UM SIMULADOR COMPUTACIONAL DIDÁTICO SOBRE A LEI DE COULOMB

## UM SIMULADOR COMPUTACIONAL DIDÁTICO SOBRE A LEI DE COULOMB

## A COULOMB'S LAW COMPUTER BASED DIDATIC SIMULATOR

## Alessandro M. Deana 1 , Alexandre A. Mesquita , Laerte Kimura , Yordan Leal , 2 3 4 Felipe A. Finelli , 5

- 1 Universidade Nove de Julho / Diretoria dos cursos de Informática / amdeana@uninove.com.
- 2 Universidade Nove de Julho / Diretoria dos cursos de Informática / mesquita@uninove.br
- 3 Universidade Nove de Julho / Diretoria dos cursos de Informática / sethrianni@msn.com

## Introdução

Com os avanços tecnológicos, principalmente no que tange aos recursos de multimídia, o computador tem sido cada vez mais utilizado para auxiliar na compreensão e assimilação de informações nas mais diversas áreas do conhecimento (BELAN, 2005; LIBRANTZ, 2006). Com o uso desta tecnologia, temse instalado a terceira geração de Educação a Distância (EAD), caracterizada pelo uso de ambientes virtuais de aprendizagem (AVA), interativos (TORRES, 2009).

Uma das finalidades de um AVA é cumprir alguns dos pressupostos de laboratórios reais e, muito embora não consigam substituí-los, são bastante úteis na realização de experimentos que este último não tenha plenas condições de suprir ou cuja viabilidade possa ser prejudicada por fatores como o tempo despedido na preparação experimental, o fato de alguns experimentos não poderem ser realizados mais que uma vez em um curto intervalo de tempo, a falta de familiaridade com o procedimento, o custo e a possibilidade de haver riscos na realização de experiências (por exemplo experiências envolvendo altas tensões) (DEANA, 2011)

Dentre todos os conhecimentos estudados em Física no Ensino Médio, a Teoria Eletromagnética é uma das disciplinas mais importantes, devido a sua aplicabilidade nos mais diversos campos do conhecimento humano. Entretanto, ainda existe muita dificuldade em relação ao correto entendimento de suas teorias e consequências no cotidiano (DUIT 2005, DORNELES, 2006).

Alguns dos conceitos fundamentais do Eletromagnetismo, como por exemplo, a carga elétrica, os campos elétrico e magnético e a força elétrica, são de difícil visualização pelo aluno e, geralmente, são apresentados na forma de complexos modelos matemáticos. Sem a possibilidade de uma visualização direta pelo aluno, seja por experimentos laboratoriais, seja por observação de eventos do cotidiano, tais conceitos apresentam um elevado grau de dificuldade em sua assimilação.

Apesar de possuírem uma visualização relativamente fácil, até mesmo circuitos elétricos simples, como associações de lâmpadas ou resistores, podem se tornar um obstáculo ao aprendizado (DORNELES, 2006). Mapeando as concepções e raciocínios dos alunos a respeito destes conceitos, é possível desenvolver um AVA composto por simulações interativas e textos didáticos que levam em

consideração as dificuldades específicas relacionadas a este tópico que, associado ao ensino presencial, potencialize o aprendizado.

Tal recurso seria uma ferramenta complementar para o estudo da Física, pois através dele será possível a realização de 'experimentos virtuais" com a finalidade de esclarecer e reforçar o conhecimento teórico da Física, no nosso caso a teoria Eletromagnética.

Um dos maiores problemas do ensino de Física no Brasil não é a ausência de estudos que mapeiem as dificuldades dos alunos, e sim a dificuldade da relação entre pesquisa em ensino de Física e a prática docente (PENA, 2008). Este trabalho apresenta a continuação do desenvolvimento (DEANA, 2011) de um recurso institucional que irá massificar o acesso a importantes ferramentas computacionais, simulações virtuais e textos de apoio para o auxílio ao ensino, pesquisa e extensão em Física, mais especificamente, a Força de Coulomb, com intuito de auxiliar no processo de ensino e aprendizagem de conceitos teóricos e abstratos abordados em aula.

