Relato de uma proposta de ensino de Eletricidade para o ensino médio com uso de simuladores e sensores PASCO

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1 Relato de uma proposta de ensino de Eletricidade para o ensino médio com uso de simuladores e sensores PASCO Cristiane Marina de Carvalho Jéssica Regina Romão Cabral Estudantes do curso de Licenciatura em Física Bolsistas do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência São João del Rei/MG, dezembro de 2011

2 RESUMO Neste trabalho, é relatada uma atividade sobre Eletricidade realizada por estudantes bolsistas participantes do Programa Institucional de Bolsas de Incentivo a Docência (PIBID) da Universidade Federal de São João del Rei (UFSJ), na Escola Estadual Cônego Osvaldo Lustosa, da cidade de São João del Rei/MG, com a colaboração de uma professora de Física dessa escola. A atividade foi realizada em um formato de minicurso com duração de três horas. A atividade consistiu basicamente; na utilização de simuladores sobre construção de circuitos, lei de Ohm e carga e descarga de um capacitor; e uma parte experimental utilizando um sensor de corrente e voltagem. Ao colocarmos essa atividade próxima ao conteúdo teórico, visamos despertar a curiosidade e a capacidade investigativa dos alunos sobre o tema, permitindo a eles elaborarem suas próprias teorias e testá-las. 1. INTRODUÇÃO Os estudantes integrantes do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação a Docência (PIBID), da área de Física da Universidade Federal de São João Del Rei (UFSJ), foram orientados a observarem as escolas participantes do subprojeto. Nossas observações foram realizadas na Escola Estadual Cônego Osvaldo Lustosa, no município de São João del Rei/MG. No período de observação, percebemos que a escola possui uma ótima estrutura física, por exemplo, sala de informática, de vídeo e laboratórios. No entanto, verificamos que essa estrutura não era utilizada pela maioria dos professores, que optavam pelo ensino tradicional, baseado na exposição oral e no quadro e giz. Especificamente no ensino de física, observamos uma metodologia baseada na aprendizagem mecânica, e em processos de repetição e reprodução de procedimentos memorizados, principalmente os relacionados à resolução de exercícios baseados na aplicação de fórmulas. Observa-se um posicionamento institucional contra a utilização de uma metodologia baseada na aprendizagem mecânica, conforme a citação abaixo: Muitas vezes o ensino de Física inclui a resolução de inúmeros problemas, onde o desafio central para o aluno

3 consiste em identificar qual fórmula deve ser utilizada. Esse tipo de questão, que exige, sobretudo, memorização, perde sentido se desejamos desenvolver outras competências. [Brasil, 2006] A utilização das Tecnologias de Informação e Comunicação pode propiciar a quebra com a lógica da transmissão, ao mediar as relações entre professores, conhecimentos e alunos. Como citado por LIMA & CRUZ LEAL: A atualidade sociotécnica evidencia a tecnologia, presente em todas as áreas de conhecimento. Nesse contexto, o computador e as redes telemáticas vêm assumindo funções cada vez mais importantes, revelando-se como ferramentas transformadoras da ação. Esta realidade também diz respeito à educação: a introdução das TIC provocou e continua a provocar alterações nas formas de ensinar e aprender, uma vez que mediatizam as relações entre professores, conhecimentos e alunos. [LIMA & CRUZ LEAL, 2000, p.11,12] Durante o segundo semestre de 2011, cursamos a disciplina Prática de Ensino: Instrumentação para o Ensino de Ciências, quando discutimos o uso de Tecnologia de Informação e Comunicação (TIC) no Ensino de Ciências. Nesse mesmo semestre aconteceu o Simpósio Tendências Tecnologias Educacionais para o Ensino de Física e Matemática na Universidade Federal de Lavras (UFLA), em Minas Gerais, ao qual fomos pela relação existente entre aquela disciplina de instrumentação e o tema abordado nesse Simpósio. Com base no que foi visto no Simpósio e na disciplina, percebemos que a utilização de tecnologias, como simuladores e sensores, no ensino proporcionam a interatividade, que é descrita por SOUZA FILHO: Nesse tocante, o uso da interatividade busca a participação ativa do aluno no processo de construção de significados, criando situações em sala de aula que permitam desde a identificação do conhecimento prévio até a discussão das hipóteses apresentadas em relação aos modelos de fenômenos físicos em estudo, permitindo que os alunos exerçam influência no processo tanto na forma de condução

