Dissertação

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Matemática
O ENSINO DE CONCEITOS DE ELETROMAGNETISMO:
simulações interativas em Easy Java Simulations
Luciano Soares Pedroso
BELO HORIZONTE
2008
Luciano Soares Pedroso
O ENSINO DE CONCEITOS DE ELETROMAGNETISMO:
simulações interativas em Easy Java Simulations
Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação em Ensino de Ciências e Matemática da
Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais,
como requisito parcial para obtenção de título de
Mestre em Ensino de Física.
Orientadora: Dra. Maria Inês Martins
Belo Horizonte
2008
A todos que acreditam na capacidade humana inimitável de aprender sempre.
AGRADECIMENTOS
À Deus que, com a sua infinita misericórdia e amor tem sempre mostrado os caminhos de
minha vida.
À Professora Dra. Maria Inês Martins, pela orientação segura e competente, valorizando meu
trabalho, mostrando-se, muitas vezes, mais amiga do que mestre, e acima de tudo, por
acreditar na importância de se adequar as pesquisas em Ensino de Física aos avanços
tecnológicos.
À minha esposa Silvania e aos meus filhos João Felipe e Ana Laura pelo amor, compreensão
e cumplicidade, transmitindo-me sempre sabedoria, amor e muito apoio em todos os
momentos de minha vida.
Ao colega Evandro pelo incentivo, diálogo e reflexões sobre o Ensino de Física, e mais
especificamente, sobre esta pesquisa, impelindo-me a novas buscas e descobertas.
Aos amigos e professores do Mestrado pelas reflexões sobre as nossas ansiedades e
esperanças sobre o Ensino de Física, e pela amizade e o carinho demonstrados.
RESUMO
Neste trabalho desenvolvemos um hiperdocumento construído com software livre com a
finalidade de apoiar o ensino e a aprendizagem de conceitos de eletromagnetismo em escolas
de Ensino Médio. A pesquisa envolveu a elaboração, produção e validação de um
hiperdocumento que contém simulações interativas produzidas com o software EASY JAVA
SIMULATIONS fundamentadas nas concepções de aprendizagem significativa de Ausubel.
Foram considerados também os princípios fundamentais que caracterizam a hipermídia
enquanto linguagem que permite o acesso não-linear à informação e a apresentação desta com
a utilização dos recursos gráficos, sonoros, interativos e de animação do computador, e ainda
suas implicações para as práticas de ensino. Esse recurso didático foi avaliado por
alunos/professores do programa do Mestrado Profissional em Ensino da PUC Minas o que
permitiu o aprimoramento do Hiperdocumento de Eletromagnetismo que foi aplicado aos
alunos da terceira série do Ensino Médio. Encontramos evidências de que a diversidade de
elementos de mídia auxiliou-os na compreensão dos conceitos, fixação do conteúdo e
interpretação dos fenômenos. Observamos ainda que o hiperdocumento estruturado nas
concepções de aprendizagem significativa de Ausubel ajudou no desenvolvimento de
subsunçores para apoiar a aprendizagem, tornando esses alunos participantes ativos na
aquisição de informações e construção de conhecimento.
Palavras-chave: Hiperdocumento. Simulações interativas. Software EJS. Ensino de
eletromagnetismo.
ABSTRACT
In this research we developed a hyper document built with free software in order to support
the teaching and learning of electro magnetism concepts at High School. The research
involved the preparation, production and validation of a hyper document which contains
interactive simulations made with the EASY JAVA SIMULATIONS software substantiated at
the conceptions of Ausubel‟s significant learning.
It was also regarded the fundamental principles which characterize the hyper media as a
language that allows the non-linear access to the information and its presentation through the
use of graphic resources, sounds, interactive and animation from a computer, and yet its
implications to the teaching practice. This educational resource was evaluated by the
students/teachers of the Professional Master‟s Program in Education at PUC Minas which
allowed the improvement of the Hyper document of Electromagnetism that was applied to the
students from the third grade in High School. We found evidences that the diversity of media
elements helped them understand the concepts, fix the topic and interpret the phenomena. We
observed that the hyper document substantiated at the conceptions of Ausubel‟s meaningful
learning helped the development of subsumer to support the learning, making these students
active participants in the information acquisition and knowledge construction.
