LABORATÓRIOS VIRTUAIS EM ELETROMAGNETISMO: UMA ANÁLISE DIDÁTICA USANDO MICROSOFT EXCEL®

## LABORATÓRIOS VIRTUAIS EM ELETROMAGNETISMO: UMA ANÁLISE DIDÁTICA USANDO MICROSOFT EXCEL®

Abmael D. Rebouças 1 , Erlania L. De Oliveira 2 , Lázaro L. L. Souza 3

- 1 Universidade Federal Rural do Semi-Árido/CCEN, abmael.reboucas@alunos.ufersa.edu.br
- 2 Universidade Federal Rural do Semi-Árido /CCEN, erlania@ufersa.edu.br
- 3 Universidade Federal Rural do Semi-Árido/CCEN, lazaro@ufersa.edu.br

## Resumo

A utilização de tecnologias no ensino está revolucionando a forma como o conhecimento é transmitido e assimilado. Em um cenário educacional em constante evolução, o uso de ferramentas digitais oferece maneiras eficazes de tornar o aprendizado mais dinâmico e interativo. Entre essas ferramentas, o Microsoft Excel® se destaca ao possibilitar a criação de ambientes de simulação que facilitam a compreensão de conceitos complexos. Esses ambientes, também conhecidos como laboratórios virtuais de aprendizagem (LVA), proporcionam aos alunos a oportunidade de interagir com o conteúdo de forma prática e envolvente, promovendo uma experiência de aprendizado significativa. Os LVAs permitem que os alunos realizem experimentos virtuais, manipulando variáveis e observando resultados em tempo real. Isso não apenas aumenta o engajamento, mas também fortalece a compreensão teórica ao possibilitar a aplicação prática dos conhecimentos adquiridos. A tecnologia, portanto, torna-se um aliado poderoso na educação, permitindo um ensino mais inclusivo, flexível e adaptado às necessidades dos alunos. Com a adoção desses recursos, é possível criar um ambiente educacional mais estimulante, que incentiva a curiosidade e o aprendizado contínuo.

Palavras-chave : Ensino de Física; Excel®; Laboratório virtual

## Introdução

- O ensino visa transmitir conhecimento de maneira acessível e compreensível, facilitando a aprendizagem dos alunos. No cenário atual, a integração de novas tecnologias é essencial para enriquecer o processo educacional, tornando-o mais dinâmico e interativo (BRASIL, 2002). O acesso às tecnologias transforma a maneira como vivemos e aprendemos, proporcionando experiências mais práticas e imersivas (KENSKI, 2013).

A adoção de tecnologias no ensino pode criar ambientes educacionais inovadores que se diferem dos métodos tradicionais e facilitam a construção do conhecimento (ALMEIDA, 2007). Esses ambientes promovem a participação ativa dos alunos, incentivando a exploração colaborativa de recursos digitais. Rocha (2001) destaca a importância de utilizar abordagens tecnológicas para tornar o ensino de Física mais atraente e conectado ao cotidiano dos estudantes.

Os Laboratórios Virtuais de Aprendizagem (LVA), como discutido por Schmidt e Tarouco (2008), oferecem modelos presenciais, remotos e virtuais que permitem a realização de experimentos sem as limitações de um laboratório físico, proporcionando flexibilidade e autonomia aos alunos. Exemplos de LVAs, como PhET Simulations (GARCIA; SILVA, 2014) e Labvirtual (MOTTA; PRADO; RIBEIRO, 2015), promovem uma aprendizagem prática e interativa em Física.

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

Para uma alternativa acessível e independente da internet, o uso do Microsoft Excel® é destacado por Abreu et al. (2002) como uma ferramenta eficaz para criar ambientes de aprendizado práticos, especialmente para explorar conceitos de eletromagnetismo. Essa abordagem facilita a visualização de conceitos complexos, promovendo uma compreensão mais profunda e prática dos princípios físicos.

## Desenvolvimento de ambientes de simulação utilizando a ferramenta Microsoft Excel®

O Microsoft Excel® é uma ferramenta versátil para a criação de ambientes interativos. Além das operações matemáticas básicas, oferece funcionalidades como gráficos, formatação, inserção de imagens e criação de botões e macros. Essas capacidades tornam o Excel® ideal para desenvolver simulações interativas, facilitando a manipulação de variáveis e a observação de resultados, especialmente no ensino de Física. A Figura 1 mostra a interface básica do Excel®.

