OS MOMENTOS PEDAGÓGICOS EM UMA PROPOSTA COM SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS PARA ENSINAR CAMPO ELÉTRICO

## OS MOMENTOS PEDAGÓGICOS EM UMA PROPOSTA COM SIMULAÇÕES DO PHET COLORADO PARA ENSINAR CAMPO ELÉTRICO

## Everson Cilos Vargas 1

1 Universidade Federal de Santa Catarina/Departamento de Física/EEB Julio da Costa Neves

## Resumo

Este artigo vem trazer uma análise desenvolvida por uma aplicação de um módulo de ensino da disciplina Processos e Sequências de Ensino e Aprendizagem em Física no Ensino Médio do curso de Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, Polo UFSC-Florianópolis. A inserção de novas tecnologias no Ensino de Física e a adaptação de estudantes de Ensino Médio para ambientes fora do espaço 'sala de aula' são discutidas neste artigo. O objetivo principal desta discussão é evidenciar uma proposta para o ensino do campo elétrico em uma turma de terceiro ano do Ensino Médio de uma escola pública, dispondo de simulações do PhET Colorado. Como suporte de fundamentação teórica usamos os três momentos pedagógicos propostos por Demétrio Delizoicov e José André Angotti. Em síntese, descrevemos os momentos pedagógicos em três etapas: problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento. Neste sentido, utilizamos destes três momentos pedagógicos no desenvolvimento da aplicação do módulo de ensino. Com este intuito, veremos que ao se trabalhar com as concepções prévias dos alunos, o professor tem a oportunidade de construir o conhecimento juntamente com eles e ao mesmo tempo avaliar em quais pontos os alunos poderiam eventualmente apresentar determinadas dúvidas e com isso superar tais dificuldades.

Palavras-chave : Ensino de Física; Campo Elétrico; Simulações; Três Momentos Pedagógicos.

## Introdução

Muito se pensa que a maior dificuldade para o Ensino de Física está relacionada estritamente com as abstrações matemáticas que circundam os conceitos físicos. É notória a grande dificuldade que se depara no Ensino de Física no que tange às dificuldades no domínio matemático por parte dos estudantes. Por outro lado, há de se levar em conta a linguagem que se trata a Física além da matemática: a explicação dos fenômenos da natureza. Por isso, não é uma tarefa fácil ensinar um conceito físico, deve-se ter um cuidado muito grande para além da apresentação de equações e fórmulas, pois a primeira impressão é a que fica.

Dentro desses aspectos, formulamos e aplicamos uma proposta para um módulo de ensino de Campo Elétrico para aulas de Física. Este módulo de ensino foi aplicado em uma escola pública estadual de Florianópolis-SC para alunos do terceiro ano do Ensino Médio da instituição. Este módulo de ensino faz parte do

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trabalho final da disciplina Processos e Sequências de Ensino e Aprendizagem em Física no Ensino Médio do curso de Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, Polo UFSC-Florianópolis. Ao todo foram 8 aulas intercaladas entre sala de aula e laboratório de informática.

## Fundamentação teórica

Apresentar um fenômeno físico não é uma tarefa fácil. Explicar fenomenologicamente um fenômeno requer, além de um domínio da concepção científica, um bom conhecimento pedagógico da situação em que se quer explanar. Neste sentido, deve-se pensar alternativas para suprir esta dificuldade que é uma realidade no Ensino de Física. Quando estamos lidando com fenômenos da natureza, além dos aspectos matemáticos envolvidos, acarreta também a concepção fenomenológica de determinado conceito físico. Por isso, podemos sistematicamente fazer o uso de tecnologias da informação e comunicação (TIC) no âmbito do ensino de Física para conceituar os fenômenos da natureza. Um bom exemplo são as simulações. De acordo com Costa (2017), é com o uso de simulações computacionais que se pode fazer com que o ensino de Física se torne menos subjetivo e mais interativo no trato dos fenômenos da natureza. Inclusive, a própria autora coloca que as simulações computacionais constituem uma ferramenta para fins pedagógicos e podem ser utilizadas para a produção do conhecimento científico.