4 quanto na escolha de conteúdos específicos. Neste processo abre-se espaço para uma aprendizagem não literal e não arbitraria do referido conteúdo, uma vez que o grupo de alunos é estimulado a assumir uma postura ativa através do levantamento de hipóteses, questionamentos, transferência e posicionamento verbal e por escrito junto ao conjunto professor - alunos. [SOUZA FILHO; 2010, p.23] Os bolsistas do PIBID foram incentivados a planejarem atividades voltadas ao Ensino Médio, utilizando sensores da PASCO. A partir desse incentivo, construímos uma proposta no formato de minicurso, envolvendo conceitos de eletricidade. Pelos motivos citados anteriormente, construímos a proposta utilizando, principalmente, dois tipos de Tecnologia de Informação e Comunicação: os simuladores e sensores. Nossa atividade foi dividida em quatro etapas: a primeira etapa baseou-se na interação dos alunos com simuladores sobre construção de circuitos, lei de Ohm e carga e descarga de um capacitor; a segunda consistiu na exposição oral do conteúdo; a terceira baseou-se na realização de um experimento utilizando o sensor de corrente e voltagem; e a quarta etapa consistiu na avaliação dos alunos. No decorrer do relato vamos expor a realização e os resultados obtidos dessa atividade. 2. OBJETIVOS O objetivo principal da atividade era que os alunos entendessem os conceitos básicos do conteúdo e algumas noções de gráficos envolvendo funções lineares, a partir da exposição teórica, da interação com simuladores e de uma prática experimental com uso de um sensor. Especificamente, objetivamos que os alunos compreendessem: os conceitos de Corrente Elétrica, Resistência Elétrica, Lei de Ohm, Circuitos Elétricos, Associação de Resistores e Carga e Descarga de Capacitores ; o cálculo da resistência elétrica, a partir do coeficiente angular de um gráfico;

5 a relação existente entre as grandezas envolvidas na Lei de Ohm; a montagem experimental de circuitos simples, envolvendo a associação de resistores; a utilidade do uso de um sensor durante a realização de experimento; as relações existentes entre a teoria e as simulações. 3. CONTEÚDO A SER ENSINADO A atividade envolveu alguns conceitos de Eletricidade, no caso, Corrente Elétrica, Resistência Elétrica, Lei de Ohm, Circuitos Elétricos, Associação de Resistores e Carga e Descarga de Capacitores. Desde 2006, a Secretaria de Educação do Estado de Minas Gerais vem sugerindo aos professores de sua rede estadual de ensino a fazer seu planejamento anual de trabalho levando em conta os tópicos contidos na proposta curricular dos Conteúdos Básicos Comuns (CBC). Na área de Física para o ensino médio, o CBC foi organizado em três eixos temáticos, sendo eles: Eletricidade e Magnetismo, Ótica, Ondas e Calor e Movimento e Conservação de Energia. Procuramos desenvolver a atividade, apoiadas nos Tópicos e Habilidades presentes no eixo temático Eletricidade e Magnetismo, com exceção do conteúdo de Carga e Descarga de um Capacitor que foi trabalhado, apesar de não estar presente no CBC, por se tratar de um conteúdo importante que envolve objetos do cotidiano dos alunos. Também desenvolvemos nossa atividade baseadas nas instruções dos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) da área de física: A compreensão de teorias físicas deve capacitar para uma leitura de mundo articulada, dotada do potencial de

