A CONSTRUÇÃO DE UM ''TREM ELETROMAGNÉTICO": UMA PROPOSTA LÚDICO-EXPERIMENTAL PARA INCENTIVAR O INTERESSE POR FÍSICA EM ALUNOS DO ENSINO BÁSICO

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## A CONSTRUÇÃO DE UM 'TREM ELETROMAGNÉTICO': UMA PROPOSTA LÚDICO-EXPERIMENTAL PARA INCENTIVAR O INTERESSE POR FÍSICA EM ALUNOS DO ENSINO BÁSICO

Gleydson Santa Brígida Quadros 1 , David Jonathas Borges de Castro , 2 Andrey Gomes Martins 3 , Frederico da Silva Bicalho 4

1 Universidade do Estado do Pará, glequadros@gmail.com 2 Universidade Federal do Pará/Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Prof. Nagib Coelho Matni, davidjonathas2001@yahoo.com.br 3

Universidade do Estado do Pará, andrey\_martins@uepa.br

4 Universidade do Estado do Pará, fredbicalho@uepa.br

## Resumo

Este trabalho relata uma experiência de ensino de Física baseada em uma atividade lúdica e experimental, realizada com estudantes do ensino fundamental de uma escola pública de Belém-PA, participantes do projeto Mundiar, que atende alunos em distorção idade-série. Objetivou-se facilitar a compreensão de conceitos de Magnetismo, bem como incentivar de modo geral o interesse dos alunos pela Física, mostrando que essa Ciência está presente no cotidiano e que seus assuntos podem ser abordados de forma alternativa ao ensino tradicional. Inicialmente foi feita uma sondagem de conceitos, visando conhecer as concepções prévias dos estudantes. Após isso, procedeu-se à preparação para o experimento, seguida da montagem de um aparato tecnológico de aprendizagem. Foi dada ênfase à participação ativa dos alunos na montagem e execução do experimento, feito com materiais facilmente acessíveis e de baixo custo. Como resultado da atividade, observamos uma melhoria na compreensão dos conceitos envolvidos no experimento, bem como uma maior motivação dos estudantes para estudar e aprender Física.

Palavras-chave: Ensino de Física. Experimentação. Ludismo. Magnetismo.

## Introdução

Na abordagem tradicional do ensino de Física parte-se de representações muito abstratas e pouco atrativas, do ponto de vista dos estudantes do ensino fundamental. Mostrar que a Física está presente no cotidiano do aluno é um desafio a ser enfrentado, como indicam os Parâmetros Curriculares Nacionais+ (PCN+):

a Física deve apresentar-se, portanto, como um conjunto de competências específica que permitam perceber e lidar com os fenômenos naturais e tecnológicos, presentes tanto no cotidiano mais imediato quanto na compreensão do universo distante. (BRASIL, 2002, p. 2),

e a busca por métodos adequados a essa finalidade tem se tornado cada vez maior no meio acadêmico.

Partindo desta premissa é importante ressaltar que apresentar a Física no cotidiano do aluno significa contextualizar, e, portanto,

Contextualizar o conteúdo que se quer aprendido significa, em primeiro lugar, assumir que todo o conhecimento envolve uma relação entre sujeito e objeto. O tratamento contextualizado do conhecimento é o recurso que a

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escola tem para retirar o aluno da condição de espectador passivo (BRASIL, 1998, p. 34).

Dessa forma, o papel do professor é colocar o aluno em contato com o conhecimento científico de modo que ele consiga ver que o mesmo se aplica à sua vida cotidiana. Sustentando essa hipótese, temos o modelo construtivista de ensino de Jean Piaget, segundo o qual 'o construtivismo não é uma prática nem um método, e sim uma teoria que permite conceber o conhecimento como algo que não é dado e sim construído e constituído pelo sujeito através de sua ação e da interação com o meio' (BECKER, 1994 apud NIEMANN; BRANDOLI, 2012).

Para Piaget o sujeito está em equilíbrio com o meio, e então há a interação do sujeito com o conhecimento. A partir da interação com o conhecimento gera-se a assimilação do conteúdo. O sujeito, que já teve contato com o conteúdo, ao ser colocado diante de uma nova experiência, saberá aplicar o conhecimento aprendido. Portanto, deve-se expor este sujeito ao meio, colocando-o em contato com o conhecimento. Por exemplo, pode-se oportunizar ao aluno que ele mesmo construa e manipule um aparato experimental, permitindo-lhe assim assimilar o conhecimento e aplicar no seu dia-a-dia de forma mais fácil. (BECKER, 1994 apud NIEMANN; BRANDOLI, 2012; JÓFILI, 2002).