No que se refere ao pensar pedagogicamente o uso das simulações no ensino de Física, devemos nos ater aos pontos relevantes que envolvem a estruturação do desenvolvimento didático de tal atividade. Não basta apenas propor a atividade, devemos dialogar pedagogicamente com estudantes. Neste sentido, fazse necessária uma implementação de concepções pedagógicas que envolvam, para o caso do ensino de Física, recursos teóricos que possam embasar a efetivação das atividades do uso de simulações em sala de aula. Portanto, buscamos usar uma dinâmica didático-pedagógica com base no que se denomina de momentos pedagógicos (DELIZOICOV; ANGOTTI, 1994). Os momentos pedagógicos são caracterizados em três etapas: problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento.

O primeiro momento pedagógico, a problematização inicial, propõe que os estudantes sejam desafiados a expor as suas concepções acerca do entendimento dos conhecimentos científicos que eles previamente têm. Neste momento, o professor, que está articulando esta atividade, deve prioritariamente lançar mais dúvidas a fim de receber as concepções do que necessariamente dar respostas no entorno das discussões colocadas dentro deste momento pedagógico. Desta forma, tende a fazer com que os alunos procurem novas alternativas de conhecimentos que eles ainda não possuem, com o propósito de solucionar o problema proposto inicialmente. O segundo momento pedagógico, a organização do conhecimento, é de responsabilidade do professor sistematizar as concepções levantadas pelos estudantes na problematização inicial, ou seja, neste momento serão organizadas as ideias com mediação do professor nesta tarefa. Sendo assim, este momento acaba sendo o interlocutor entre o primeiro momento e o terceiro por se tratar da correlação entre as concepções prévias dos alunos e os conhecimentos científicos que o professor irá desenvolver no último momento. Por fim, há a aplicação do conhecimento, como o terceiro e último momento pedagógico. Agora, ocorre o que

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se caracteriza como generalização das concepções até então problematizadas e estruturadas em outros momentos. O objetivo primordial consiste em aplicar todo o potencial de conceitos desenvolvidos com os alunos agora com um embasamento mais científico das problematizações iniciadas. É neste momento que o estudante enxerga as situações com o caráter mais científico dos fenômenos da natureza. Estas estruturações dos momentos pedagógicos foram intercaladas entre momentos dialógicos, de exposição e de efetivação de atividades de simulações dentro da aplicação do módulo de ensino.

## Metodologia e descrição das aulas

As aplicações foram intercaladas entre sala de aula e laboratório de informática da instituição. As realizações das atividades foram organizadas e coordenadas pelo idealizador deste texto com colaboração efetiva da escola. A turma escolhida foi de terceiro ano do ensino médio regular e foi previamente avisada e orientada a turma da execução da atividade de aplicação do módulo de ensino. Os conceitos trabalhados nas aplicações dos módulos fazem parte da área da Física definida como Eletrostática. Foram abordados os seguintes tópicos: Campo Elétrico, Representação das Linhas de Campo Elétrico, Energia Potencial Elétrica e Superfícies Equipotenciais.

Anteriormente à primeira aula, foi solicitado aos alunos que assistissem um vídeo que tratava sobre o conceito de Campo Elétrico 1 . No início da aula foi perguntado aos alunos, conforme proposta de problematização inicial de momento pedagógico, as concepções prévias deles da interpretação da expressão 'campo'. Conforme os alunos foram dando as respostas, todas as concepções foram recebidas sem identificar uma resposta exata, apenas recebíamos as argumentações. Por parte dos estudantes, a expressão 'campo' foi quase que unanimemente identificada como um espaço, um local, uma limitação espacial. Após esta abordagem inicial, foi solicitado que falassem sobre o vídeo proposto da aula anterior e que explicasse essa noção de campo com este vídeo na conceituação do termo campo elétrico. Para ajudar os alunos a memorizar, foi relatado sobre a problematização inicial proposto no vídeo em que é feita uma analogia da relação do perfume com o campo elétrico. Uma abordagem feita para aguçar as respostas dos alunos foi que, apesar de não podermos 'visualizar' um cheiro de perfume, podemos senti-lo. Então, em comparativo com o campo elétrico, se dá analogamente da mesma forma, ou seja, podemos não visualizar um campo elétrico, mas podemos 'sentir' sua presença.