Key words: Hyper document. Interactive simulations. EJS softwares. Teaching of electro
magnetism.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 9
1.1 Delimitação do conteúdo e proposta pedagógica ........................................................... 13
2.TECNOLOGIA NO ENSINO DE FÍSICA E APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA . 20
2.1 Predisposição para aprendizagem significativa ............................................................. 21
2.2 Ocorrência de conteúdo mínimo na estrutura cognitiva do aluno (subsunçores) ...... 23
2.3 A tecnologia da informaçao e da comunicação no ensino ............................................. 25
3 MATERIAL INSTRUCIONAL ......................................................................................... 26
3.1 Hipermídia ........................................................................................................................ 27
3.2 Aplicativos (applets) .........................................................................................................29
3.3 Vídeos................................................................................................................................. 31
3.4 Software livre .................................................................................................................... 34
3.5 O software Easy Java Simulation como recurso pedagógico ....................................... 35
4. HIPERDOCUMENTO DE ELETROMAGNETISMO .................................................. 43
4.1 Ambiente ........................................................................................................................... 43
4.2 Processo de construção e a física do HE ......................................................................... 43
4.3 Processo de aplicação do HE .......................................................................................... 50
5. ANÁLISE DE DADOS ....................................................................................................... 52
5.1 Análise dos gráficos com respostas dos alunos .............................................................. 54
5.2 Adequação do HE feita pelos alunos-professores .......................................................... 71
6. ORIENTAÇÕES PARA O PROFESSOR SOBRE O USO DO HE..............................74
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................. 90
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 94
ANEXO A ................................................................................................................................ 98
ANEXO B .............................................................................................................................. 104
ANEXO C .............................................................................................................................. 110
9
1 INTRODUÇÃO
Nosso interesse pelo tema da presente dissertação surgiu em função de dificuldades
verificadas em nossa experiência de mais de 10 (dez) anos como professor de Física do
Ensino Médio de escolas públicas e privadas em relação ao processo de ensino-aprendizagem
dessa disciplina. Ainda enfrentamos no ensino de Física várias dificuldades de aprendizagem
e pouco interesse por parte de nossos alunos em relação a essa disciplina, talvez por a
abordarmos com uma dimensão fortemente conteudista, com o seu conhecimento teórico
descrito em seus diversos eixos temáticos, em quantidades enormes de conteúdos
necessitando de uma enorme carga horária. Nessa perspectiva, observamos desarticulação
transversal entre disciplinas, bem como uma desarticulação de conteúdos dentro da própria
Física, muitas vezes sem relação clara entre conceitos. O texto abaixo, de Levine (1994),
reflete um pouco essa realidade:
Um jornal é melhor que uma revista. Um cume ou encosta é melhor que uma
rua. No início parece que é melhor correr do que andar. É preciso
experimentar várias vezes. Prega várias partidas, mas é fácil de aprender.
Mesmo as crianças podem achá-lo divertido. Uma vez com sucesso, as
complicações são minimizadas. Os pássaros raramente se aproximam.
Muitas pessoas, às vezes, fazem ao mesmo tempo, contudo isso pode causar
problemas. É preciso muito espaço. É necessário ter cuidado com a chuva,
pois destrói tudo. Se não houver complicações, pode ser muito agradável.
Uma pedra pode servir de âncora. Se alguma coisa se partir, perdemo-lo e
não teremos uma segunda chance. (LEVINE, 1994, p.14).
Cada frase parece fazer sentido, mas o todo do texto não. Estamos falando de que? Ao
fazermos uma releitura sabendo que o referido texto trata-se de papagaios de papel,
conseguimos perceber a diferença, fazemos com que o texto tenha significado. Agora é
possível visualizar mentalmente tudo o que é dito no texto sendo que essa visualização é
quase sempre sinônimo de entendimento. Na verdade quando sabemos do que se trata, temos
conhecimento prévio sobre o assunto e compreendemos o significado de determinado
conceito, fica muito mais fácil compreender e assim contribuir para uma melhor motivação
sobre o assunto.
Assim, ao planejar o ensino de Física, enfatizando uma lista de tópicos de textos
didáticos que privilegiam questões de processos seletivos sem considerar as idéias
espontâneas e o cotidiano dos alunos reproduziremos ensino centrado nos conteúdos.