## Resultados

O primeiro tópico desenvolvido foi denominado 'carga elementar' (DEANA, 2011), com o qual objetiva-se demonstrar ao aluno, de maneira visual, qual a menor quantidade possível de carga e suas implicações devido ao fato da carga elétrica ser uma grandeza discreta, e não contínua. Também já foi desenvolvido um módulo sobre o Campo Elétrico, e este trabalho apresenta a Força de Coulomb. O modelo matemático utilizado para esta simulação é F =q1q2/(4 πε 0 r 2 ) , onde q1 e q2 são as cargas elétricas, em Coulombs, r é a distância entre as duas cargas e ε 0 é a permissividade elétrica do vácuo. Muitos alunos apresentam grande dificuldade em compreender que não é possível obter qualquer valor de carga elétrica (não é uma grandeza contínua) e que existe uma carga mínima observada na natureza. Esta dificuldade, associada ao fato de que experiências para determinar a natureza quantizada da carga elétrica são dispendiosas, complexas e de difícil assimilação, torna este conceito-chave de Eletromagnetismo um entrave ao aprendizado.

Os significados que os alunos associam a um conceito formal de Física,

usualmente difere muito daqueles que um físico atribuiria ao mesmo conceito especialmente em se tratando de tópicos de Eletromagnetismo (DORNELES, 2006). O fato de alunos e professores poderem utilizar uma mesma ferramenta computacional interativa tem potencial para minimizar as diferentes visualizações mentais que ambos possuem do mesmo conceito básico.

Para representar a Lei de Coulomb, foi desenvolvido, em linguagem Flash CS5, um simulador numérico computacional (fig. 1) para ambiente de hipermídia que calcula qualquer uma das quatro variáveis

Fig. 1 Simulação numérica computacional da Força de Coulomb, onde podem ser observadas as duas cargas pontuais estudadas, a distância entre elas e a força calculada pelo programa.

<!-- image -->

(cargas elétricas, distância entre as cargas e força elétrica) caso três delas sejam fornecidas pelo usuário. A interatividade é feita tanto através do teclado, como do mouse, clicando sobre as cargas e alterando sua posição. O programa também calcula o número de portadores de carga (prótons ou elétrons) para qualquer carga fornecida. Tal simulador deverá estar disponível de forma geral e irrestrita após a realização dos devidos testes e da confecção dos textos didáticos e material de apoio ao mesmo.

## Conclusões

Um ambiente virtual de aprendizagem para apoio ao ensino de Física, apesar de pouco difundido no Brasil, poderá se tornar uma ferramenta efetiva no auxílio à formação do conhecimento dos alunos aos quais se destina. É importante ressaltar que tal ambiente não tem por objetivo substituir as aulas presenciais como sendo única fonte de conhecimento para o aluno, e sim atuar como um auxiliar ao docente e aos alunos, potencializando desta forma o aprendizado e representando interativamente e intuitivamente conceitos de Física que, de outra maneira, seriam muito abstratos, dificultando o aprendizado.

## Referências

BELAN, P. A.; NERY, E. P.; ARAÚJO, S. A. Software para Auxílio à Préalfabetização Infantil Baseado em Reconhecimento Inteligente de Caracteres Manuscritos. In: XVI Simpósio Brasileiro de Informática na Educação (SBIE 2005), 2005, Juiz de Fora, MG, Anais , Juiz de Fora, MG, 2005, p. 1-8.

DEANA, A. M. et al., Ambiente Virtual de Aprendizagem para Apoio ao Ensino de Eletricidade para o Ensino Médio. In XIX Simpósio Nacional de Ensino de Física, 2011, Manaus, AM, Anais, Manaus, AM.

DORNELES, P., ARAUJO, I., VEIT, E. Simulação e modelagem computacionais no auxílio à aprendizagem significativa de conceitos básicos de eletricidade: Parte I circuitos elétricos simples. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 28, n. 4, p. 487-496, 2006.

DUIT, R. e VON RHÖNECK, C.. Learning and understanding key concepts of electricity edited by A. Tiberghien, E.L. Jossem and J. Barajos (International Commission on Physics Education), disponível em http://www.physics.ohiostate.edu/~jossem/ICPE/TOC.html, Acesso em 26 de

LIBRANTZ, A. F. H., ARAÚJO, S. A.. KOYAMA, Cristina. Sistema de navegação autônoma de robôs: uma proposta de uso como instrumento pedagógico multidisciplinar no curso de Ciência da Computação. Exacta , v. 4. n. especial, p. 123-125 2006.

PAULA, L. Q.; PIVA Jr., D.; FREITAS, R. A Importância da Leitura e da Abstração do Problema no processo de formação do raciocínio lógico-abstrato em alunos de Computação. In: XII Workshop sobre Educação em Informática, 2009, Bento Gonçalves, RS, Anais , Bento Gonçalves, RS, 2009.

TORRES, P.; FIALHO, F. Educação à distância: passado, presente e futuro. In: LITTO, F.; FORMIGA, M. Educação à distância: o estado da arte . São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2009.