Figura 01: Ambiente inicial de trabalho do Excel®. Fonte: Excel® (2024)

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A modelagem aplicada ao estudo do eletromagnetismo possibilita o desenvolvimento de diversas simulações práticas e interativas, enriquecendo a experiência de aprendizagem. Por meio de laboratórios virtuais, os alunos podem explorar conceitos como a Lei de Ohm e o processo de carga e descarga de capacitores de forma realista, o que facilita a compreensão dos princípios teóricos abordados em sala de aula.

Essas simulações promovem um aprendizado mais envolvente e significativo, estimulando o pensamento crítico, a resolução de problemas e a criatividade dos alunos. Cada laboratório virtual é projetado para oferecer uma experiência prática, em que os estudantes aplicam seus conhecimentos em simuladores, aprimorando habilidades como observação, análise de dados e tomada de decisões. Assim, os laboratórios virtuais se consolidam como ferramentas valiosas para aprofundar o entendimento dos conceitos de eletromagnetismo e preparar os alunos para enfrentar desafios reais na área da Física.

## Explorando a Lei de Ohm através do LVA

No primeiro laboratório (Figura 2), os alunos têm a oportunidade de explorar os princípios da Lei de Ohm por meio de experimentos virtuais interativos. Nesta atividade, eles podem observar como a variação da tensão influencia a corrente

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elétrica, considerando uma resistência previamente selecionada. Além disso, é possível visualizar graficamente as relações entre corrente, resistência e tensão, o que contribui para uma compreensão mais aprofundada dos conceitos envolvidos. Essa abordagem prática e visual enriquece o processo de aprendizagem, tornando-o mais envolvente e facilitando a assimilação dos princípios da Lei de Ohm.

Figura 02: Interface do LVA da Lei de Ohm no Excel®. Fonte: Autor.

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Neste laboratório, os alunos interagem com diversas funcionalidades, como a configuração da escala dos multímetros, ajuste da tensão da fonte, seleção de faixas no multímetro para medições de tensão e corrente, conexão das pontas de prova e execução das medições. Os resultados dessas interações são apresentados em gráficos, como ilustrado na Figura 3. Essa abordagem prática e visual permite que os alunos explorem e analisem o comportamento descrito pela Lei de Ohm, variando a tensão e observando a resposta da corrente em gráficos que relacionam esses dois parâmetros.

Figura 03: Ambiente gráfico do LVA - Lei de Ohm. Fonte: Autor.

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Os laboratórios virtuais auxiliam os alunos no domínio da Lei de Ohm, permitindo-lhes observar como a corrente varia com a tensão e a resistência. Eles aprendem a configurar multímetros para medir corrente e tensão e a interpretar a codificação de cores dos resistores para comparar valores nominais com valores experimentais. Essas habilidades são fundamentais para a análise de circuitos elétricos e para o desenvolvimento de projetos na área de eletricidade.

## Explorando conceitos de descarga do capacitor no LVA

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O Laboratório Virtual de Aprendizagem (LVA) explora o processo de descarga de um capacitor (Figura 04), permitindo que os alunos carreguem o capacitor e observem sua descarga por meio de uma animação da lâmpada, que é relacionada à curva de tensão ao longo do tempo. Os recursos interativos incluem a seleção da tensão de carregamento e a variação da distância entre as placas, fatores que influenciam a capacitância. O laboratório também possibilita o ajuste do fundo de escala do multímetro e o uso das pontas de prova para analisar dados como capacitância e energia, com a curva de descarga do capacitor facilitando a compreensão desses conceitos.

Figura 04: Interface do LVA da descarga do capacitor no Excel®. Fonte: Autor.

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Em um ambiente gráfico complementar (Figura 5), os alunos visualizam curvas que relacionam a tensão ao tempo e a energia à tensão, permitindo uma análise detalhada do comportamento dos capacitores e o desenvolvimento de habilidades de interpretação e análise de dados experimentais.

Figura 05: Ambiente gráfico do LVA - Descarga do capacitor. Fonte: Autor.

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Nesta aplicação, ao variar parâmetros do capacitor, como a tensão de carga e a capacitância, os alunos podem observar as mudanças nas curvas, proporcionando uma compreensão mais profunda dos conceitos envolvidos e contribuindo para uma visão mais abrangente das características e propriedades dos capacitores.

Criando laboratórios virtuais no Microsoft Excel®: uma abordagem passo a passo para a confecção dos experimentos

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Para garantir resultados de excelência, é essencial manter a fidelidade na concepção e execução dos experimentos, priorizando o realismo. Isso envolve a reprodução precisa de detalhes, comportamentos dos objetos e interações no experimento. Ao focar em aspectos como texturas, cores e formas, dedicam-se tempo e recursos para criar simulações que refletem com precisão as sensações e respostas reais.

