UMA PROPOSTA DE ENSINO POR INVESTIGAÇÃO SOBRE POTÊNCIA ELÉTRICA DE APARELHOS RESISTIVOS

## UMA PROPOSTA DE ENSINO POR INVESTIGAÇÃO SOBRE POTÊNCIA ELÉTRICA DE APARELHOS RESISTIVOS

Débora de Oliveira Glanzmann 1 / Alysson Miranda de Freitas 2

1 Colégio Tiradentes da Polícia Militar de Minas Gerais / prof.deboraglanzmann@gmail.com 2 Colégio de aplicação João XXIII - Universidade Federal de Juiz de Fora / alysson.miranda@ufjf.br

Palavras-chave : ensino de Física, metodologia POE, potência elétrica

## Resumo expandido

- O ensino de física apresenta desafios particulares, já que envolve a compreensão de conceitos abstratos e a aplicação de princípios matemáticos. Muitas vezes tal situação é agravada pelo estímulo à aprendizagem mecânica, assim como pela abordagem da Física focada em um mecanismo de treino para provas, em vez de tratá-la como uma ciência baseada em perguntas e modelos (MOREIRA, 2017).

Dessa forma, torna-se interessante a utilização de abordagens pedagógicas que reduzam a distância entre estudantes e o estudo da Física. Neste cenário, as metodologias ativas apresentam-se como importantes aliadas já que, enfatizam a participação ativa dos discentes na construção do conhecimento. A ideia é que, ao serem mais envolvidos no processo de aprendizagem, os estudantes desenvolvam habilidades de pensamento crítico, resolução de problemas e elaboração de argumentos, entre outras. (CARVALHO, 2018).

De acordo com a Base Nacional Curricular Comum (BNCC), documento normativo que estabelece as aprendizagens essenciais, a habilidade de argumentação é uma das competências-chave. A sua aquisição guiará o estudante a articular argumentos fundamentados em fatos, dados e informações confiáveis. Isso permitirá que seja capaz de elaborar e sustentar ideias, além de formular hipóteses para fenômenos físicos observados (BRASIL, 2018).

Sendo assim, o presente trabalho consiste na proposta de uma sequência didática sobre a potência elétrica de circuitos resistivos. Será utilizada uma abordagem de ensino por investigação baseada no conflito cognitivo: a metodologia POE. Tal metodologia baseia-se na previsão, observação e explicação, e requer que seja realizada uma demonstração qualitativa em sala de aula. Na primeira fase, conhecida como "previsão", os estudantes serão convidados a fazer suas próprias previsões sobre um evento específico e a justificá-las com base em seus conhecimentos prévios. Em seguida, na 'observação", os estudantes terão a oportunidade de observar o evento, sendo incentivados a comparar suas previsões iniciais com os resultados observados. Por fim, na "explicação", os estudantes são desafiados a explicar quaisquer diferenças entre suas previsões iniciais e os resultados observados, caso existam (SASAK e JESUS, 2017).

A sequência foi estruturada para ser aplicada em turmas do terceiro ano do ensino médio, durante 4 aulas de 45 minutos cada. Para essa proposta de sequência didática, é desejável que os estudantes já tenham conhecimentos sobre efeito Joule e lei de Ohm para que tenham subsídios e consigam elaborar suas hipóteses como previsto pela metodologia. A sequência de atividades foi assim distribuída:

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Aula 1: Momento 1: Atividade experimental: grafite ligado a uma fonte de 12V. Os estudantes serão questionados, a partir de seus conhecimentos prévios, a preverem o que é esperado que aconteça ao ligar os extremos do grafite aos polos da fonte de tensão. Após a observação do experimento, os estudantes irão descrever o que aconteceu com o grafite e analisarão se ocorreu o que fora previsto, ou se houve divergência entre a previsão e a observação. Em seguida será solicitado que formulem uma hipótese, fundamentada cientificamente, sobre o que ocorreu com o grafite.

Momento 2: Após o experimento, será utilizado um simulador computacional do PHET COLORADO disponível em: <https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/battery-resistor-

circuit/latest/battery-resistor-circuit.html?simulation=battery-resistorcircuit&locale=pt\_BR>. Nele, os estudantes poderão interagir modificando a tensão da bateria e a resistência do resistor. Espera-se que relacionem que o aumento da tensão elétrica ocasiona elevação da corrente elétrica, e, consequentemente, maior atrito dos elétrons que se movem através do condutor. Com isso, há aumento da temperatura, ou seja, ocorre o efeito Joule.

Após a realização da simulação, os estudantes irão formular novamente uma hipótese fundamentada cientificamente, sobre o que ocorreu com o grafite.