6 generalização que esses conhecimentos possuem. Contudo, para que de fato possa haver uma apropriação desses conhecimentos, as leis e princípios gerais precisam ser desenvolvidos passo a passo, a partir dos elementos próximos, práticos e vivenciais.[pcn, 2006,p. 24] Desta forma, procuramos realizar o minicurso utilizando simuladores e sensores com o objetivo de aproximar a teoria com o cotidiano dos alunos. E também fazer com que os alunos pudessem: Compreender enunciados que envolvam códigos e símbolos físicos. Compreender manuais de instalação e utilização de aparelhos; Utilizar e compreender tabelas, gráficos e relações matemáticas gráficas para a expressão do saber físico. Ser capaz de discriminar e traduzir as linguagem matemática e discursiva entre si; Expressar-se corretamente utilizando a linguagem física adequada e elementos de sua simbólica. Apresentar de forma clara e objetiva o conhecimento apreendido, através de tal linguagem. [PCN, 2006,p. 29] Investigação e compreensão Compreender a Física presente no mundo vivencial e nos equipamentos e procedimentos tecnológicos. Descobrir o como funciona de aparelhos. [PCN, ANO,p. 29] 4. METODOLOGIA Os materiais utilizados para a atividade foram: Um sensor de corrente e voltagem PASCO; Computador com software instalado compatível com esse sensor; Projetor de multimídia Datashow ;

7 Computadores; Capacitor; 2 resistores de 100Ω; 1 bateria de 9V; Placa de montagem Simulador PhET - Construção de Circuito; Simulador PhET Lei de Ohm; Simulador NOA Espocar de um Flash. A atividade teve duração de três horas, sendo realizada em horário extraturno, por se tratar de uma atividade que envolvia um número extenso de conceitos a serem trabalhados com os alunos. Ao iniciarmos o minicurso, denominado Aprendendo conceitos de Eletricidade, permitimos a interação dos alunos com os simuladores sobre construção de circuitos, lei de Ohm e carga e descarga de um capacitor. Estabelecemos tempo para essa interação acontecer: para o primeiro simulador Construção de Circuito foi reservado 15 minutos; para o segundo Lei de Ohm foi reservado 5 minutos; e para o Espocar de um Flash foi reservado 10 minutos. A seguir, encontram-se imagens ilustrativas dos simuladores utilizados:

8 Simulador PhET - Construção de Circuito Simulador PhET Lei de Ohm

9 Simulador NOA Espocar de um Flash Em seguida, fizemos a exposição oral do conteúdo, definindo os conceitos de Corrente Elétrica, Resistência Elétrica, Lei de Ohm, Associações de Resistores em Série e em Paralelo, Circuitos e Carga e Descarga de um Capacitor. Durante a exposição oral, questionamos os alunos a respeito de onde são encontrados os conceitos em seu cotidiano e fizemos correlações com as situações ocorridas na interação com os simuladores e a teoria. Após a exposição do conteúdo referente à Carga e Descarga de um capacitor, permitimos a interação dos alunos com a simulação do NOA Espocar de um Flash. Posteriormente, estabelecemos noções básicas de gráficos envolvendo funções lineares, para que fosse possível que os alunos calculassem a Resistência Elétrica de um circuito a partir do coeficiente angular de um gráfico. A seguir, montamos o experimento, de forma demonstrativa, mas de modo a questionar os alunos sobre sua construção. O experimento foi dividido em cinco partes: primeiramente montamos um circuito contendo apenas um

