AULA NO LABORATÓRIO DE FÍSICA SOBRE ELETRODINÂMICA: o que pensam os alunos do ensino médio

## AULA NO LABORATÓRIO DE FÍSICA SOBRE ELETRODINÂMICA: o que pensam os alunos do ensino médio

Gabriel de Freitas Coelho Carre , Leandro Esteves Leitão , Luciene 1 2 Fernanda da Silva , Maria Cristina do Amaral Moreira 3 4

- 1 Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia do Rio de Janeiro, carre1801@hotmail.com 2 Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia do Rio de Janeiro,

leandroesteves91@hotmail.com

- 3 Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia do Rio de Janeiro, luciene.silva@ifrj.edu.br
- 4 Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia do Rio de Janeiro, maria.amaral@ifrj.edu.br

## Resumo

O presente trabalho tem como um dos objetivos compartilhar uma atividade de circuitos elétricos em uma turma de ensino médio do Instituto Federal do Rio de Janeiro. Portanto, acompanhamos uma aula de física em um laboratório, na qual este conteúdo foi abordado por meio de uma atividade prático experimental pautada em um roteiro de problema aberto, com o auxílio de monitores visando uma aprendizagem significativa. Outro objetivo foi o de analisar quantitativa e qualitativamente as perspectivas e opiniões dos alunos, por meio de um questionário anônimo e da observação participante dos monitores. O problema descrito no roteiro da atividade trata de como montar um circuito elétrico de iluminação, cujas malhas deveriam funcionar independentemente uma da outra por meio de montagem de maquetes dos alunos. A atividade leva os alunos a realizarem tentativas, descobertas, reflexões, chegarem às soluções de problemas relativos a circuitos elétricos. A análise do questionário respondido pelos alunos informou que esses além de sugerirem a realização de atividades semelhantes para os conteúdos da física e de outras disciplinas, afirmaram que a experiência foi interessante, aspecto esse relevante para a aprendizagem significativa. Sugerimos o laboratório virtual para a realização de atividade semelhante sobre circuitos elétricos. Esse pode ser um complemento ou uma substituição caso surjam dificuldades não previstas no planejamento da aula tais como improvisos, que, entretanto, não devem desestimular o uso do laboratório presencial.

Palavras-chave: Resolução de problemas, circuitos elétricos, aula de laboratório, aprendizagem significativa.

## Introdução

A aprendizagem dos alunos se desenvolve por meio de um processo constante de construção do conhecimento de conteúdos sobre as ciências, de acordo com a interpretação acerca do mundo material e imaterial.

Planejar e avaliar os conteúdos programáticos faz parte da elaboração da dinâmica do ensino, na qual a informação é exposta de forma arbitrária e hierárquica, e tópicos relevantes são seguidos dos subtópicos, num modelo de aprendizagem em diferenciação progressiva em que um novo conteúdo é acrescentado ao conteúdo anterior. Dessa forma, o aluno pode fazer uma diferenciação do significado do subtópico apresentado por meio de seu conhecimento prévio. Esse conhecimento o possibilita analisar uma nova informação, diferenciá-la do anterior, e saber também fazer uma integração de ideias, ordenando o novo conhecimento adquirido:

O conhecimento prévio é, na visão de Ausubel, a variável isolada mais importante para a aprendizagem significativa de novos conhecimentos. Isto é, se fosse possível isolar uma única variável como sendo a que mais influência novas aprendizagens, esta variável seria o conhecimento prévio, os subsunçores já existentes na estrutura cognitiva do sujeito que aprende. (MOREIRA, 2012 p.07).

Assim sendo, para Ausubel as condições primárias para aprendizagem significativa são: o material para a aula (livros, vídeos, aplicativos, maquetes…); e os estudantes que devem ter em sua mente conceitos recém-adquiridos, que funcionarão como ideias-âncora para relacionar cada conceito ao que está sendo posto em prática na atividade. A segunda condição é a mais desafiadora: o aluno deve desejar relacionar os seus saberes prévios de forma não arbitrária e não literal ao exercício prático e/ou teórico que está sendo posto em prática. Isso é a base da predisposição e interesse no saber puro, não apenas no conhecer superficial (MOREIRA, 2017).

