COMPREENSÃO DE PARTICIPANTES DA COMPETIÇÃO USP DE CONHECIMENTOS SOBRE O CONCEITO DE CIRCUITO ELÉTRICO

## COMPREENSÃO DE PARTICIPANTES DA COMPETIÇÃO USP DE CONHECIMENTOS SOBRE O CONCEITO DE CIRCUITO ELÉTRICO

Herbert Alexandre João 1 , Ariane Baffa Lourenço 2 , Caroline Polizei Lorente 3 , Lucas Bichara 4 , Tainá Lucrecio 5 , Antonio Carlos Hernandes 6

- 1 Universidade de São Paulo/Instituto de Física de São Carlos, herbert.joao@.usp.br 2 Universidade de São Paulo/Instituto de Química de São Carlos, arianebaffa@gmail.com 3 Universidade de São Paulo/Instituto de Física de São Carlos, caroline.lorente@usp.br 4 Universidade de São Paulo/Instituto de Física de São Carlos, lucasgb@usp.br 5 Universidade de São Paulo/Instituto de Física de São Carlos, tainalucrecio@usp.br 6 Universidade de São Paulo/Instituto de Física de São Carlos, hernande@ifsc.usp.br

Palavras-chave : Circuitos elétricos, Ensino Médio, Competição USP de Conhecimentos (CUCo).

## Resumo expandido

Dos conceitos da Física abordados no Ensino Médio (EM) o de circuitos elétricos (CE) tem uma forte relação com o cotidiano dos alunos. A referida temática é indicada no currículo do Estado de São Paulo como um objeto de conhecimento no EM, mas também para ser trabalhada desde o Ensino Fundamental. Para este nível sugere-se, por exemplo, que seja desenvolvida com os alunos do 8º ano a habilidade de 'Planejar e construir circuitos elétricos com pilha/bateria, fios e lâmpadas ou outros dispositivos e compará-los aos circuitos elétricos residenciais' (São Paulo, 2019, p.390).

Com a finalidade de contribuir com a literatura da área, este artigo investiga o entendimento de milhares de alunos concluintes do EM, participantes da Competição USP de Conhecimentos (CUCo), sobre o tema circuitos elétricos. A CUCo é uma prova promovida pela Universidade de São Paulo (USP) em parceria com a Fuvest a fim de aproximar os alunos de EM de escolas públicas do estado de São Paulo da Universidade, colaborando para seu ingresso, desde a forma de inscrição até a abordagem de conteúdos de ciências humanas, ciências da natureza, matemática e língua portuguesa.

Como metodologia para a análise, fizemos uso dos dados da prova da segunda fase da CUCo-2019, realizada por 29.641 alunos do 3° ano do EM do período diurno, oriundos de 2506 escolas, alcançando assim 548 cidades, o que equivale a 89% da totalidade das cidades do Estado. A questão em estudo (Figura 01) traz um circuito misto com lâmpadas em paralelo e em série associadas a uma só fonte de tensão. Para responder à questão o aluno tinha que analisar de forma qualitativa o circuito e escolher a afirmação correta.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Figura 01: Questão envolve a temática de circuitos elétricos.

<!-- image -->

Entre os resultados, a distribuição de escolha de cada uma das alternativas pelos alunos está apresentada na Figura 02. Observa-se que 26,23% dos alunos escolheram a alternativa E (resposta correta), o que equivale a 7774 participantes. Ela é correta, pois ao se colocar uma lâmpada em série com um circuito em paralelo, com duas lâmpadas (Figura 01), a corrente que passa pela lâmpada A é maior que nas lâmpadas B e C em série, visto que, ao ligar a chave, a corrente se divide no nó entre as lâmpadas B e C. Desta maneira, dado que as lâmpadas são idênticas, a intensidade luminosa de A será maior que nas lâmpadas B e C, que possuem intensidades iguais entre si.

Figura 02: Porcentagem de escolha de cada alternativa da questão de circuitos elétricos.