Defendemos o ensino de Física que possibilite alcançar as mudanças conceituais, valorizando
10
aprendizagens anteriores dos alunos, ajudando-os a reinterpretar conhecimentos prévios,
criando estímulos para o crescimento individual e social, condições fundamentais para uma
aprendizagem significativa. Sobre esse aspecto, Fiolhais & Trindade (2003) afirmam que:
São conhecidas as dificuldades que muitos alunos apresentam na
compreensão dos fenômenos físicos. Entre as razões do insucesso na
aprendizagem de física são apontados métodos de ensino desajustados das
teorias de aprendizagem mais recentes assim como falta de meios
pedagógicos modernos. A necessidade de diversificarem métodos para
combater os insucessos escolares, que é particularmente nítido nas ciências
exatas, conduziu ao uso crescente e diversificado do computador no ensino
de física. O computador oferece atualmente várias possibilidades para ajudar
a resolver os problemas de insucesso das ciências em geral e da física em
particular. (FIOLHAIS & TRINDADE, 2003, p. 259).
Percebemos nos últimos anos o surgimento de novas tecnologias e a democratização
da informação através da Internet, provocando uma reviravolta nos métodos utilizados na
transmissão e construção do conhecimento. O ensino consubstanciado na mera transmissão de
conceitos, bem como a aprendizagem entendida apenas como o acúmulo de informações, não
subsistem mais. O novo desafio imposto está associado ao desenvolvimento de mecanismos
capazes de transformar as aulas em processos contínuos de informação, comunicação e
pesquisa, em que professores e alunos participem ativamente.
Dessa forma, nosso trabalho procura integrar a tecnologia da informação e
comunicação aos processos de ensino e aprendizagem de tópicos de conteúdos específicos da
Física através de simulações, vídeos, textos, imagens animadas e sons.
O número substancial de publicações nas últimas décadas demonstra a importância da
utilização da informática no ensino presencial ou à distância. Verificamos, entretanto, poucas
investigações, a serem abordadas posteriormente, analisam efetivamente o uso dos
computadores para a promoção do conhecimento e a geração de novos tipos de
aprendizagens. Nessa perspectiva, optamos por produzir um material de apoio ao professor,
potencialmente adequado a promover aprendizagem significativa na concepção de Ausubel
(1980) de conceitos de física, sobretudo de eletromagnetismo. Nessa abordagem os conceitos
foram apresentados em situações problemas implementadas com simulações interativas por
meio do software EASY JAVA SIMULATIONS.
Em
nossa
proposta,
desenvolvemos
applets
envolvendo
conceitos
de
eletromagnetismo que podem ser utilizados em sala de aula como complementação
pedagógica à prática do professor visando proporcionar uma aprendizagem significativa.
Diante desse pressuposto, nos colocamos a pergunta: Quais as características que uma
11
simulação interativa (Applets) desenvolvida em linguagem JAVA deve ter, para proporcionar
uma aprendizagem significativa?
Com essas questões em mente, nos deparamos com uma outra pergunta: simulações
computacionais produzidas com software livre e implementadas com textos hipermídia
podem proporcionar uma aprendizagem significativa de conceitos de eletromagnetismo?
Procuramos desenvolver o material proposto considerando essas perguntas que serão
retomadas reiteradamente nesse trabalho. A nossa experiência e interesse no desenvolvimento
de applets e softwares esteve sempre voltada aos produtos comerciais, entretanto o convívio
no mestrado alterou, substancialmente nosso percurso. Inicialmente não considerávamos
possível realizar a montagem do hiperdocumento utilizando simulações interativas com
software livre pois estes, em sua maioria, não possuem uma interface amigável,
impossibilitando a criação de banco de dados adequada ao seu bom funcionamento, mas a
exigência do mestrado profissional de disponibilização do produto aos professores do ensino
médio nos fez procurar soluções de softwares disponíveis a todos. Fomos surpreendidos com
a riqueza de possibilidades disponíveis na web e começamos a participar de grupos que
usavam a linguagem de programação JAVA como por exemplo o PYTHON1.
Como sabemos, os avanços da tecnologia da informação, da comunicação e da
imagem têm provocado um amplo debate sobre sua inserção e uso em pesquisas nas diversas
áreas de conhecimento, tanto na agilização quanto na construção de processos no cotidiano.
Nessa perspectiva, consideramos pertinente a ampliação desse debate para o contexto
educacional, no qual são questionados os modos de inserção desse ferramental nos processos
de ensino e aprendizagem em diversas áreas, principalmente na educação básica.