É importante ressaltar, como resume Moreira (2017), que as metodologias de ensino comumente adotadas em aulas de Física atualmente, são contrárias aos preceitos declarados por Ausubel, por se focarem apenas na aprendizagem mecânica. Nas palavras daquele autor,

1.Se tivesse (Ausubel) que reduzir toda a psicologia educacional a um só princípio, enunciaria este: de todos os fatores que influem na aprendizagem, o mais importante é o que o aluno já sabe; averígue-se isso e ensine-se de acordo

- 2.Aprendizagem mecânica é a aprendizagem puramente memorística, sem significado, sem compreensão, sem capacidade de explicar, de transferir.
- 3. Serve para reproduzir, a curto prazo, respostas em provas quando a matéria é a mesma que 'foi dada' pelo (a) professor (a) nas aulas.
- 4. É a que predomina na escola. (p.04)

Manter os estudantes engajados e motivados é constantemente um desafio. Na contemporaneidade alguns interesses vêm se sobressaindo entre os jovens, por exemplo, aqueles presentes nos espetáculos audiovisuais, sejam eles filmes, séries, vídeos curtos, expostos na mídia e no espaço virtual, o que os leva a todo instante a um bombardeio de informações.

Deste modo, a questão que direciona esse estudo é a de tentar entender como os alunos do ensino médio-técnico respondem a uma aula de física no laboratório presencial ao realizar uma atividade envolvendo circuitos elétricos.

Segundo Schimitd e Tarouco (2008), os laboratórios de aprendizagem podem ser definidos em três modelos: presencial, remoto e virtual. O laboratório presencial é aquele utilizado corriqueiramente em cursos presenciais, no qual o aluno manipula diretamente os materiais constitutivos dos experimentos, no mesmo espaço e tempo que seus colegas e na presença do professor. O laboratório remoto é aquele que se encontra distante do aluno quando de sua utilização. Nesse tipo, a prática ocorre através de alguma interface que realiza a mediação entre o aluno e os materiais e equipamentos. Essa interface permite o controle à distância dos instrumentos e materiais reais que se encontram em lugar distinto daquele ocupado pelo aluno. Por último, o laboratório virtual é aquele

baseado em simulações. O aluno não interage com instrumentos e materiais reais, mas com representações computacionais da realidade.

No estudo que apresentamos damos ênfase ao laboratório presencial e virtual.

## Metodologia

- O estudo que realizamos é qualitativo, uma vez que o aspecto mais relevante uma vez que procura por fenômenos por intermØdio de coleta de dados (questionÆrios, entrevistas) com Œnfase no conhecimento das particularidades e experiŒncias individuais, de forma a entender motivos, opiniıes e motivaçıes subjacentes ao problema do estudo. (Thiollent, 1980).

A pesquisa possui cunho qualitativo, no qual o foco é o aspecto subjetivo do objeto analisado, tendo sido realizadas várias leituras do material (questionário e observação participante). Essas leituras foram analisadas a partir do referencial com o objetivo de sistematização. Buscamos apreender de uma forma global as ideias principais trazidas pelos participantes da pesquisa e os seus significados gerais por meio da análise do conteúdo (BARDIN, 2011).

- O trabalho teve como alvo acompanhar uma atividade realizada com uma turma de alunos do ensino médio-técnico, de um campus do Instituto Federal do Rio de Janeiro (IFRJ), em uma aula de física realizada em um dos laboratórios deste campus. A partir da aula, procuramos entender os desdobramentos na aprendizagem gerada pela atividade.

A atividade proposta pela professora de física da turma foi a de ensinar eletrodinâmica (circuitos elétricos) com sua turma do ensino médio cujo técnico (integrado) é voltado para química.

Inspirada pela proposta de atividade do livro ' Física : conceitos e contextos pessoal, social, histórico' (PIETROCOLA et al., 2013), ela preparou um roteiro, ilustrado na figura 01, entregue para cada grupo da turma. A proposta foi um projeto na prática, para revisar e concretizar o conteúdo de eletrodinâmica, geralmente considerado difícil pelos alunos. A turma, acompanhada da professora e de licenciandos em física, também do IFRJ, realizou no laboratório a atividade que consistia em fazer uma maquete de uma casinha na qual foi montado dois sistemas de iluminação elétrica independentes, um simples com interruptor (acionamento ligado/desligado) e lâmpada únicos, instalado na cozinha e outro mais complexo com dois interruptores (acionamento circuito 1 ou 2), ligados em freeway, e duas lâmpadas ligadas em paralelo instaladas na sala dessa maquete de casa. Para tanto, além de construir a maquete os estudantes precisariam projetar a planta dos circuitos elétricos e verificar se estavam em conformidade com o que o roteiro instruía.

Foram utilizados interruptores simples de uma via com acionamento ligado ou não (SPST) e interruptores de uma via que acionam circuitos diferentes (SPDT) dentro da malha correspondente ao freeway , pilhas AA de 1.5 V, LEDs e fios. Uma simulação do sistema elétrico foi feita dentro da própria instalação do laboratório. Todo o material do circuito elétrico foi fornecido (com exceção das pilhas), e os professores e monitores estavam a postos para dar todo o suporte necessário aos estudantes.