Nas nossas interfaces, optamos por utilizar as funcionalidades nativas do Excel® para criar experiências realistas, evitando o uso de recursos complexos. Comandos, animações e ações interativas do software são empregados para proporcionar uma interação intuitiva e envolvente.

No laboratório, as interações são realizadas por meio de operações entre células, como soma (+), subtração (-), multiplicação (*) e divisão (/), utilizando o sinal de igual (=) para efetuar cálculos e gerar os resultados necessários para as atividades.

Tabela 01: Operações matemáticas no Microsoft Excel®. Fonte: Autor

No laboratório, pode-se utilizar a função condicional "SE" (Figura 6) para direcionar as ações com base nas interações do usuário. Essa função ajusta o fluxo de execução conforme o resultado do teste lógico, com os argumentos separados por ponto e vírgula (;).

Figura 05: Estrutura da função SE no Excel®. Fonte: Autor.

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É importante destacar a capacidade de criar condicionais compostas no Excel®, permitindo a inserção de condições dentro de sentenças para testar lógicas encadeadas. Isso possibilita interações mais sofisticadas e precisas no ambiente, aumentando a complexidade da lógica de programação.

Para aprimorar a interface visual, utilizamos recursos do Excel® para criar gráficos animados baseados em modelos matemáticos, como retas e curvas. De acordo com Freitas Filho (2008), essas animações simulam processos reais, oferecendo uma experiência visual dinâmica e facilitando a compreensão dos dados.

Além disso, incorporamos perspectivas realistas nas figuras utilizadas, como os multímetros em laboratórios virtuais, para oferecer uma experiência mais autêntica. A combinação de animações gráficas e representações realistas no Excel® enriquece a visualização e análise de dados, promovendo uma interação mais envolvente.

Para otimizar as aplicações, implementamos botões acionados por Macros (Figura 7), que automatizam ações no Excel®. Esses botões tornam o ambiente mais intuitivo e

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eficiente, agilizando a execução de tarefas e proporcionando uma experiência mais fluida no laboratório.

Figura 07: Passo a passo de como se criar uma macro no Microsoft Excel®.

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Para associar uma macro a uma figura ou atalho, é necessário primeiro gravar a macro, seguindo o passo a passo ilustrado na Figura 7. Após a gravação, a macro pode ser atribuída a uma figura ou atalho específico, permitindo a execução das ações registradas, como modificar o comportamento do gráfico por meio de comandos condicionais.

O processo é simples: crie uma figura, clique com o botão direito do mouse sobre ela, selecione "Atribuir Macro" (Figura 8), escolha a macro desejada na caixa de diálogo que aparece e clique em OK para concluir a associação.

Figura 08: Atribuição de macro a uma figura no Microsoft Excel®. Fonte: Autor

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## Conclusão

A incorporação das tecnologias no ambiente educacional tem se mostrado revolucionária, especialmente por meio dos laboratórios virtuais de aprendizagem (LVA), que utilizam ferramentas como o Microsoft Excel®. Esses laboratórios oferecem aos estudantes a oportunidade de explorar conceitos e realizar experimentos virtuais, proporcionando uma compreensão prática e aprofundada de fenômenos físicos complexos, como os relacionados ao eletromagnetismo.

Além de desenvolver habilidades típicas de um laboratório físico, como observação, análise de dados e resolução de problemas, os laboratórios virtuais estimulam o pensamento crítico, o raciocínio lógico e a criatividade dos alunos, preparando-os para desafios reais no campo da Física. Uma vantagem significativa desses laboratórios é sua acessibilidade, uma vez que podem ser utilizados sem a necessidade de conexão

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com a internet, permitindo que os estudantes explorem o conteúdo a qualquer momento e em qualquer lugar.

A criação desses laboratórios também se mostra facilitada, não exigindo amplos conhecimentos em programação, mas sim habilidades básicas em operações, testes lógicos, plotagem de gráficos e uso de macros. Com essas características, os laboratórios virtuais proporcionam uma experiência de aprendizagem dinâmica, flexível e acessível, enriquecendo o processo educacional e ampliando as possibilidades de ensino e aprendizado.

## Referências

ABREU, Maria Auxiliadora Maroneze de et al. Metodologia de ensino de matemática. Florianópolis: UFSC/LED , 2002.

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ROCHA, C. A. Elos entre a formação para o ensino de física e as novas tecnologias. 2001. 163 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis.

SCHMITT, Marcelo Augusto Rauh; TAROUCO, Liane Margarida Rockenbach. Metaversos e Laboratórios Virtuais: possibilidades e dificuldades. RENOTE: revista novas tecnologias na educação [recurso eletrônico]. Porto Alegre, RS , 2008.

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