Nesse sentido, uma estratégia de ensino que permite apresentar a inserção da Física no cotidiano dos alunos é a experimentação. A proposta de ensino aqui apresentada foi aplicada na Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Prof. Nagib Coelho Matni, como atividade do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID), financiado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, ligada ao Ministério da Educação do Brasil. Participaram da atividade seis alunos do ensino fundamental, aos quais serão atribuídos nomes fictícios para preservar suas identidade, todos participantes do Projeto Mundiar, que é um programa de correção de fluxo escolar (distorção idade-ano de ensino), implantado pela Secretaria de Estado de Educação do Pará. A atividade consistiu na criação e desenvolvimento de um aparato tecnológico de aprendizagem (ATA): um 'mini trem magnético', construído pelos próprios alunos, de modo a abordar conceitos de Física de forma lúdica e atrativa, tendo por base a filosofia da aprendizagem ativa.

## Metodologia

Optamos por utilizar a pesquisa-ação, por acreditarmos no seu caráter participativo, de impulso democrático e de contribuição à mudança social. A pesquisa-ação é uma metodologia comumente utilizada em projetos de pesquisa educacional. Segundo Thiollent (2002, p. 75 apud VAZQUEZ; TONUZ, 2006, p. 2), 'com a orientação metodológica da pesquisa-ação, os pesquisadores em educação estariam em condição de produzir informações e conhecimentos de uso mais efetivo, inclusive ao nível pedagógico', o que promoveria condições para ações e transformações de situações dentro da própria escola.

A pesquisa-ação permite associar ao processo de investigação a possibilidade de aprendizagem, pelo envolvimento criativo e consciente tanto do pesquisador como dos demais integrantes. Daí sua importância, como instrumento, ao mesmo tempo, de educação, investigação e transformação.

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A metodologia para esse tipo de pesquisa, segundo Bosco (19 9), é entendida em sentido mais restrito, como sequ ncia lógica e sistemática de passos intencionados, ou seja, passos com objetivos que se operacionali am através de instrumentos e técnicas.

## Instrumentalização da Pesquisa

A atividade foi dividida em cinco etapas: a primeira delas consistiu em uma sondagem inicial, cujo objetivo foi aferir o conhecimento prévio dos seis alunos com relação ao assunto do experimento; a segunda etapa consistiu numa aula introdutória ao magnetismo, baseada no conhecimento prévio demonstrado na sondagem, durante a qual realizou-se um experimento simplificado, que fez uso dos mesmos conceitos físicos relacionados ao trem magnético; a terceira etapa consistiu na construção do ATA, realizada pelos alunos e sob orientação do professor da turma e do bolsista do PIBID; a quarta etapa, que tinha por objetivo a fixação do conteúdo, também foi realizada pelos alunos, e consistiu em uma busca, usando computadores conectados à rede mundial de computadores, por fenômenos similares ao experimento e por informações conceituais relacionadas ao tema em estudo. A etapa final foi uma entrevista individual, feita com os alunos, para avaliar a metodologia empregada.

## Coleta inicial de dados

No primeiro dia foi aplicado o instrumento de sondagem, um questionário com quatro perguntas, visando verificar se os participantes possuíam conhecimentos científicos a respeito dos conceitos básicos envolvidos no experimento. As perguntas do questionário estão listadas abaixo:

- 1. O que voc pensa quando ouve a palavra 'Magnetismo'?
- 2. Você já teve contato com algum ímã?
- 3. O que é um eletroímã?
- 4. Qual a diferença entre um ímã e um eletroímã?

## Introdução conceitual

Durante o segundo dia foi realizada uma roda de conversa com demonstrações e explicações conceituais, usando como apoio um experimento montado previamente pelos professores, que funciona segundo os mesmos princípios físicos do trem magnético. Esse experimento simplificado é conhecido como motor homopolar. Para a confecção do motor homopolar foi necessário usar os seguintes materiais:

- a) Uma pilha AA com carga;
- b) Um ímã em formato de pastilha com revestimento de metal (ímã de neodímio);
- c) Fio de estanho usado para solda.