Procuramos compreender a teoria de aprendizagem significativa segundo Ausubel
(1980), bem como os trabalhos produzidos sob esse aporte teórico com a utilização de
recursos tecnológicos sobretudo aqueles relacionados ao ensino de Física. Após esse estudo,
propusemos como alternativa e/ou complementaridade ao ensino de eletromagnetismo no
Ensino Médio, a exploração de aplicativos, sons, simuladores e vídeos gerados e obtidos
através de câmeras digitais, software livre (EASY JAVA SIMULATIONS), Macromedia
1
Python é uma linguagem de programação interpretada, interativa, dinamicamente tipada, orientada a objetos. O
desenvolvimento do Python começou em 1990, no CWI (Instituto de Matemática e Ciência da Computação), em
Amsterdã, na Holanda, por Guido Van Rossum, e foi depois continuado pela Python Software Foundation (PSF).
Existe uma grande comunidade dedicada ao desenvolvimento e aprimoramento dessa linguagem
(http://www.python.org, http://www.pythonbrasil.com.br) que é amplamente utilizada nos meios acadêmicos,
software livre, pesquisa (Google, NASA), jogos (Disney) dentre outros.
12
Flash MX e Microsoft FrontPage compondo assim o material interativo (Hiperdocumento de
Eletromagnetismo) em CD-ROM.
A estrutura da dissertação foi proposta em 7 capítulos, sendo que o primeiro deles
representa essa introdução. No capítulo 2 descrevemos os referenciais teóricos utilizados na
dissertação. No capítulo 3 apresentamos uma análise de alguns métodos usados para o
desenvolvimento de hiperdocumento como hipermídia, aplicativos, vídeos, software livre e
aspectos sobre o software EASY JAVA SIMULATIONS. No capítulo 4 descrevemos o
ambiente do hiperdocumento, seu processo de construção e a aplicação. No capítulo 5
fazemos a análise dos dados e a verificação da aprendizagem significativa, no capítulo 6
apresentamos algumas orientações ao professor na utilização do HE em sala de aula e no
capítulo 7 apresentamos as considerações finais e possíveis melhorias para trabalhos futuros.
Como produto de nosso trabalho elaboramos um hipertexto chamado de
Hiperdocumento de Eletromagnetismo (HE) que será disponibilizado na página do programa
(www.pucminas.br) e também em CD-ROM, acompanhando a presente dissertação.
A estrutura hierárquica do produto (hiperdocumento) é apresentada em seguida na
formatação de mapa conceitual2 contendo basicamente os conceitos de eletromagnetismo e
suas relações a serem exploradas durante a navegação e exploração do HE.
Figura 1: Mapa conceitual do Hiperdocumento de Eletromagnetismo.
Fonte: Dados da pesquisa
2
Os mapas conceituais são utilizados para auxiliar na organização e distribuição dos conceitos relacionados aos
conteúdos a serem desenvolvidos. Essa estrutura é composta de diferenciações progressivas, reconciliações
integradoras e ligações proposicionais. Para um aprofundamento sobre o assunto recomendamos Novak (2000) e
Tavares (2005).
13
1.1 Delimitação do conteúdo e proposta pedagógica
Para o desenvolvimento do hiperdocumento, escolhemos como conteúdo os
conceitos básicos de eletromagnetismo no tratamento adequado ao Ensino Médio com uma
abordagem qualitativa focada no cotidiano do aprendiz.
A opção pelo eletromagnetismo surgiu pela importância dos conceitos dessa área de
conhecimento, diretamente conectados ao dia-a-dia e aos avanços tecnológicos do homem
contemporâneo. Como exemplos, envolvendo o magnetismo, apresentamos as figuras 2 e 3. A
figura 2 mostra aparelhos eletro-eletrônicos utilizados no dia-a-dia e a figura 3 considera a
levitação do Maglev por repulsão magnética baseando-se na utilização de bobinas
supercondutoras capazes de criar fortes campos magnéticos. Estas bobinas localizadas no
interior do trem (tendo uma refrigeração especial) induzem nas bobinas encontradas nos
trilhos uma corrente elétrica, que por sua vez geram um campo magnético induzido e
contrário ao que lhe foi aplicado, proporcionando assim a levitação do trem pela força de
repulsão magnética, entre o trilho e a bobina supercondutora.
Figura 2: Aparelhos eletro-eletrônicos usados no dia-a-dia.
Fonte: Apostila de Física – Rede Pitágoras (2007, p. 41).
Figura 3: Tela do tópico "Propulsão e MAGLEV."
Fonte: Apostila de Física – Rede Pitágoras (2007, p. 45).