Este momento, juntamente com os alunos buscamos organizar os conhecimentos ali estabelecidos previamente com os que temos definidos na literatura sem nenhum aprofundamento da natureza da concepção do fenômeno do ponto de vista científico, ou seja, estávamos ali aplicando o segundo momento pedagógico que seria a organização do conhecimento.

A segunda aula foi no laboratório de informática da escola. A simulação usada foi a Hóquei no Campo Elétrico do projeto PhET Simulações Interativas da

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Universidade de Colorado Boulder 2 . O objetivo principal desta simulação é aproximar o usuário dos conceitos que envolvem campo elétrico, ou seja, identificar as propriedades que determinam a interação de cargas elétricas em um determinado espaço. Sem entrar nos aspectos fenomenológicos, foi introduzida a simulação bem como uma breve explicação do projeto do PhET Colorado. A simulação consiste de um disco positivo em que o objetivo é chegar até o gol. Pode ser alterada a massa do disco positivo e para caracterizar o movimento do disco deve-se colocar cargas negativas e positivas. Após este momento foi apresentada uma espécie de jogada utilizando várias cargas de forma que o disco positivo fizesse variados movimentos até finalmente chegar até o gol.

Os alunos foram desafiados a fazer uma jogada específica onde seria inclusa barreiras no espaço que é destinado para o disco transladar. O objetivo dos alunos era fazer com que o disco passasse entre as barreiras e chegasse até as traves, efetuando o gol. Esta atividade caracteriza-se fundamentalmente como o terceiro momento pedagógico que seria a aplicação do conhecimento. A partir do momento que os estudantes tiveram previamente as concepções prévias sobre Campo Elétrico, este seria o momento deles testarem o que apresentaram conceitualmente na sala de aula na execução desta tarefa. A grande maioria dos estudantes rapidamente conseguia associar as questões de atração e repulsão das cargas devido ao sinal das concepções de força elétrica pelo movimento do disco.

Na terceira aula os alunos voltaram para o ambiente de sala de aula. No começo foi solicitado um rápido feedback sobre a atividade do laboratório de informática. Os estudantes apresentaram satisfação em desenvolver a atividade e conseguiam com tranquilidade conciliar os conceitos de campo elétrico que foram vistos em aula expositiva com a simulação do PhET Colorado. Após esta conversa inicial iniciou-se outra problematização inicial: a representação das linhas de campo. Com o mesmo princípio pedagógico da primeira aula, foi solicitado aos alunos as suas concepções prévias acerca de que forma poderia se representar uma linha de campo elétrico, ou seja, como antes foi discutido, se não visualizamos mas sentimos a presença, seria possível prever espacialmente as linhas de campo elétrico?

Neste sentido, estávamos provocando os alunos para induzir suas concepções prévias das linhas de campo e durante as entradas de respostas colocamos em pauta a possibilidade da existência de um campo elétrico uniforme com esta representação de linhas de campo elétrico. Dada esta etapa, procuramos apresentar os conceitos de representações de linha de campo elétrico e campo elétrico uniforme. Sem muito aprofundamento fenomenológico, apenas uma apresentação tradicional e organizando todos os conceitos apresentados previamente com os alunos. Aqui, também como na primeira aula, foi feita de forma a atribuir a caracterização do segundo momento pedagógico, onde estávamos tratando e planificando todas as concepções para a próxima etapa.

A aula seguinte foi no laboratório de informática da escola. A simulação usada foi a Gravidade e Órbitas 3 também do PhET Colorado. O objetivo principal desta simulação é basicamente descrever a relação entre Sol, Terra, Lua e uma estação espacial. Esta simulação é utilizada para explicar como a força da gravidade pode agir em determinado astro (objeto celeste) disponibilizado na simulação. Para

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este módulo de ensino, esta simulação veio para ser articulada da mesma forma que se é feita a analogia de campo gravitacional e campo elétrico que encontramos em muitos livros de Física.

Foi explicado aos estudantes o objetivo da simulação e pedido aos mesmos que mexessem nos recursos disponíveis da simulação. Durante o processo de efetivação da atividade de simulação foi sugerido aos estudantes que alterassem as massas dos astros e observassem o que aconteceria.