Figura 01: Roteiro do problema aberto

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Fonte: adaptado do livro didático

Aproximadamente um mês após a atividade, foi passado um questionário para avaliar a opinião dos estudantes sobre a atividade elaborada:

Quadro 01: questionário aplicado na turma

- 1) O 'problema aberto' que solucionamos no laboratório de física tornou a eletrodinâmica mais concreta ou compreensível? ( ) sim ( ) não ( ) parcialmente \_\_\_\_\_%
- 2) Essa atividade foi interessante? ( ) sim ( ) não ( ) parcialmente \_\_\_\_\_%
- 3) De alguma forma te estimulou a buscar outras informações, despertou sua curiosidade ou te motivou a estudar mais sobre eletricidade? ( ) sim ( ) não ( ) parcialmente\_\_\_\_\_%
- 4) Gostaria de fazer outra atividade semelhante com outros assuntos da física ou com outras disciplinas? ( ) sim ( ) não
- 4a) Se sim, quais?\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_
- 5) Sugestões ou observações:\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Fonte: autoria própria

## Resultados e discussões

Tivemos uma amostra de 20 alunos de um total de 35 que fizeram a atividade, na qual foram obtidas respostas objetivas e discursivas atendendo os critérios de análise quantitativa e qualitativa da pesquisa.

Quadro 02: Respostas do questionário

Fonte: autoria própria

A menor porcentagem de compreensão dos conteúdos abordados na atividade, descrita nas amostras para a questão 1, foi de 55% de compreensão da eletrodinâmica, o que é extremamente positivo pois ninguém, dos que responderam, negou que tivesse compreendido a maior parte da aula.

Como as perguntas 2 e 3 são mais subjetivas ou dependiam de uma certa predisposição e de preferências que mudam de pessoa para pessoa, houve um espectro completo de respostas. A turma majoritariamente afirmou na resposta da 2 que essa atividade foi interessante e nós, professora e licenciandos (autores deste artigo) testemunhamos o envolvimento desta turma durante a execução das maquetes (os grupos se empenharam e não desistiram até as maquetes estarem prontas e funcionando, sendo que alguns ficaram trabalhando até depois do término do horário da aula). Houve, entretanto, um aluno que negou ter achado a atividade interessante e é bom que percebamos isso quanto antes: dificilmente conseguiremos conquistar o interesse de todos com uma única metodologia ou recurso de ensino. A necessidade de ser um professor dinâmico é evidenciada em situações como esta ou quando aquele aluno que se esmera não consegue atingir nem sequer a aprendizagem requerida e por tantas outras situações que exemplificam essa necessidade.

Foi constatado no momento da aplicação do questionário que a terceira indagação poderia ter sido dividida em 3 subitens (a, b, c) separados para que houvessem indicativos mais claros acerca de o que (a) 'estimulou a buscar outras informações'; (b) 'despertou a curiosidade'; e (c) 'motivou estudar mais', levando a redistribuição mais evidente das respostas. A princípio, considerávamos que a escolha pela resposta "sim" corresponderia a 100% afirmativo e pela resposta 'não', 100% negativo, todavia é válido citar que tivemos parciais com 25%, 50%, 65%, 70%, 80% e 85% de estímulo que a atividade foi capaz de despertar nos alunos, segundo eles mesmos. A disparidade se tornou um obstáculo para

analisar os dados com maior exatidão e nitidez, mas o balanço ainda é positivo no que diz respeito à procura por conhecimento extracurricular.

As respostas das questões 4a) e 5 foram, como o esperado, variadas de acordo com as perspectivas de cada aluno, inclusive surpreendentes, se comparado aos comentários, de cansaço e de nervosismo com uma avaliação de outra disciplina que ocorreria em seguida a atividade de laboratório, fato esse esclarecido pelos alunos. Houve sugestões de realizar atividades semelhantes em outras disciplinas, dentre elas química e matemática, e também na própria física, com conteúdos de eletromagnetismo e calorimetria.

Quanto às sugestões e observações contidas no item 5 do questionário a maioria se referiu a necessidade de maior interferência dos monitores que estavam buscando material em outras salas. Um dos participantes sugeriu que fossem usados interruptores menores para se adequar a maquete, pois os que foram disponibilizados eram grandes demais (desproporcional, pois foi fabricado para outros usos). Por fim, um aluno que sugeriu que fosse estudado a fundo este conteúdo antes da prática.

## Uma sugestão de laboratório virtual

Certos de que nem todas as escolas de educação básica oferecem estrutura de um laboratório presencial além da maioria dos professores de Física não disporem do auxílio de monitores (primordial para a realização dessa atividade), apontamos como uma possibilidade para a aprendizagem da matéria de circuitos elétricos, a utilização de laboratórios virtuais como complementação ou substituição da atividade.