14
Com relação à abordagem que toma como base a teoria da aprendizagem de
Ausubel (1980), acreditamos que esta visão possibilite o estabelecimento de uma ponte
entre o saber do aprendiz e o saber almejado, permitindo que o material desenvolvido
funcione como um organizador avançado no processo de ensino aprendizagem.
Sobre a ponte pretendida entre os saberes (do aprendiz e o almejado) Pierson &
Hosoume (1997) consideram a relação da Física com tecnologia como muito estreita, e
[...] neste sentindo a Física já está incorporada na vida de qualquer indivíduo
que vive numa sociedade altamente tecnológica como a nossa. Não a Física
das fórmulas, mas a incorporada nos aparelhos e instrumentos com as quais
convivem cotidianamente. (PIERSON & HOSOUME,1997, p. 86).
Essa relação estreita entre a física e a tecnologia encontra-se também explicada
nos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (Brasil, 2002). De acordo
com as competências e habilidades previstas nos PCNs, o aprendiz deve ser capaz de
“interpretar notícias científicas”, “compreender a Física presente no mundo vivencial e
nos equipamentos e procedimentos tecnológicos”, “reconhecer o papel da Física no
sistema produtivo, compreendendo a evolução dos meios tecnológicos e sua relação
dinâmica com a evolução do conhecimento científico”, entre outras.
Durante a busca de material para apoiar a preparação dos textos do HE,
percebemos nos livros didáticos, de uma maneira geral, a apresentação de um discurso
revelador de uma preocupação com a Física como uma ciência que permite compreender
uma imensidade de fenômenos físicos naturais, indispensáveis para a formação cidadã,
profissional, ou ainda como subsídio para o acesso ao Ensino Superior auxiliando os
alunos na compreensão e interpretação do mundo. Notamos entretanto, na maioria dos
livros, que sua ênfase recai sobre os aspectos quantitativos em detrimento dos qualitativos
e conceituais, privilegiando a resolução de “Problemas de Física” que, quase sempre, se
traduzem em exercícios matemáticos com respostas prontas.
Como nossa preocupação é estruturar um material de apoio ao ensino de Física
na educação básica, com o conteúdo disponibilizado aos alunos de maneira desafiadora,
significativa e principalmente fazendo com que percorram múltiplos caminhos até
alcançar o aprendizado, buscamos em Salém (1996) o apoio teórico necessário para a
escolha do livro didático a ser utilizado na construção dos textos do HE.
[...] é necessário um processo de reconstrução para que o estudante adquira o
conhecimento em extensão da teoria, para que seja capaz de especializá-la
15
em sua mente. Para tanto ele precisa transcender o caminho linear das aulas
e dos livros, percorrer os muitos caminhos entre as suas partes, ir e vir de um
ponto a outro, de modo que a estrutura da teoria seja apreendida. (SALÉM,
1996, p. 134).
Para apoiar a preparação do conteúdo previsto foi utilizado o material
desenvolvido pelo GREF (Grupo de Reelaboração do Ensino de Física) denominado
Leituras de Física – Eletromagnetismo (GREF, 1998), que visa o questionamento e
investigação dos fenômenos físicos sempre partindo de situações vivenciadas no dia-a-dia.
Tendo como referência a proposta pedagógica do GREF (HOSOUME,
TOSCANO e MARTINS, 1997), o conteúdo de eletromagnetismo previsto para o ensino
médio foi dividido em cinco grandes partes: magnetismo e introdução ao
eletromagnetismo, carga elétrica em campos elétricos e magnéticos, força eletromotriz
induzida, geradores de corrente alternada e eletrostática e corrente elétrica (como parte
opcional).
A opção pelos textos do livro do GREF fundamenta-se na estrutura de análise
desse livro didático que pressupõe um aprendizado científico significativo mesmo para
alunos cujo futuro profissional não dependa diretamente da Física. Após análise desse
livro didático, constatamos que sua estrutura curricular está em consonância com o que
afirma Salém (1996) e para justificarmos nossa escolha analisamos o livro sob vários
aspéctos:
I. Ênfase Curricular:
Ênfase na ciência do cotidiano: a proposta do GREF parte do cotidiano do aluno, das
coisas e objetos que fazem parte do nosso dia a dia, para a construção do conhecimento
científico. A partir do cotidiano é possível aplicar os princípios e generalizações da ciência
física na compreensão e controle destas “coisas e objetos”.
O caráter prático-transformador e o caráter teórico-universalista da física não
são traços antagônicos mas, isto sim, dinamicamente complementares.