Esta atividade priorizava utilizar o terceiro momento pedagógico que seria a aplicação dos conhecimentos que estavam organizados da aula anterior. No entanto, pelas respostas dos alunos, foi necessário retornar nesta aula para o primeiro momento pedagógico, pois os alunos estavam apresentando concepções que envolviam mais estruturas atômicas do que as concepções de campo elétrico e linhas de campo elétrico.

A quinta aula também foi no laboratório de informática, mas sem o uso das simulações. Após a atividade com a simulação Gravidade e Órbitas, foi feito um diálogo sobre as questões de modelos atômicos. Como acabou entrando as concepções dos alunos que direcionavam para o modelo de Bohr como análogo ao campo gravitacional, foi necessária uma discussão sobre a estrutura da matéria. Após este momento buscou-se trabalhar novamente com sistemas análogos de campo elétrico agora com aplicações reais e estruturações científicas. Foi discutido uma reportagem da Scientific American Brasil 4 que trata de uma espécie de detector de campos elétricos dos tubarões. Para iniciar esta atividade foi usada uma projeção para apresentar a reportagem que foi publicada na internet. Antes de especificar a reportagem, foi perguntado aos alunos como eles acreditavam que os tubarões conseguem chegar até determinada presa. Partindo deste primeiro momento em que aguçamos os alunos, apresentamos a reportagem sobre a eletrorrecepção dos tubarões. Esta reportagem fala basicamente da capacidade dos tubarões em sentir campos elétricos. Estes animais possuem o que chama-se de ampolas de Lorenzini, que seriam pequenos poros próximos ao focinho do tubarão que funcionariam como eletro-receptores onde este animal poderia sentir a presença de outro animal marítimo por conta da geração de um campo elétrico.

A sexta aula foi em sala de aula e procurou-se fazer o inverso do que se fazia antes, apresentar primeiramente o conteúdo tradicionalmente e depois buscar as concepções prévias dos estudantes. Nesta aula foi apresentado os conceitos de energia potencial elétrica, cálculo do potencial elétrico e diferença de potencial elétrico (ddp). Esta apresentação iniciou-se explanando os conhecimentos conforme a sequência do livro didático. Além dos conceitos apresentados, foi também feito e explicado um exemplo matemático sobre potencial elétrico e diferença de potencial elétrico. Após esta abordagem inicial, partiu-se para as concepções dos alunos a fim de buscar algum entendimento prévio deles dos conceitos apresentados. Neste dia os estudantes deram poucas respostas, não apresentavam motivação para buscar alguma solução para as provocações colocadas.

A sétima aula foi no laboratório de informática. A simulação utilizada foi Cargas e Campos 5 do PhET Colorado. Esta simulação apresenta propriedades do

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campo elétrico devido a uma distribuição de cargas pontuais, podendo-se observar as superfícies (linhas) equipotenciais. Nesta atividade procurou-se agregar um pouco dos conhecimentos já organizados e estabelecidos em outros momentos e procurar através da simulação apresentar de forma espontânea um novo conceito que é o de superfícies equipotenciais. A proposta dada aos alunos seria de colocar duas cargas de sinais opostos em posições médias centrais e que se medissem a distância entre elas, após isso buscasse encontrar valores de potenciais que fossem inteiros (1,2,3,4,5). As anotações desses dados foram feitas em um papel milimetrado que foi cedido aos estudantes de forma que eles reproduzissem essas informações em forma de desenho neste papel, ou seja, basicamente desenhar as duas cargas, identificar as distâncias e depois colocar os valores de potenciais encontrados conforme as posições. A oitava aula foi uma atividade avaliativa que é melhor explicada na análise da aplicação.

## Análise da aplicação

Inicialmente vamos analisar as concepções dos estudantes durante as aplicações em sala de aula. Fora indicado aos alunos que assistissem a um vídeo sobre campo elétrico antes da aula e percebeu-se que a questão de conceito de campo, está muito bem atrelada à ideia de espaço. No entanto, quando se fala da invisibilidade do campo elétrico, ainda ficou um pouco abstrata, mesmo usando uma analogia com o perfume: não podemos ver, mas podemos sentir. A partir do momento que foi-se evoluindo os conceitos, juntamente com as equações, sentiu-se um distanciamento das concepções fenomenológicas com o cotidiano dos alunos. Os estudantes não conseguem visualizar na prática as questões de campo elétrico, eles conseguem abstrair conceitos sobre geometria espacial, mas não correlacionam com os fenômenos elétricos.