Momento 3: Proposta de atividade de pesquisa extra classe. Será entregue aos estudantes um questionário para ser preenchido em suas residências a respeito dos principais eletrodomésticos e suas respectivas potências elétricas. Também será solicitado que estimem o tempo de utilização dos mesmos e que calculem o consumo de energia elétrica mensal.

Aula 2: Momento 1: os estudantes serão questionados sobre como a temperatura da água pode ser alterada em chuveiros elétricos. Espera-se promover uma discussão sobre circuitos de resistências elétricas variáveis, como em chuveiros e ferros elétricos. Serão apresentados dois aparatos experimentais compostos por: recipientes de plástico com mesma massa de água; sensor Arduino de temperatura (DS18B20) acoplado, resistor de chuveiro elétrico e uma fonte de energia.

Em um dos recipientes, o resistor terá todo o seu comprimento percorrido por corrente elétrica, aquecendo a água. Já no outro, apenas uma parte do comprimento do resistor será percorrido por corrente elétrica, quando ligado à fonte de energia, conforme esquematizado na figura 1. Nas duas situações o sensor Arduino registrará a variação de temperatura da água em função do tempo. A figura 2 mostra o arranjo experimental desenvolvido.

Figura 1 : Representação dos experimentos.

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Antes de iniciar os experimentos, os alunos serão questionados sobre em qual dos dois casos a água aquecerá mais rapidamente e, para isso, elaborarão um modelo que justifique tal previsão. Após a realização do experimento os estudantes descreverão suscintamente o que foi observado e analisarão se as previsões feitas anteriormente foram confirmadas. Caso haja divergências entre a previsão e a observação, deverão explicar as discordâncias, justificando os possíveis equívocos que possam existir no modelo proposto.

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Figura 2 : Experimentos montados.

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Momento 2: Serão apresentados dois experimentos com grafite e uma fonte de tensão. Em um deles o grafite estará partido ao meio e no outro, inteiro. Inicialmente os alunos farão a previsão do que é esperado, observarão que o grafite de menor comprimento terá uma incandescência maior, e elaborarão uma explicação.

Aula 3: Momento 1: Será apresentado um experimento composto por uma lâmpada dimerizável e um dimer rotativo, acoplados em uma caixa de mdf, e ligados a uma fonte de energia. Os estudantes perceberão que, ao variar a intensidade da corrente elétrica, por meio do dimer rotativo, o brilho da lâmpada também irá variar. E, com o auxílio de um multímetro, em pequenos grupos, medirão a corrente elétrica e a tensão elétrica respectiva; realizarão cálculos a fim de determinar a potência elétrica e analisarão a relação entre o brilho da lâmpada e a respectiva potência dissipada.

Cabe observar que tais experimentos - grafites e lâmpada dimerizável - podem ser considerados como 'pontes', cuja função é reproduzir fenômenos semelhantes aos que ocorrem com o experimento do resistor.

Momento 2: O experimento com os resistores do chuveiro será retomado. Após os conhecimentos adquiridos ao longo da sequência didática, os alunos serão solicitados a reformularem uma explicação científica que justifique o que foi observado com os resistores.

Aula 4: Entrega da atividade de pesquisa extraclasse e discussão com os estudantes sobre a potência elétrica e o consumo de energia elétrica dos principais eletrodomésticos de suas residências. Com base nos resultados obtidos com as tabelas, os alunos serão solicitados a elaborarem sugestões de práticas que tornem possível a redução do consumo de energia. O objetivo dessa atividade é que os estudantes identifiquem as principais grandezas físicas dos eletrodomésticos, além de verificarem que os de maior potência são os baseados no efeito Joule.

## Resultados Esperados

Espera-se que os alunos, ao realizarem suas previsões, considerem que o maior resistor de chuveiro aquecerá mais a água. Entretanto, com a realização dos experimentos subsequentes, acredita-se que percebam que o aumento da corrente elétrica implica no aumento da potência elétrica, já que reduzindo a resistência elétrica (ao regular o potenciômetro da lâmpada e ao cortar o grafite ao meio) aumenta-se a corrente elétrica e consequentemente a potência elétrica.

## Referências

BRASIL. Ministério da Educação . Base Nacional Comum Curricular . Brasília: MEC, 2018.

CARVALHO, A. M. P. de. Fundamentos Teóricos e Metodológicos do Ensino por Investigação. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, v. 18, n. 3, p. 765-794, 2018.

MOREIRA, M. A. Grandes desafios para o ensino da física na educação contemporânea . Revista do Professor de Física, v. 1, n. 1, p. 1-13, 2017.

SASAK, D. G. G. i , V. L. B. de Jesus. Avaliação de uma metodologia de aprendizagem ativa em óptica geométrica através da Investigação das reações dos alunos . Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 39, nº 2, 2017.

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