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A montagem requer primeiramente que se coloque um dos pólos da pilha sobre um dos pólos do ímã. Depois, modela-se o fio de estanho para que uma de suas extremidades fique em contato com o polo da pilha oposto ao pólo que está em contato com o ímã. Ainda moldando o fio de estanho, faz-se com que ele adquira um formato circular, ao redor do ímã, mas com uma folga no diâmetro de aproximadamente 10% a 25% em relação ao diâmetro do ímã. Após isso, o fio de estanho é modelado de modo que sua outra extremidade entre em contato com o pólo do ímã, como indicado na figura 1.

Figura 1 : Ilustração esquemática do motor homopolar.

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Quando o fio de estanho entra em contato com o ímã e com o polo da pilha, uma corrente começa a passar pelos dois ramos, fluindo no sentido do pólo positivo da pilha para o negativo, transformando o arame em um eletroímã (LOPES; STEINBARANA; MORENO, 2009; YOUNG; FREEDMAN, 2009). Então, o campo magnético do eletroímã interage com o campo magnético do ímã, movimentando o arame em torno da pilha.

## Montagem do trem magnético

Para essa montagem foram necessários os seguintes materiais:

- a) Ímãs de neodímio com revestimento metálico, de 13 mm de diâmetro;
- b) Pilha AAA com carga;
- c) Fio de estanho para solda;
- d) Um objeto cilíndrico com aproximadamente 15 mm de diâmetro (foi utilizado um pincel)
- e) Cola quente ou resina epóxi (opcional).

Para montar o 'trem', deve ser colocado um ímã em cada extremidade da pilha, de modo que os 'nortes' de cada um dos ímãs apontem 'para fora' da pilha, como indicado na figura 2. No polo positivo da pilha os imãs podem ficar 'bambos', por causa do relevo nesta região. Pode-se lixar a ponta, para que fique menos protuberante, assim como preencher a região ao redor dessa ponta com cola quente ou epóxi, tornando-a plana. É importante garantir que a cola ou epóxi não impeça o contato do ímã com a pilha.

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Figura 2 : Ilustração da montagem do trem magnético.

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Para a confecção dos trilhos, enrola-se o arame no objeto cilíndrico, de modo que ele fique com formato helicoidal, com voltas bem compactadas, maximizando assim a potência do eletroímã (YOUNG; FREEDMAN, 2009) e a velocidade média do trem (pilha). Uma vez pronto o trilho, A pilha deve ser introduzida no mesmo até que os dois imãs estejam em contato com as espiras, quando então o trem deve ser solto. Dependendo de como o fio de estanho foi enrolado, os ímãs da pilha serão atraídos para dentro do túnel ou então repelidos (expulsos). No caso de haver repulsão, a pilha (trem) deve ter sua orientação invertida, sendo então re-inserida no túnel. Dessa forma surgirá uma força de atração, colocando o trem em movimento. Isso acontece porque quando os imãs com revestimento de metal entram em contato com os pólos da pilha, fecha-se um circuito e passa a haver condução de corrente elétrica. Essa corrente gera um campo magnético, o qual interage com os campos dos ímãs de neodímio, forçando o trem a percorrer o túnel.

Além dessa construção, parte da orientação envolvia a explicação sobre os ímãs e eletroímãs, e ao longo da atividade foi solicitado aos alunos que preenchessem um 'diário de bordo', para verificar o que foi entendido sobre o conceito de eletroímã.

## Fixação do conteúdo e avaliação do método

No quarto dia os alunos foram levados à sala de informática da escola, com o objetivo de realizar uma pesquisa na rede mundial de computadores, visando assim auxiliar no processo de fixação do conhecimento. Orientados pelo professor e pelo bolsista a respeito dos tipos de sítios que deveriam acessar, os alunos realizaram a pesquisa em duplas. Um dos endereços que foi acessado continha explicações físicas sobre os ímãs (VIRTUOUS), e em seguida todos acessaram um vídeo que tratava do experimento proposto (THENÓRIO). O vídeo foi reproduzido sem áudio, e a explicação partiu do professor que estava orientando os alunos.

Após a atividade cada aluno foi entrevistado individualmente, para que pudéssemos conhecer suas impressões a respeito da metodologia empregada e também suas opiniões a respeito das Ciências Naturais e, mais especificamente, da Física.

