ENSINO DE FONTES RENOVÁVEIS DE ENERGIA: CONSTRUÇÃO DE CONCEITOS SOBRE ENERGIA A PARTIR DE UMA PROPOSTA DE PAINEL SOLAR CASEIRO

## ENSINO DE FONTES RENOVÁVEIS DE ENERGIA: CONSTRUÇÃO DE CONCEITOS SOBRE ENERGIA A PARTIR DE UMA PROPOSTA DE PAINEL SOLAR CASEIRO

Carlos Manuel Sánchez Tasayco 1 , Marcelo Augusto Oliveira do Nascimento 2

1 Instituto de Física, UFMT, tasayco@fisica.ufmt.br 2 Colégio Particular Coração de Jesus, Cuiabá, MT, profmarcelo@fisica.ufmt.br

## Resumo

Formar o conceito ou definir o termo energia renovável através da teoria sem dúvida alguma não é algo trivial, principalmente pela dificuldade encontrada na aprendizagem em grande parte dos estudantes do ensino médio. O enfoque na compreensão da transformação da energia solar para energia elétrica envolve uma pesquisa cautelosa, por se tratar de fontes de energia. Nesse contexto, o objetivo do projeto é desenvolver, despertar e sensibilizar os estudantes para que eles possam vivenciar, conhecer e participar de um evento científico através da montagem de um protótipo de painel solar caseiro para compreender de forma prática e didática como ocorre a transformação de energia solar para energia elétrica, realizando estudos práticos de circuitos elétricos e seus componentes. O procedimento teórico-metodológico deste estudo parte do referencial da Teoria de Aprendizagem Significativa - TAS - de David Ausubel. A sequência didática foi aplicada no SESI Escola, localizado no município de Várzea Grande no estado de Mato Grosso, com os alunos dos primeiros anos do ensino médio. Nessa perspectiva esperamos que este trabalho tenha como resultado a produção de estratégias facilitadoras para ensinar e aprender física, considerando a produção do material potencialmente significativo.

Palavras-chave : Energias renováveis, Painel solar, Aprendizagem significativa

## Introdução: Dificuldades na conceitualização de energia

A física no ensino médio deveria desenvolver no aluno um senso de curiosidade, já que o ensino dessa ciência envolve estudo de fenômenos naturais que ocorrem no nosso entorno natural. Entretanto, isso não é notado nos alunos dos primeiros anos do ensino médio. Provavelmente, esse desinteresse seja provocado por vários fatores que levam a esse fracasso educacional, citamos, a falta de metodologias adequadas, a forma como os conteúdos são abordados em sala de aula, a falta de laboratórios e uma mínima infraestrutura que atenda às necessidades básicas educacionais de qualidade. Isso tudo acaba sendo desmotivante para os professores e estudantes inseridos nessa realidade. Aulas de laboratório praticamente não existem. Faltam professores de física nas escolas e os que existem são obrigados a treinar os estudantes para as provas, para as respostas corretas, ao invés de ensinar física.

Assim, para superar as dificuldades na conceitualização de transformação de energia, o nosso trabalho desenvolveu um projeto em sala de aula com alunos do primeiro ano do ensino médio, montando um protótipo de painel solar caseiro para compreender de forma prática e didática como ocorre a transformação de energia solar para energia elétrica, bem como, estudo prático de circuitos elétricos e seus componentes. A temática trata da transformação da energia solar em energia elétrica, na qual, diz respeito ao conhecimento e à valorização de características dos diferentes grupos

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

sociais que convivem no território brasileiro, quanto às desigualdades socioeconômicas e excludentes que permeiam a sociedade brasileira, oferecendo ao aluno a possibilidade de conhecer novas formas de aderir energia de forma sustentável, durante as estações climáticas, através de placas solares.

Por muito tempo o ensino tem se dado por mera transmissão e assimilação de conteúdo pronto sem poder de crítica por parte do aluno, método chamado hoje em dia de tradicional. Promover uma aprendizagem significativa no âmbito escolar tem sido objetivo de estudo de muitos pesquisadores que procuraram aplicar a teoria de Ausubel (1963) dentro de sala de aula como ambiente propício para o desenvolvimento da aprendizagem significativa.