Os desenvolvimentos das atividades com simuladores ajudaram efetivamente os estudantes a identificar as questões fenomenológicas com um cotidiano científico. A primeira simulação aplicada, Hóquei no Campo Elétrico, ganhou um caráter de gamificação , como os alunos tinham um desafio a fazer e eles associaram esta simulação com o caráter de jogo, o interesse foi muito maior. Neste sentido, os estudantes conseguiam identificar os conceitos fenomenológicos de campo elétrico com maior facilidade do que haviam tentando abstrair em sala de aula, principalmente o que envolve os sinais das cargas elétricas. Em outro momento, durante a simulação Gravidade e Órbitas, procurou-se fazer uma analogia do campo elétrico com o campo gravitacional. Com certa dificuldade os alunos faziam tais associações, um pouco mais com modelo de Bohr do átomo de hidrogênio do que com campo elétrico em si. Neste sentido, foi necessária uma contextualização com aproveitamento das concepções dos estudantes, assim, aproveita-se essa prévia ideia dos alunos trabalhando o modelo de Bohr para potencializar o uso da simulação e buscou-se, entrementes, um aspecto mais qualitativo do conceito de campo elétrico usando um artigo da revista Scientific American. Durante esta explanação envolveu-se os alunos a sugerir a correlação do sensoriamento dos tubarões usando o campo elétrico. Esta parte pareceu mais proveitosa pois os alunos conseguiam, ao menos, identificar a aplicação do campo elétrico. Na última simulação, os estudantes tinham em mãos um papel milimetrado e a proposta era que desenhassem duas cargas, indicando a distância entre elas e pontos de potenciais. Os estudantes apresentaram muita dificuldade em encontrar

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os pontos de potenciais e fazer o desenho no papel milimetrado, talvez por ser uma atividade que eles não estariam acostumados e isso implica que necessitaria um outro momento em que trabalhasse essa questão de tomada de dados e associação com alguma representação gráfica, seja desenho, tabela ou mesmo a representação de uma curva.

Por fim, foi feita uma atividade avaliativa com a intenção de analisar, e também avaliar, os estudantes diante das propostas de simulações. Conforme as respostas dos alunos na atividade, as questões de atração e repulsão das cargas apresentava muito bem clara para todos. Quando perguntado aos alunos se existia alguma relação da simulação com campo elétrico, as tendências das respostas era buscar indicar que se havia ali uma carga elétrica, então, haveria naquele espaço um campo elétrico. Quando perguntado sobre a relação do campo gravitacional e o campo elétrico, os alunos conseguiam correlacionar com a questão de espaço e forças a distância, inclusive conseguiram identificar que para um caso o ente responsável para determinado fenômeno, para um era a carga elétrica e para outro era a massa do astro. No entanto, ainda tiveram dificuldade para abstrair o fenômeno físico em si. As respostas eram curtas do tipo 'o sistema solar se comporta de maneira parecida com um campo elétrico', no entanto, não havia uma maior explicação para a analogia entre os campos. A pergunta que envolvia a atividade experimental simulada era um pouco mais qualitativa. Mesmo havendo um exemplo na folha da atividade para fazer o desenho da superfície equipotencial os alunos tiveram muita dificuldade para reproduzir no papel milimetrado o desenho do potencial conforme os pontos que os mesmos encontraram. Era também solicitado para calcular o potencial para pelo menos 5 pontos dos encontrados. Neste caso, alguns fizeram com facilidade e outros tiveram muita dificuldade em desenvolver o cálculo do potencial. E, para finalizar a atividade, foi questionado se através das superfícies equipotenciais seria possível prever as linhas de campo. Apesar do desenho colocado na questão ser bem apresentado com um desenho das linhas de campo em perpendicular com as superfícies equipotenciais, os alunos apresentaram grande dificuldade em identificar se era possível prever tais linhas de campo. As poucas respostas que apareceram foram com o questionamento dos alunos ao professor que procurou indicar o desenho exemplificado para contextualizar sobre as linhas de campo e deixava os alunos buscarem a resposta ao invés de apresentar a resposta de imediato.