## Resultados e discussão

Antes do início da atividade o professor da turma observou que os alunos não estavam interessados em aprender conteúdos de Física, e ficavam dispersos durante as aulas de Ciências Naturais. Ao iniciar as atividades, ainda apresentavam certa resistência, mas com o andamento das atividades foi aos poucos sendo despertada a curiosidade científica dos participantes.

Através da análise do teste de sondagem inicial, verificou-se que os alunos tinham certo conhecimento prévio acerca dos assuntos tratados na atividade, porém

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eram superficiais ou conceitos alternativos. Por exemplo, a resposta dos alunos Marcos e Samuel para a pergunta ' O que você pensa quando ouve a palavra 'Magnetismo?' foi: 'Penso em levantar ferro'. A resposta de Humberto foi: 'Penso em coisas magnéticas', resposta que se assemelha à de Erick e Laura: 'Penso em magnetismo'.

Para a segunda pergunta, ' Você já teve contato com algum ímã? ', a resposta foi unânime: todos tiveram contato com ímãs. Isso reafirma o fato de que os alunos já detinham algum conhecimento superficial sobre a temática do experimento.

Com relação à pergunta ' O que é um eletroímã? ', o conhecimento verificado foi mais escasso. Algumas respostas mostraram-se errôneas como, por exemplo, a resposta de Marcos: 'são dois ímãs que quando grudam geram eletricidade'. Houveram ainda respostas como a de Laura e de Carol: 'É uma forma magnética'.

Ainda sobre eletroímã, quando se perguntou ' Qual a diferença entre um ímã e um eletroímã ?', Marcos respondeu que 'Um é eletricidade e o outro é eletromagnético'.

Essa etapa de sondagem e análise dos conhecimentos prévios foi importante tanto para determinar o nível de aprofundamento que se desejava atingir quanto para possibilitar o desenvolvimento do trabalho em concordância com o princípio, defendido por Piaget, de que para a construção do conhecimento deve-se partir do que os alunos já sabem (JÓFILI, 2002).

Com o desenrolar das atividades, ficou evidente pelas falas dos alunos a melhora na compreensão dos conceitos envolvidos no experimento. Por exemplo, em determinado momento o aluno Samuel exclamou: 'vira o imã que tá ao contrário', dando a entender que estava pensando no ímã não como um mero objeto que 'gruda ferro', como foi respondido na sondagem, e sim como um material que possui polaridade, o que pode ser interpretado como um proto-conhecimento sobre as propriedades dos campos magnéticos.

Outro exemplo foi protagonizado pela aluna Laura, que em determinado momento indagou se ainda havia carga na bateria, após observar uma falha. O professor então aproveitou a oportunidade e questionou: 'Isso vai atrapalhar em quê?', obtendo como resposta: 'Se não tiver mais energia na pilha o araminho não puxa ela' mostrando ter compreendido a base energética do funcionamento de um eletroímã. é interessante comparar essa fala com a resposta de Laura à pergunta sobre eletroímãs do questionário inicial: 'É uma forma magnética'.

Após a montagem e a execução da atividade foi solicitado que os alunos escrevessem um texto sobre o tema relacionado ao experimento, relatando o que aprenderam com a atividade ou o que fizeram durante a prática. Chamamos esse relato de 'diário de bordo'. Laura escreveu: 'Aprendi que eletroímã não é um ímã; Eletroímã precisa de energia para funcionar, e ímã não'. Como o construtivismo pressupõe, o conhecimento é construído ativamente pelo contato do aluno com o fenômeno (NIEMANN, BRANDOLI, 2012; JÓFILI, 2002) e fica evidente em suas respostas que a prática faz os alunos refletirem.

No último dia de aplicação os alunos foram levados à sala de informática da escola, onde foi possível trabalhar a parte mais abstrata do assunto. Os alunos

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tiveram liberdade para pesquisar sobre os ímãs e sobre o próprio trem magnético. Essa etapa teve o intuito de reafirmar o conteúdo para os alunos, deixando-os à frente do processo de aprendizagem ao fornecer oportunidade de uma aprendizagem ativa, como forma de fomentar a construção de significados (JÓFILI, 2002).