Segundo Ausubel, a aprendizagem significativa envolve a conexão entre a nova informação e os conceitos já existentes na mente do aluno, "subsunçores". Esses subsunçores são ideias e conceitos que já foram internalizados pelo aluno e estão presentes em sua memória de longo prazo. O aprendizado significativo é, portanto, a incorporação do novo conhecimento a esses subsunçores existentes, de modo que a informação possa ser lembrada e utilizada em situações futuras. (Moreira,1982).

Na aprendizagem significativa, o aluno não apenas memoriza informações isoladas, mas sim as integra em um contexto mais amplo, o que facilita a compreensão e a retenção do conhecimento. Isso ocorre porque as novas informações são processadas de forma mais profunda e conectadas com esquemas mentais já existentes na memória.

O conceito de energia tem se tornado um dos conceitos mais difíceis de ser assimilado na sala de aula, tanto seja por razões didáticas ou razões epistemológicas. Lino (2022), indica as dificuldades na construção desse conceito de energia, afirmando:

Podemos notar uma série de definições que se repetem tanto no sentido físico da palavra quanto no sentido figurado. De forma geral, os dicionários apresentam uma definição próxima ao seu significado etimológico: energia como capacidade de um corpo ou sistema de realizar um trabalho. Esta definição não deixa de ser próxima também daquela que os livros de Ciências fornecem sobre a energia. Também podemos verificar na maioria dos dicionários, em sentido figurativo, certa repetição de significados, os quais são equívocos utilizados com frequência em nosso cotidiano. {LINO, 2022}

Uma proposta, é que o ensino do conceito de energia tenha que ser pensado de uma forma diferente daquela comumente utilizada para o ensino de conceitos de física, que atribuem o conceito a um fenômeno ou a uma área especificada da física. Assim, é necessário, que o conceito de energia seja compreendido a partir das formas que se manifesta na natureza e mesmo assim deixa muito mais dúvidas que certezas sobre a forma como deve ser ensinada nas escolas de ensino médio.

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Assim, nossa proposta relaciona o uso de uma sequência didática desenvolvida com a intenção de interação com um determinado aspecto do conceito. Essas atividades podem inclusive transcender o aspecto puramente experimental e incluir discussões sobre o conceito de energia no dia-a-dia.

## Metodologia: Uma sequência didática

Neste trabalho, descrevemos uma Sequência Didática (SD) como produto educacional à confecção de um painel solar caseiro, compreendendo como uma prática de ensino e aprendizagem que articulam diferentes formas de intervenção sequencialmente orientadas para a realização de objetivos educativos. Essas sequências foram organizadas a partir da formulação, experimentação e avaliação de uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS), na qual foi utilizada a montagem de um protótipo de painel solar caseiro para a compreensão da transformação de energia solar em energia elétrica trabalhados com alunos do 1º ano do Ensino Médio do Sesi Escola Várzea Grande - MT.

O trabalho proposto aos alunos foi a confecção de um painel solar de LED's caseiro com materiais de baixo custo (papelão ou acrílico). As etapas envolvem a elaboração das bases dos painéis, a associação dos LED's conectados em ligações em paralelo e em série como mostra a figura 01

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Figura 01: Elaboração de um protótipo de painel solar caseiro

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Conectando as pontas de prova do multímetro em cada fio da placa e em um local aberto, com incidência de raios solares, permitimos a incidência de luz solar sobre a placa e utilizando o multímetro, a tensão elétrica é medida. Enquanto a luz solar estiver incidindo alteramos a posição da placa para notar a ocorrência de variações no valor da tensão conforme a figura 02.

Figura 02: Testagem das Placas de LED's

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## Cronograma da Sequência Didática

Para ensinar o processo de como ocorre as transformações de energia luminosa em elétrica, a partir dos conhecimentos gerais para os conhecimentos específicos sobre painéis solares, este trabalho foi organizado em uma Sequência Didática divididas em 19 aulas separadas em 15 etapas, no contra turno, período vespertino, tendo cada encontro dividida entorno de duas aulas, com duração de 50 minutos cada aula, realizadas pelo professor para que os alunos pudessem desenvolver as habilidades e competências necessárias para compreender o funcionamento das células fotovoltaicas.