10 resistor; em seguida, um circuito contendo dois resistores em série; posteriormente um circuito contendo dois resistores em paralelo; e, a seguir, um circuito destinado à carga do capacitor e a outro à descarga do capacitor. A seguir, encontram-se ilustrações dos circuitos montados no experimento: Montagem para um resistor Montagem para dois resistores em série Montagem para dois resistores em paralelo Montagem para Carga de um capacitor Montagem para Descarga de um capacitor Para cada parte do experimento, foi feito um gráfico a partir dos dados coletados pelo sensor. Para as três primeiras partes do experimento, foram construídos gráficos da voltagem em função da corrente, e para as duas últimas partes foram construídos gráficos da voltagem em função do tempo. Mostramos aos alunos os gráficos obtidos pelo software acoplado ao sensor quando realizadas cada parte do experimento, totalizando um total de cinco gráficos. Utilizando os gráficos prontos, pedimos a eles que anotassem para as três primeiras partes do experimento os valores de dois pontos quaisquer que selecionamos do gráfico.

11 E, por fim, foi realizada a quarta etapa da atividade que consistiu na avaliação dos alunos. A avaliação foi proposta em duas partes: a primeira avaliava o aprendizado dos alunos com o minicurso; e a segunda, o minicurso. A primeira parte da avaliação consistiu no cálculo das resistências a partir dos gráficos dados pelo sensor, no cálculo das resistências equivalentes, entre outras. Na segunda parte da avaliação, foram feitas perguntas sobre o que os alunos acharam da utilização de sensores e simuladores no minicurso, o que aprenderam e entre outras. Essa avaliação está em anexo. 5. RESULTADOS Inicialmente a proposta do minicurso sobre Eletricidade aconteceria na Escola Estadual Cônego Osvaldo Lustosa, pois imaginamos ser de fácil acesso para os alunos e por contarmos com a sala de informática da escola. Mas essa proposta não pôde ocorrer nessa escola, pois a sala de informática tinha passado por uma reforma recente e não estava apta a receber os alunos. Assim, decidimos realizar nossa proposta na Universidade Federal de São João del Rei, em um dos seus laboratórios de física do Departamento de Ciências Naturais. O minicurso foi direcionado para todas as turmas do terceiro ano do Ensino Médio daquela. Isso aconteceu no dia 18 de novembro de 2011, das 14h às 17h. Treze alunos se inscreveram no minicurso, mas só dez desses compareceram no dia do minicurso. A primeira etapa, como descrito acima, consistiu na interação dos alunos com os simuladores. Nessa etapa os alunos nos surpreenderam, superando nossas expectativas com a atividade. Podemos perceber que, durante a interação com o simulador Construção de Circuito, os alunos associavam o que estava sendo praticado com alguns objetos do dia a dia, por exemplo, o pisca-pisca de uma árvore de natal. Com o mesmo simulador foi possível perceber também que os alunos sabiam os conceitos envolvidos, como o de associação em série ou em paralelo, mas tinham dificuldades na hora de colocar esses conceitos na construção de circuitos simples.

12 Na interação com o simulador Lei de Ohm foi possível observar que, em poucos minutos de interação, os alunos já sabiam a relação existente entre as incógnitas e o que essas representavam na pratica. No simulador Espocar de um Flash, que tratava os conteúdos de carga e descarga em um capacitor, foi possível observar a importância do estabelecimento de uma relação entre o conteúdo tratado na sala de aula com objetos do dia a dia do aluno. Interação dos alunos com os simuladores Depois da interação com os simuladores, demos inicio a segunda etapa do minicurso, que consistiu na exposição oral do conteúdo.

13 Exposição do Conteúdo Essa etapa aconteceu como estava previsto, todos os alunos prestaram a atenção e participaram da mesma. Logo em seguida foi feita a terceira etapa que consistiu na realização de um experimento utilizando o sensor de corrente e voltagem da PASCO. Nós montamos o circuito explicando etapa por etapa para os alunos que nequela momento apenas estavam observando. Quando a montagem estava concluída, o software acoplado ao sensor fazia o gráfico e, a partir desse gráfico, os alunos tiravam dois pontos para calcularem a resistência. Em seguida, encontram-se fotos da realização do experimento: Montagem para o Circuito em Série Montagem para o Circuito em Paralelo Essa etapa ocorreu como estava previsto, todos os alunos se prontificaram a acompanhar a montagem do experimento e todos respondiam os questionamentos que eram feitos por nós durante a montagem dos circuitos.