Por fim, foi feita uma entrevista oral na qual os alunos puderam opinar sobre o método de ensino adotado na atividade. A resposta foi unânime: todos os alunos responderam que gostaram, e que é melhor do que aprender em sala. Segundo a aluna Carol, que participou ativamente da montagem do experimento, 'A gente aprende mais'. Afirmou também que prefere aprender assim do que com aulas normais. De forma unânime os alunos afirmaram que gostam de Ciências. Enquanto alguns já gostavam mesmo antes da atividade, Samuel e Humberto disseram que não gostavam, e que passaram a gostar por causa do experimento. A aluna Laura declarou que achava que 'Ci ncias era um tédio', mas que agora olha o assunto com outros olhos. Ela foi uma das alunas que mais participou na construção do ATA.

## Considerações Finais

Através da construção do trem magnético foi possível abordar de maneira simplificada um conteúdo complexo de Física, adaptando-o para o nível fundamental. Os alunos aprenderam de forma lúdica e interativa alguns conceitos relacionados à Física dos ímã, do campo magnético e dos eletroímãs. Além disso, puderam vivenciar uma prática investigativa sobre fenômenos físicos, propondo, testando e substituindo suas próprias hipóteses, construindo assim seu próprio conhecimento científico. A construção do experimento por parte dos alunos também estimulou a criatividade e o pensamento analítico.

Observamos também que o método utilizado incentivou os alunos a buscarem o conhecimento científico, tomando iniciativas e tornando-os ativos no processo ensino-aprendizagem. Dessa forma as aulas de Física passam a ser mais dinâmicas, levando os alunos a realizar experimentos com um olhar lúdico, e não como o cumprimento de uma obrigação imposta pela escola. Os encontros e conversas informais dos alunos com os professores fez com que o que era antes uma obrigação escolar se tornasse algo divertido e interessante, contribuindo para uma importante mudança de perspectiva dos estudantes face ao conhecimento acadêmico e científico.

## Referências

BRASIL. Parâmetros curriculares nacionais - Ensino médio: Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais: Ciências Naturais. Brasília: MEC/SEF, 2002.

BRASIL. Parâmetros curriculares nacionais : Ciências Naturais. Brasília: MEC/SEF, 1998.

NIEMANN, F. A.; BRANDOLI, F. Jean Piaget: um aporte teórico para o construtivismo e suas contribuições para o processo de ensino e aprendizagem da

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Língua Portuguesa e da Matemática. In: Reunião da Associação Nacional de PósGraduação e Pesquisa em Educação, 9., 2012, Anais… Caxias do Sul: UCS, 2012. p. 1-14. Disponível em:

&lt;http://www.ucs.br/etc/conferencias/index.php/anpedsul/9anpedsul/paper/view/770&gt;. Acesso em: 14 jul. 2018.

JÓFILI, Z. Piaget, Vygotsky, Freire e a Construção do Conhecimento na Escola. Educação: Teorias e Prática , ano 2, n. 2, p. 191-208, dez. 2002.

VAZQUEZ, B. S. ; TONUS, M. Pesquisa-ação Educativa: Ação na Estratégia de Formação por meio das Tecnologias da Informação e da Comunicação. In: SILVA, L. C.; MIRANDA, M, I. (Org.). Pesquisa-ação: uma Alternativa à Práxis Educacional . Uberlândia: EDUFU, 2012. p. 8-134.

PINTO, J. B. G. P s isa-A : Detalhamento de sua sequ ncia metodológica. Recife: Mimeo, 1989.

LOPES, D. P. M; STEIN-BARANA, A. C. M.; MORENO, L. X. Construção de um Guindaste Eletromagnético para fins Didáticos. Cad. Bras. Ens. Fís. , v. 26, n. 1, p. 199-207, abr. 2009.

YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Física III : Eletromagnetismo, 12. ed. São Paulo: Pearson, 2009.

VIRTUOUS. Ímãs e magnetos. Disponível em:

&lt;http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/CampoMagnetico/imasem agnetos.php&gt;. Acesso em: 27 nov. 2017.

THENÓRIO, I. Trem magnético caseiro (experiência de Física) . Vídeo do canal Manual do Mundo, da plataforma Youtube. Disponível em: &lt;https://www.youtube.com/watch?v=eTjrWF8sOHw&amp;t=467s&gt;. Acesso em: 27 nov.

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