## Conclusão

Fazer o uso das tecnologias da informação e comunicação (TICs) na educação deve necessariamente vir com uma fundamentação teórica pedagógica muito bem estabelecida, pois, trazer uma tecnologia para o ambiente escolar e não contextualizar pedagogicamente fará com que seja um mero instrumento tecnológico sem o entendimento que tal meio pode proporcionar para uma aula. Neste sentido, buscou-se trazer para esta aplicação de módulo de ensino o uso dos momentos pedagógicos propostos por Demétrio Delizoicov e José André Angotti. Os momentos pedagógicos apresentam como recurso de superar a questão do monólogo que costumeiramente se apresenta em uma aula de Física e parte para o uso do diálogo no ensino de ciências. Quando se trabalha com as concepções prévias dos alunos, o professor tem a oportunidade de construir o conhecimento juntamente com eles e ao mesmo tempo avaliar em quais pontos os alunos poderiam eventualmente

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apresentar alguma dificuldade. Neste sentido, a aplicação do módulo de ensino se apresentou mais rica, e ao mesmo tempo, foi fundamental na identificação de alguns eventuais obstáculos dos alunos em decorrência da contextualização de algum conceito.

Ao mesmo tempo que os momentos pedagógicos apresentaram como um bom recurso para o ensino de Física, as simulações do PhET Colorado demonstraram também que podem potencializar uma aula de Física. A dinamicidade das simulações além de aumentar a atenção dos alunos, faz com que apresentem de forma mais eficiente diversos conceitos físicos que muitas vezes são apresentados estaticamente. Ao mesmo tempo em que tem essa melhor percepção visual, os alunos têm a possibilidade de manipular as simulações, no caso quando tem a possibilidade de ser feito em uma laboratório de informática como foi esta aplicação de módulo de ensino.

Desta forma, percebeu-se nesta aplicação a importância da necessidade do uso das simulações para o ensino de Física em consonância com uma boa abordagem pedagógica, que nesse caso aproveitou-se os momentos pedagógicos. Entrementes, deve-se perceber muito bem como cada atividade pode ser desenvolvida, pois, apesar das propostas que se buscaram os melhores recursos possíveis, houve também alguns obstáculos epistemológicos por conta das percepções dos alunos sobre algumas situações dos fenômenos por percepções dos mesmos em relação ao cotidiano, ou seja, além de uma boa preparação metodológica, há uma necessidade da preparação epistemológica dos embasamentos científicos que se deve tratar para uma boa contextualização juntamente ao estudantes.

## Referências

CARGAS E CAMPOS . Phet Interactive Simulactions. University of Colorado . Disponível em <https://phet.colorado.edu/pt\_BR/simulation/charges-andfields>. Acesso em 14/06/2018.

COSTA, M. Simulações Computacionais no Ensino de Física: Revisão sistemática de publicações da área de Ensino. In: XIII Congresso Nacional de Educação, Paraná, 2017. Anais .

DELIZOICOV, D.; ANGOTTI, J. A. Metodologia do ensino de ciências . São Paulo: Cortez, 1994.

DELIZOICOV, D.; ANGOTTI, J. A.; PERNAMBUCO, M. M. Ensino de Ciências: Fundamentos e métodos. São Paulo: Cortez, 2002.

GRAVIDADE E ÓRBITAS. Phet Interactive Simulactions. University of Colorado . Disponível em <https://phet.colorado.edu/pt\_BR/simulation/gravity-andorbits>. Acesso em 14/06/2018.

HÓQUEI NO CAMPO ELÉTRICO. Phet Interactive Simulactions. University of Colorado . Disponível em <https://phet.colorado.edu/pt\_BR/simulation/legacy/electric-hockey>. Acesso em 14/06/2018.

SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL. O sentido elétrico dos Tubarões . Disponível em: <http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/o\_sentido\_eletrico\_dos\_tubaroes.html> Acesso em 14/06/2018.

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