Compreender este enfoque permitiu evitar tanto o tratamento “tecnicista”
como o tratamento “formalista” e, procurando partir sempre que possível de
elementos vivenciais e mesmo cotidianos, formulam-se os princípios gerais
da física com a consistência garantida pela percepção de sua utilidade e
universalidade. (GREF, 2005, p.19).
II. Linguagem
Os textos são de uma leitura agradável, em que a linguagem coloquial é usada mas os
termos técnicos são adicionados a partir da interpretação de situações do cotidiano.
16
Caminha-se, portanto, de um vocabulário mais simples para um vocabulário mais
específico.
[...] esses movimentos acontecem devido a uma ação à distância entre eles.
Da mesma forma que a agulha da bússola se move quando "sente" o campo
magnético de um ímã, o eixo do motor também se move quando um dos seus
circuitos que está com corrente "sente" o campo magnético criado pela parte
fixa do motor. (GREF, 1998, p.59).
III. Recursos Visuais
A editoração dos textos e imagens torna a leitura agradável e as ilustrações, além de
estarem de acordo com o conteúdo, auxiliam o entendimento do texto e são muito
parecidas com o tipo de desenho feito pelos alunos. O aluno tende a gostar deste tipo de
ilustração e a se identificar melhor com o material.
Figura 4 - Proposta de explicação do funcionamento do motor de liquidificador
Fonte: Leituras de Física – GREF – Eletromagnetismo – p. 67.
IV. Tratamento Matemático
O material dá uma ênfase maior na compreensão do fenômeno físico em situações do
cotidiano do que no uso e aplicação de fórmulas matemáticas. Mesmo sim as fórmulas
estão presentes e associadas ao desenvolvimento qualitativo das idéias a elas relacionadas.
A física, instrumento para compreensão do mundo em que vivemos, possui
também uma beleza conceitual ou teórica, que por si só poderia tornar seu
aprendizado agradável. Esta beleza, no entanto, é comprometida pelos
tropeços num instrumental matemático com o qual a física é constantemente
confundida [...] (GREF, 2005, p.19).
17
V. Aspectos Experimentais
Os experimentos propostos no GREF, inspiradores dos vídeos do HE3, são parte
integrante do texto e não constituem um mero “texto suplementar” auxiliar na
compreensão dos fenômenos. Por não requererem um material especializado de laboratório
podem ser realizados com material doméstico, visando uma melhor compreensão dos
fenômenos físicos e não o desenvolvimento de habilidades de medição e coleta de dados .
Coloque o ímã sobre uma folha de papel e aproxime a bússola até que sua
ação se faça sentir. Anote o posicionamento da agulha, desenhando sobre o
papel no local da bússola. Repita para várias posições. (GREF, 1998, p.58).
VI. Relação com o Desenvolvimento Tecnológico
O material procura construir o conhecimento científico a partir do cotidiano do
aluno, articulando fortemente o que se estuda com as tecnologias relacionadas.
A fita magnética é uma tira de plástico recoberta por um material
magnetizável (como, por exemplo, pequenas partículas de ferro). Esse
material, conforme já discutimos, é influenciado pela presença de um campo
magnético da mesma forma que a agulha de uma bússola é influenciada pela
presença de um ímã. (GREF, 2005, p.258).
VII. Abordagem da Física Moderna
Diferentemente de outros livros didáticos, sobretudo daqueles anteriores ao
PNLEM4, a física moderna aparece naturalmente para explicar alguns fenômenos que são
discutidos no texto.
O campo magnético criado pelos ímãs, ainda que possa parecer estranho,
também se deve às correntes elétricas existentes no seu interior ao nível
atômico. Elas estão associadas aos movimentos dos elétrons no interior dos
átomos. Apesar de estarem presentes em todos os materiais, nos ímãs o
efeito global dessas correntes atômicas não é zero e corresponde a uma
corrente sobre a sua superfície, conforme ilustra a figura. (GREF, 1998,
p.71).
3
Os vídeos do HE foram produzidos partindo de uma bancada de eletromagnetismo que tomou como base os
experimentos propostos pelo GREF.
4
O Programa Nacional do Livro do Ensino Médio – PNLEM foi instituído em 2003 e prevê a distribuição de
livros didáticos para os alunos do ensino médio público de todo o País.
18
Em função da análise realizada sobre o livro do GREF (1998) em relação aos
itens de I a VII, optamos pela sua utilização exaustiva como modelo inspirador de
proposta de ensino-aprendizagem complementada com recursos pedagógicos alternativos.
