvolvida uma aula de prática experimental onde os alunos eram convidados a investigar sobre o funcionamento do circuito proposto sob supervisão de um professor.

Carvalho(2013) em sua obra intitulada Ensino de Ciências por Investigação: Condições para implementação em sala de aula, vem a elucidar a temática da aplicação desta metodologia de ensino.

Ao fazer uma questão, ao propor um problema, o professor passa a tarefa de raciocinar para o aluno e sua ação não é mais a de expor, mas de orientar e encaminhar[...]' (CARVALHO, 2013, p. 2).

Em síntese, em uma atividade moldada a partir dessa metodologia, em sua execução, caberia ao aluno a missão de buscar, analisar e explorar ao máximo o experimento, buscando a resolução dos problemas encontrados durante a atividade, e responder um relatório contendo questões pertinentes aos pontos principais de funcionamento do circuito. Após a análise e correção dos relatórios temos um panorama geral dos temas nos quais os alunos tiveram dificuldades e a posterior exposição desses conteúdos será mais proveitosa, pois o aluno encontrará subsídios necessários para raciocinar e entender melhor sobre o tema.

De acordo com Sasseron(2012, p.118)

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'[...] A construção do conhecimento é marcada pela busca da equilibração: quando uma nova situação é apresentada, não encontrando referências ou formas de compreensão nas estruturas já existentes, o indivíduo passa por um processo de desequilibração, que pode ser temporário[...], com um novo entendimento da situação.' (SASSERON, p. 118).

Com essa proposta pensamos, sobre a perspectiva do aluno como receptor, tornar-se um buscador ativo do conhecimento, tendo como suporte e inspiração para tal, estar inserido em uma metodologia que o instigue o espírito curioso, que se faz muito necessário no mundo científico em geral.

## Metodologia:

Com o intuito de avaliar o nível de aprendizado adquirido durante atividade e o nível de proficiência da turma foi aplicada uma atividade de prática investigativa para uma turma do IFES - Campus Cariacica, do curso de Técnico em Portos Integrado ao Ensino Médio, na grade curricular de Física. A atividade consistia na análise de um circuito em série de resistores fixos e variáveis com uma lâmpada.

Conforme exposto no diagrama elétrico ao lado, a atividade foi desenvolvida com a utilização de um kit didático (Fig.2) , disponível no laboratório da própria instituição. Esse kit foi disposto na forma de blocos de montagem, semelhante a um quebra-cabeças, sendo que em cada peça contém um componente eletrônico ou elemento de ligação do circuito, possibilitando ao aluno a montagem da maioria dos circuitos elétricos utilizados na aprendizagem da eletricidade no ensino médio.

Figura 02: Experimento em aplicação

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Figura 01: Diagrama do circuito elétrico.

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Selecionamos um circuito (Fig. 01) em que seu funcionamento possibilitasse ao aluno uma observação mais clara e fácil da interação entre as grandezas elétricas, e seguindo essa linha de pensamento, incluímos um ponto de interação direta no experimento e outro elemento que transmitisse uma informação visual concernente a interação ocorrida, um resistor variável e uma mini lâmpada incandescente de 12 V.

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A cada grupo foi disponibilizado o seguinte material:

- - Kit didático de Eletricidade Básica (Lâmpada, resistores, interruptor);
- - Fonte Variável CC;
- - Multímetro Analógico;

Como nosso tempo de aplicação foi limitado, decidimos por dinamizar a atividade, dispondo os circuitos previamente montados e ligados a fonte, cabendo aos alunos somente a missão de fazer a análise, interagir e responder o questionário proposto.

Foram desenvolvidas quatro questões abertas a fim de possibilitar ao aluno, responder em linhas gerais o que observou durante o experimento. Para tal, a turma foi dividida em cinco grupos, onde cada membro recebeu um questionário a ser respondido individualmente, porém caberia aos alunos buscar solucionar as questões do questionário em grupo.

Figura 03: Vista geral da aplicação

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## Funcionamento do Experimento:

Liga-se a fonte, e o circuito é prontamente alimentado com a tensão de 12V, observa-se que a lâmpada não acende e um primeiro questionamento é levantado, pois esperava-se que ela acendesse imediatamente. Com o ocorrido, partimos para manipular o resistor variável e ao girar o seu botão, observamos que a lâmpada

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acende, mas sua luminosidade é variável de acordo com a posição angular do botão acoplado ao resistor variável.

Concluímos que ao variarmos a posição angular do botão, estaremos ao mesmo tempo, variando seu valor resistivo e consequentemente variando também a corrente total do circuito em série. Essa variação de corrente se reflete no maior ou menor aquecimento do filamento interno da lâmpada e por consequência no seu aparente brilho.

## Questões e Objetivos:

Como dito anteriormente, foi aplicado a turma, um questionário contendo quatro questões abertas relacionadas ao circuito estudado. Na última questão além das linhas disponíveis para a escrita da resposta, foram disponibilizadas duas lacunas para preenchimento com os valores obtidos através da medição das grandezas elétricas via multímetro disponibilizado durante a atividade. A cada questão está relacionado certo número de objetivos a serem alcançados e eles variam de acordo com a complexidade da questão.

Questão 1. Descreva o comportamento referente ao brilho apresentado pela lâmpada de 12 V quando variamos a posição do resistor de 250 ohms.