Os avanços tecnológicos vêm proporcionando uma gama de informações disponíveis a todo o momento e em tempo real, fazer uso desses mecanismos e ferramentas é fundamental para um bom processo de aprendizagem. Utilizar softwares e programas para representar situações que ficariam difíceis ou até mesmo inviáveis de reproduzir em laboratório e é extremamente vantajoso para a compreensão do aluno. Ele consegue abstrair de forma eficaz o conteúdo, que assim como os métodos anteriores é passado de forma não-literal e não arbitrária. O uso dessas tecnologias também incentiva a versatilidade, maturidade e curiosidade dos jovens.

Tendo isso em conta, sugerimos o uso alternativo de uma simulação para os professores interessados em replicar a atividade com suas turmas, caso não possuam materiais, laboratório ou monitores à disposição, realizem o problema aberto analisado. A simulação sugerida encontra-se disponível no link &lt; https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc-virtuallab/latest/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab\_pt\_BR.html &gt; (Acesso em: 28 jun 2018). Essa simulação permite a criação de circuitos em ambiente virtual com o uso de pilhas, lâmpadas, fios de ligação etc. A figura 02 mostra um circuito sugerido que resolve o problema aberto proposto.

Figura 02: simulação em laboratório virtual do roteiro da atividade proposta

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Fonte: site Phet

## Conclusão

Observamos que a atividade da maquete poderia ser mais eficiente na operacionalização, pois a preparação prévia dos materiais para a atividade prática foi subestimada e consequentemente ocasionou atraso, desorganização e rodízio de material (improviso). No entanto, a aprendizagem ocorreu de maneira satisfatória, ao final todos os grupos tiveram êxito na formulação e construção do circuito mesmo que, alguns mais autônomos e outros precisando de ajuda dos monitores ou da professora. Isso nos leva a crer que esse nível escolar ainda tem necessidade de maior atenção e mediação por parte dos monitores e da professora levando-os a uma compreensão melhor.

Ao trabalhar a parte prática de uma atividade devem-se levar em conta conhecimentos prévios (subsunçores) que os estudantes possuem acerca do experimento/conteúdo estudado. Embora o experimento proposto tenha sido o mesmo para todos, a formulação das ideias e os conceitos teóricos supostos pelos estudantes variaram entre si. Isso foi evidenciado principalmente ao constatarmos a sugestão de um aluno de que o conteúdo fosse aprofundado em sala antes da prática.

Ressalta-se que o conteúdo sobre resistores, associação de resistores e circuitos havia sido já discutido em sala pela professora da turma, com base em outros tipos de problemas. Isso não invalida, no entanto, a atividade da maquete como um material que conseguiu ser potencialmente significativo, mas evidencia a necessidade do acompanhamento de um professor ou instrutor nessa nova atividade para tirar dúvidas, auxiliar e estimular também a reflexão sobre o novo problema proposto, fazendo o próprio estudante conectar os conhecimentos prévios com os novos, chegar a sua conclusão, atingindo uma aprendizagem significativa.

Após a atividade os estudantes justificariam o fato observado correlacionando-o com sua hipótese anterior de forma a corrigir, adaptar ou reformular sua ideia prévia.

Portanto, os estudantes foram, por meio dessa atividade, constantemente estimulados, desafiados a observar, levados a contribuir com suas curiosidades em relação ao experimento e ao fenômeno estudado sobre eletrodinâmica.

## Referências

BARDIN, L. Análise de conteúdo . Lisboa. Ed. Edições 70, 2011.

MOREIRA, M. A. Grandes desafios para o ensino de Física na educação contemporânea. Revista do professor de física , v. 1, n. 1, p. 07, 2017.

MOREIRA, M.A. O que é afinal Aprendizagem Significativa? Aula Inaugural do Programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências Naturais, Instituto de Física, Universidade Federal do Mato Grosso, Cuiabá, MT, 2012, Aceito para publicação, Qurriculum , La Laguna, Espanha, 2012.

PIETROCOLA, M. et al. Física : conceitos e contextos pessoal, social, histórico.1ª Ed. São Paulo: FTD, 2013. (eletricidade e magnetismo, ondas eletromagnéticas, radiação e matéria; vol. 3)

SCHIMIDT, M. A. R.; TAROUCO, L. M. R. Metaversos e laboratórios virtuais -possibilidades e dificuldades . Revista de Novas Tecnologias na Educação , Porto Alegre, v. 6, n. 1, p 1-12, jul/2008.

THIOLLENT, M. Crítica metodológica, investigação social e enquete operária . São Paulo: Polis, 1980.