Os recursos de texto e simulações disponibilizados no HE foram inspirados no
livro do aluno sobre Eletromagnetismo (GREF – Leituras de Física – páginas 53 a 76)
conforme ilustrados no quadro apresentado a seguir:
FIGURAS DO GREF
SIMULAÇÕES DO HE
19
FIGURAS DO GREF
SIMULAÇÕES DO HE
Quadro 1: Figuras do GREF inspiradoras das simulações do HE
Fonte: Dados da pesquisa
20
2 TECNOLOGIA NO ENSINO DE FÍSICA E APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA
O uso da tecnologia da informação e da comunicação (TIC) para fins educacionais
tem sido tema de diversas pesquisas nos últimos anos, como podemos perceber em Abbey,
(2000); Araujo, (1999); Mendelsohn (1999); Mucchielli, (1988) e Rocha (2000).
De maneira geral todos esses autores consideram que as TICs baseadas na internet se
aplicam a diversos segmentos do ensino, apresentando resultados de experiências que
contribuem para o uso eficiente dessa ferramenta de estudo e comunicação.
Araujo (1999), toma a tecnologia hipermídia como elemento principal de um
ambiente de TIC baseado na internet, que em linhas gerais, se caracteriza pela utilização de
conteúdos multimídia, organizados sob uma estrutura de hiperdocumento, difundida a partir
dos primeiros hipertextos.
Para Rocha (2000) a modelagem e desenvolvimento do conteúdo multimídia devem
utilizar-se de recursos tecnológicos diversos, pois seu uso inadequado torna o conteúdo
modelado pobre em qualidade. Além disso, o autor considera que a utilização da TIC na
educação, baseada na internet, deve incorporar estratégias e abordagens metodológicas
(aporte teórico) adequadas para cada conteúdo disponibilizado aos alunos.
Desse modo, o desenvolvimento dos conteúdos digitais para o ensino/aprendizagem,
torna-se uma tarefa que envolve várias dimensões como conteúdo, estratégias específicas,
metodologia e tecnologia.
Para a confecção de nosso trabalho utilizamos como aporte teórico, a teoria de
aprendizagem significativa de Ausubel (1980) que tem sido referenciada em muitos trabalhos
que consideram a tecnologia da informação e comunicação (TIC) no ensino e aprendizagem,
sobretudo no ensino de Física. Essa teoria é compreendida por vários autores entre as teorias
construtivistas cognitivistas. Moreira (1999), por exemplo, considera que Ausubel é:
[...] um representante do cognitivismo e, como tal, propõe uma explicação
teórica do processo de aprendizagem, segundo o ponto de vista cognitivo,
embora reconheça a importância da experiência afetiva. Para ele,
aprendizagem significa organização e integração do material na estrutura
cognitiva. Como outros teóricos do cognitivismo, ele se baseia na premissa
de que existe uma estrutura na qual essa organização e integração se
processam. (Moreira, 1999, p. 152).
De fato, para Ausubel (1980) o envolvimento do aluno no processo de aprendizagem
21
passa pelo seu papel ativo, sua motivação para a investigação, exploração e compartilhamento
de suas descobertas, procurando assim a construção significativa de seu conhecimento.
Portanto, para o autor, aprendizagem significativa é um processo no qual uma nova
informação é entrelaçada a um ponto relevante na estrutura cognitiva do aluno.
A estrutura cognitiva para Ausubel (1980) é o conteúdo informacional organizado e
armazenado por um aluno. Nesse sentido podemos supor que um certo conteúdo previamente
armazenado sobre o conceito de eletromagnetismo a ser trabalhado, representará uma forte
influência no processo de aprendizagem de um aluno, sendo necessárias três condições, para
objetivação da aprendizagem significativa, apresentadas em seguida:
a. A predisposição do aprendiz para o relacionamento entre o conteúdo
apresentado e o previamente armazenado. É nesse ponto que cabe ao
professor buscar novas alternativas ao seu método de ensino, levando para
sala de aula exercícios a avaliações que contemplem habilidades e
competências interligadas ao mundo real.
b. A ocorrência de um conteúdo mínimo na estrutura cognitiva do aluno. Nesse
caso, o professor deve identificar os organizadores prévios faltantes para a
compreensão de determinado assunto e disponibilizá-los, para que o aluno
consiga fazer todas as relações necessárias ao entendimento do conteúdo.
c. O material a ser utilizado deve ser potencialmente significativo. Aqui, cabe
ao professor, organizar o material a torná-lo significativo e incluir materiais e
informações anteriores que sirvam de organizadores prévios.