14 E, por fim, foi realizada a quarta etapa que consistiu na avaliação dos alunos. A avaliação foi proposta em duas partes: a primeira avaliava o aprendizado dos alunos com o minicurso; e a segunda avaliava o minicurso. Avaliação aplicada aos alunos Essa etapa ocorreu como estava previsto, todos os alunos responderam o questionário com seriedade. Mas, sempre pedindo o nosso auxílio para a resolução da avaliação. 6. ANÁLISE E DISCUSSÃO Desde o inicio do planejamento da atividade, nossa expectativa era grande, queríamos uma forma de apresentar conteúdos que juntasse o mundo em que os alunos estão inseridos e o conteúdo abordado. Assim, chegamos na proposta apresentada anteriormente que contém o conteúdo de eletricidade diretamente exposto na utilização dos simuladores, sensores, exposição oral e atividade experimental. Antes de executar a proposta, estávamos confiantes na proposta do minicurso e confiantes nos alunos da escola, acreditávamos que eles fariam perguntas, que se lembrariam de alguns conceitos que eles já tinham visto, que eles já viriam com um conhecimento razoável em matemática e que eles

15 sairiam do minicurso com uma base para associar os conceitos vistos na teoria com o dia a dia. Durante a execução da proposta, vimos que a maioria das nossas expectativas foi satisfeita, como a participação dos alunos por meio de perguntas, a lembrança de conceitos vistos anteriormente. No entanto, uma das nossas expectativas não foi satisfeita, a que se tratava de um conhecimento razoável em matemática. Podemos perceber que os alunos chegaram ao minicurso com certa dificuldade no cálculo do coeficiente angular da reta; percebemos que eles não lembravam como esse calculo era feito, e não sabiam manipular seus valores, mesmo depois da nossa exposição. Um exemplo do erro dos cálculos se encontra em seguida: Portanto, podemos perceber que os alunos aprenderam os conceitos que se interessaram e se comprometeram com o que foi proposto. Vimos o quanto é importante o professor retratar na sala de aula o contexto que os alunos vivem fora da mesma, permitir essa junção, pois as duas coisas juntas propiciam uma aprendizagem mais significativa para o aluno. Em seguida, encontram-se algumas respostas dadas pelos alunos, obtidas da segunda parte da avaliação:

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17 Respostas dadas por um dos alunos Podemos perceber, através da análise da segunda parte da avaliação, que os alunos gostaram do minicurso e dos instrumentos utilizados por nós. Os alunos ressaltaram que a utilização dos instrumentos facilitou a compreensão dos conceitos abordados no minicurso. 7. AGRADECIMENTOS: Gostaríamos de agradecer à CAPES as bolsas concedidas através do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID), à Escola Estadual Cônego Osvaldo Lustosa e à profa. Ângela Maria Braga a parceira e abertura ao desenvolvimento de nosso trabalho. REFERÊNCIAS PANZERA. A.C.; et al. Proposta curricular CBC Física Ensino Médio. Belo Horizonte: SEE/MG, Disponível em:

18 < -C B234-AEB975906CDA%7D_fisica.pdf>. Acesso em: 10 dez BRASIL. Parâmetros curriculares para o ensino médio Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Ministério da Educação. Secretaria da Educação Básica, Brasilia, p , LIMA & CRUZ LEAL, Ciberpedagogia: Indicativos para o rompimento com a lógica da transmissão. [Editorial]. Revista Vertentes. Universidade Federal de São João del Rei, n. 35, p.10-11, SOUZA FILHO. Simuladores computacionais para o ensino de física básica: uma discussão sobre produção e uso. viii, Rio de Janeiro:UFRJ/IF, 2010.