<!-- image -->

Das alternativas erradas, a A teve 9,61% de alunos que a indicaram, a B 23,57%, a C 15,09% e a D 25,50%. Traçando considerações sobre cada uma temse que o erro da A está em o aluno considerar que, com a chave aberta, nenhuma das lâmpadas acendem, porém, pela figura da questão (Figura 01), observa-se que essa afirmativa é falsa pois existe passagem de corrente pelas lâmpadas A e B e por isso elas acendem. Em relação a alternativa B , o erro do aluno consiste em considerar que, com a chave fechada, todas as lâmpadas apresentam a mesma intensidade luminosa, aqui, um grande número de alunos apresentou uma concepção alternativa em que consideram que a corrente é a mesma em todos os pontos do circuito, o que é falso em um circuito como este.

No que se refere a alternativa C , o erro está em considerar que, com a chave aberta, a luminosidade da lâmpada A é maior que a da lâmpada B, sendo que são iguais, pois a corrente é a mesma. E na alternativa D , que vários alunos a indicaram (25,50% equivalente a 7558 alunos), o erro está em considerar que a intensidade da lâmpada B era maior que a da lâmpada C, sendo que na verdade são iguais,

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

visto que a corrente para estas duas lâmpadas será igual pois são lâmpadas idênticas ligadas em paralelo. Aqui, vale considerar apenas que a corrente em B e C tem menor intensidade que na lâmpada A.

A dificuldade dos alunos do EM em analisar corretamente, de maneira qualitativa, um circuito elétrico, foi também observada no trabalho de Costa e Catunda (2008) em alunos do Ensino Superior. Os autores apontam que somente ~13% de universitários revelaram conhecimento conceitual sobre o conceito. Uma possível explicação para vários alunos escolherem a alternativa D, em nossa pesquisa, como correta, pode ser o constatado no trabalho de Engelhardt e Beichner (2004) sobre a prova DIRECT (The Determining and Interpreting Resistive Electric Circuit Concepts Test), que avalia conceitos sobre corrente elétrica em alunos do EM e graduação. Consideraram que os alunos tendem a aplicar conceitos de fluidos, algo intuitivo, à corrente elétrica, que é contra-intuitiva. Um equívoco é considerar que, conforme a corrente passa pelas lâmpadas ela iria se desgastando, sendo que apenas a energia se dissipa, mas a corrente se mantém constante. Com essa concepção no exercício apresentado neste trabalho os alunos poderiam considerar que a lâmpada B (Figura 01) está mais próxima da fonte se comparada a posição de C, assim recebendo mais quantidade desse 'fluido' e brilhando mais do que C.

Considera-se que, embora a questão seja considerada fundamental para avaliar os conceitos básicos de circuito, obteve-se um baixo índice de acerto, especialmente por se tratar de uma questão conceitual, sem necessidade do uso de cálculos matemáticos para a sua resolução.

Os resultados apontam que o conceito de corrente elétrica não tem sido compreendido por milhares de alunos. Tal fato pode derivar do uso de analogias imprecisas ou por uma prevalência de concepções alternativas em detrimento dos conceitos escolares. Desta forma, destacamos que o tópico merece atenção, seja pela variação de metodologias de ensino, bem como pela diversificação de recursos, já que para este tema há uma riqueza de materiais produzidos, desde vídeos, roteiros experimentais de baixo custo e simuladores de altíssima qualidade como os disponibilizados pela Universidade do Colorado (PhET). Com uso de múltiplos recursos e associado às metodologias ativas, temas abstratos e concepções alternativas podem ser superadas.

## Referências

COSTA, G. G. G.; CATUNDA, T. Investigação das dificuldades conceituais dos estudantes sobre circuitos elétricos. In: ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, XI., 2008, Curitiba. Anais [...]. Curitiba: Sociedade Brasileira de Física, 2008. p. 61-67.

ENGELHARDT, P.; BEICHNER, R. Students' understanding of direct current resistive electrical circuits. American Journal of Physics , v. 72, n. 1, p. 98-115, 2004.

SÃO PAULO (Estado). Secretaria da Educação do Estado de São Paulo. Currículo Paulista . São Paulo: Seduc-SP, 2019. 526 p.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_