As sequências didáticas foram divididas entre a apresentação da proposta e do protótipo juntamente com a aplicação do pré-teste, aulas sobre os conceitos físicos (aulas expositivas), montagem dos painéis solares (oficina) e a aplicação dos pós teste. Os pré e pós-teste foram realizados conforme a ideia de intervenção pedagógica trabalhada por Zabala (1998) em relação ' [...] às características e ao uso de materiais curriculares e recursos didáticos '. De acordo com essa afirmativa de Zabala (1998), podemos concluir que nos testes ocorreram a elaboração, experimentação e avaliação das sequências didáticas.

Durante a aplicação do pré-teste uma abordagem qualitativa serviu para termos uma visão dos conhecimentos prévios dos alunos, buscando entender tais conhecimentos a partir dos significados, experiências e ações.

Após as primeiras etapas, correspondentes a apresentação da proposta do tema a ser trabalhado, apresentação do protótipo e aplicação do pré-teste, desenvolvemos aulas expositivas sobre os fenômenos solares, radiação e os conceitos físicos

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relacionados aos painéis solares, tendo como objetivo que os alunos entendessem os conceitos trabalhados de forma significativa, desenvolvendo o método da diferenciação progressiva e a reconciliação integradora. Norteando a ideia de Masini e Moreira (2008), trabalhando os conteúdos de forma significativas sobre o ensino por meio de um organizador prévio, painéis solares. Essas ações pedagógicas compreenderam aulas expositivas e uma oficina para a construção dos mapas conceituais e a montagem da placa solar.

## Discussão dos dados coletados: Pré-teste

O pré-teste pode ser entendido como um processo de aprendizagem cognitiva. Segundo Moreira (2022), 'a aprendizagem cognitiva é aquela que resulta no armazenamento organizado de informações na mente do ser que aprende, e esse complexo organizado é conhecido como estrutura cognitiva'. Sendo assim, quando averiguamos os conhecimentos prévios dos alunos sobre as transformações de energia, notou-se que eles poderiam adquirir novos significados aos conceitos sobre energia solar, como ocorre no funcionamento de um painel solar, e transformação de energia elétrica em energia solar, de forma a possibilitar reconhecer possíveis subsunçores, que servirão de ancoragem para novas formas de aprender os fenômenos físicos envolvidos.

No pré-teste apresentado, as perguntas foram referentes ao contexto abordado na sala de aula, com o intuito de entender um pouco quanto ao nível de conhecimento prévio que o estudante possui antes do processo de aprendizagem, verificando como os alunos interagem com o novo conceito ou ideia já existente na estrutura cognitiva, ou seja, a utilização do ancoradouro da nova informação, o subsunçor.

De acordo com os dados obtidos do pré-teste aplicado na turma do primeiro ano do ensino médio, antes da montagem do protótipo da placa solar fotovoltaica para a compreensão da transformação de energia solar em energia elétrica, nota-se que os estudantes têm sim uma compreensão sobre o assunto, mas que precisa ainda ser trabalhado para ancorar alguns conceitos que ainda não ficaram muito claros no seu processo de ensino aprendizagem. Das questões escolhidas e aplicadas na turma, somente uma questão evidenciou um nível de erro maior que o dos acertos. Um motivo a esse resultado (Figura 03) tenha sido que a formulação da questão possa ter influenciado no entendimento dos alunos, embora a questão tenha sido explicada detalhadamente em sala de aula, mesmo assim se observou a dificuldade que os estudantes ainda têm sobre conceitos de energia que logo foram sanadas ao longo das aulas com o trabalho da confecção e aplicação prática da placa solar de LED's.