## Objetivos:

Identificar a variação do brilho da lâmpada e associar o brilho às variações de corrente e tensão;

Questão 2. Descreva o que ocorre com a corrente que atravessa o resistor de 50 ohms quando o brilho da lâmpada varia.

## Objetivos:

Identificar que a corrente é a mesma para todos os elementos do circuito; Identificar que a corrente que passa pelo resistor varia na mesma proporção do brilho;

Questão 3. Descreva sobre o comportamento do brilho da lâmpada quando a resistência de 50 ohms é trocada por uma de 100 ohms.

## Objetivos:

Identificar diminuição no brilho e na corrente elétrica; Identificar alteração no limite de mínimo e máximo relativo ao brilho da lâmpada; Identificar a alteração nos valores de queda de tensão nos elementos do circuito;

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Questão 4. Se caso a lâmpada seja removida, qual será o efeito imediato no circuito em termos de corrente elétrica e tensão nos resistores, se possível dê o novo valor de corrente Imax e Imin:

## Objetivos:

Identificar a alteração nas quedas de tensão e na corrente elétrica; Fazer as medições pedidas corretamente;

## Análise dos Resultados:

Para a análise de desempenho dos alunos, foi estabelecido um modelo de avaliação em que cada resposta foi avaliada de acordo com o número de objetivos alcançados pela resposta, ou seja, a classificação da resposta redigida na folha do questionário era proporcional ao desenvolvimento demonstrado na questão respondida.

## Critérios de Avaliação:

## C - Correta

O aluno ao responder atingiu cerca de 100 por cento dos objetivos requeridos pela questão; Desenvolveu bem sua resposta;

## P - Parcialmente Correta

Atingiu cerca de 50 por cento dos objetivos; Apresentou algumas deficiências para definir os conceitos físicos; Não soube correlacionar os efeitos observados com as grandezas envolvidas;

## I - Indiferente

Resposta incoerente; O aluno não respondeu a questão;

Os questionários recolhidos foram codificados e a resposta de cada questão foi avaliada dentro dos parâmetros pré-estabelecidos acima, com isso obtivemos os dados necessários para a tabulação e mapeamento do desempenho geral da turma em cada questão.

Quadro 01: Qualificação das respostas.

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Com a tabulação dos dados, geramos um gráfico de desempenho da atividade aplicada a turma:

Figura 04: Gráfico dos índices de respostas por questão.

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Para cada questão, estão organizados em três indicadores verticais que representam os níveis de resposta: correta, parcial e indiferente.

## Conclusões Finais:

Durante o processo, muitas dúvidas sobre o tema foram levantadas pelos alunos mas devido à dinâmica da atividade todas as solicitações feitas pelos alunos não foram possíveis de serem atendidas de forma a não influenciar a avaliação do desempenho geral da turma. Após a correção dos questionários foi possível obter informações pertinentes aos conteúdos nos quais os alunos não possuíam domínio, situação que demandará uma possível aula posterior a atividade aplicada para que todos os questionamentos sejam atendidos.

Em nosso universo de estudo não foram levadas em consideração diferenças de gênero ou de nível de instrução pois nosso trabalho foi aplicado a somente uma turma do Curso de Técnico em Portos Integrado ao Ensino Médio do IFES Campus Cariacica, mas em referência aos trabalhos de Engelhardt e Beichner, o experimento apresentado no formato de circuito série de resistores com uma lâmpada, seguiu um padrão semelhante ao aplicado nas questões do teste DIRECT , mantendo a consonância com as dúvidas que os alunos integrantes dos grupos possuíam.

Desde o início da aplicação foi notadamente observado a discussão entre os membros dos grupos. Além dos fatores individuais, nosso trabalho priorizou também

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a colaboração coletiva dos grupos, pois mesmo que os alunos envolvidos não tivessem total segurança no conteúdo estudado, seria necessária a comunicação e a troca de experiências entre os membros de forma a buscar a melhor resposta possível, reforçando assim a nossa proposta de uma prática investigativa.

Conforme a citação apresentada anteriormente em nosso referencial teórico (Sasseron, 2012), o processo de desequilibração temporário, em nossa atividade, ficou demostrado através do receio inicial apresentado pelos alunos e a toda discussão motivada, perante a situação no qual se depararam, de total liberdade para interagir e buscar soluções, sem intervenção do professor ou de um facilitador. Com a discussão e o consenso entre os membros dos grupos, e o posterior preenchimento dos questionários, ocorreu a equilibração do processo, adquirindo conhecimentos novos e consolidando conceitos.

## Referências

CARVALHO, A. M. P. Ensino de Ciências por Investigação: Condições para implementação em sala de aula. São Paulo: Cengage Learning, 2013.

DORNELES, P.F.T. ARAUJO, I.S. VEIT, E. A. Simulação e modelagem computacionais no auxílio à aprendizagem significativa de conceitos básicos de eletricidade - Parte I. RBEF, Porto Alegre, v. 28, n. 4, p. 487-496, 2006.

ENGELHARDT, P.V., BEICHNER, R. J Students understanding of direct current resistive electrical circuits. North Carolina: Department of Physics, North Carolina State University, 2004.

SASSERON, L. H. As perguntas em aulas investigativas de Ciências: a construção teórica de categorias. O Ensino por investigação pressupostos e práticas . São Paulo: USP, 2012.

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