Figura 03: Resultado do Pré-teste, apenas das questões objetivas

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## Discussão dos dados coletados: Pós-teste

Após a montagem do protótipo da placa fotovoltaica de energia solar, construção essa que teve a participação direta dos estudantes, e depois de várias explicações sobre energia e suas transformações, foi então aplicado aos estudantes um pós-teste, onde os estudantes tiveram a oportunidade de mostrar o que aprenderam sobre o assunto transformação de energia solar em energia elétrica.

O processo do pós-teste envolveu uma série de perguntas quase idênticas ou que apresentaram o mesmo nível de dificuldade com relação às perguntas do pré-teste. Com ambos dados coletados em mãos, foi possível medir o nível de aprendizagem significativa e também checar o nível da continuidade da mensagem apresentada pelos estudantes que participaram do processo.

Analisando o pós-teste aplicado, mostramos o resultado do pós-teste, apenas das questões objetivas na figura 04:

Figura 04: Resultado do Pós-teste das questões objetivas

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De acordo com os dados obtidos do pós-teste aplicado na turma do primeiro ano do ensino médio, após a montagem do protótipo da placa solar fotovoltaica e após várias atividades envolvendo o assunto de transformação de energia, nota-se que os estudantes adquiriram uma aprendizagem significativa sobre o assunto, e que já não tem mais dúvidas no processo de transformação de energia solar em energia elétrica. Isso fica evidente no gráfico, pois de um universo de 28 estudantes, a média de acertos ma nas questões objetivas ficou na média de 21. Isso mostra que o objetivo foi parcialmente alcançado no processo aprendizagem.

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## Considerações finais

Com bases nas informações obtidas no estudo feito sobre a montagem do protótipo de um painel solar caseiro para compreensão da transformação de energia solar em energia elétrica para estudantes do 1º ano do ensino médio do Sesi escola Várzea Grande, é possível chegar as seguintes considerações. Foi realizado com êxito a montagem do protótipo do painel solar caseiro de LED's, com a participação ativa dos estudantes, os quais responderam adequadamente aos problemas e questionários

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que foram surgindo ao longo do desenvolvimento e confecção do protótipo.

O trabalho da montagem do protótipo da placa solar pelos estudantes, se mostrou como uma ferramenta eficaz, pois, por meio dele, foi possível aliar a teoria e a prática no processo de ensino aprendizagem de física. Neste sentido é importante observar que a realização do pré-teste, antes do início dos trabalhos de montagem do protótipo da placa solar caseira, mostrou como o estudante pode não ter conhecimentos prévios adequados para atribuir os significados que estavam sendo proposto para o estudo. Logo, não tendo um conhecimento mais aprofundado sobre o assunto de transformação de energia solar em energia elétrica, eles não podiam atribuir tal significado a atividade.

Após todo o processo que envolveu a montagem do protótipo da placa solar caseira, estudos sobre energia e suas transformações, foi aplicado um pós-teste, que mostrou como os estudantes se desenvolveram ao longo desse processo. Isso mostra como a ferramenta utilizada foi de grande ajuda para que os estudantes pudessem ancorar novos conhecimentos gerando conhecimento prévio. Portanto, pode atribuir novos significados aos seus conhecimentos, uma vez que o conhecimento prévio interage com o novo conhecimento, modificando e enriquecendo a estrutura cognitiva prévia, que permite a atribuição de significados ao conhecimento.

## Referências

Ausubel, D.P. The Psychology of meaningful verbal learning . New York: Grune &amp; Stratton, 1963.

Lino, A.; Leone, B. C.; A utilização da história da ciência como subsídio para a superação de obstáculos epistemológicos do conceito de energia na física. XII Seminário de Iniciação Científica do Litoral, Caraguatatuba, 2022.

Masini, E.F.S; Moreira, M.A. Aprendizagem significativa: condições para ocorrência e lacunas que levam a comprometimentos . São Paulo: Vetor, 2008.

Moreira, M.A. A Aprendizagem Significativa: A Teoria de David Ausubel . São Paulo: Moraes, 1982.

Moreira, M.A. Teorias da Aprendizagem . Rio de Janeiro: LTC, 2022.

Zabala, A. A prática educativa: como ensinar . Tradução de Ernani F. da F. Rosa. Porto Alegre: Artmed, 1998.

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