2.1 Predisposição para aprendizagem significativa
A aprendizagem significativa pressupõe a predisposição do aluno para estabelecer
uma relação entre novos conceitos e os conceitos relevantes de sua estrutura cognitiva. A
aprendizagem significativa pode ocorrer por descoberta ou por recepção. Na aprendizagem
por descoberta o aluno deve buscar sozinho princípios, leis e relações de um determinado
fenômeno resolvendo algum tipo de problema, enquanto que na aprendizagem por recepção o
estudante recebe a informação pronta, devendo atuar ativamente sobre esse material
relacionando-o a idéias relevantes em sua estrutura cognitiva.
Ausubel (1980) ainda considera três formas de aprendizagem significativa:
22
Aprendizagem por subordinação
Acontece quando a nova idéia é um exemplo de algo que já se sabe. Esse tipo de
aprendizagem pode ocorrer de maneira derivativa quando a nova informação a ser assimilada
pela estrutura cognitiva representa um exemplo mais específico do elemento relevante dessa
estrutura, ou por representar uma aplicação deste ou uma ilustração de um elemento
subsunçor mais geral.
Como exemplo, podemos citar o caso investigado nesse trabalho sobre o conceito de
força elétrica e as relações que podem ser feitas a fim de melhor conceituar e classificar esta
grandeza física. Supondo que, inicialmente, o aluno perceba que sua idéia sobre força seja
basicamente expressa por situações de contato entre corpos (em geral de esforço físico) e que
concorde vincular a grandeza ao termo interação entre corpos. Pode-se, levá-lo a refletir, por
exemplo, sobre a causa fenomenológica da queda dos corpos e o significado físico do termo
peso dos corpos, comumente utilizado nessas situações.
Dessa maneira, o aluno pode vir a perceber que seu conceito de força (de contato)
precisa ser ampliado, pois neste caso (da queda de corpos) justifica-se a definição de interação
entre corpos, mas não mais de contato e sim à distância. Um conceito novo (emergente) a ser
assimilado seria o de gravitação (ou força da gravidade) como “sinônimo” do termo peso e o
reconhecimento desta grandeza (peso), como um tipo de força, mas de característica diferente
daquela que se fazia presente nos exemplos de contato entre corpos (puxão, empurrão,...). O
significado fenomenológico de força como a existência de interação entre corpos não deixa de
existir, mas se amplia para a duplicidade de (inter)ação: por contato e à distância.
Aprendizagem por superordenação
É aquela em que a ocorrência de uma pequena idéia leva a generalizações. Como
exemplo, uma vez que o aluno tenha feito um estudo de magnetismo, tendo como estáveis e
relacionados os conceitos de campo magnético e força magnética, facilmente poderá
identificar a pertinência de interação com as características do campo magnético e do campo
elétrico podendo reuni-las a um novo termo como o de Campo Eletromagnético e que as
interações magnéticas, implicam também em interações elétricas.
23
Aprendizagem combinatória
Este tipo de aprendizagem acontece quando a nova idéia não está hierarquicamente
acima nem abaixo da idéia já existente na estrutura cognitiva à qual se relacionou de forma
não-arbitrária e lógica. Ou seja, a nova idéia não é exemplo nem generalização daquilo que se
usou como sua âncora na estrutura cognitiva do aluno. Essa âncora, no entanto, é necessária
para o estabelecimento de uma aprendizagem de fato significativa.
Um exemplo deste tipo de aprendizagem é o caso da metáfora que se faz de um
sistema elétrico com um hidráulico. Nesse caso, usam-se conceitos dominados pelo aluno
com relação aos sistemas de águas, para ensinar conceitos novos que guardam alguma relação
com os antigos que serviram como âncora. Mas os sistemas elétricos não são uma
generalização nem um exemplo de sistemas hidráulicos, e vice-versa. No entanto, é muito
mais fácil para a maioria dos alunos começar a lidar com os novos conceitos da eletricidade, a
partir de conceitos com os quais já estão acostumados, relativos à hidráulica. É imprescindível
que, nessas situações, as semelhanças e diferenças entre a idéia nova e a antiga que lhe serviu
como âncora sejam progressivamente explicitadas, a fim de que o aluno não misture,
confunda ou reduza os conceitos relativos de uma idéia aos da outra.
2.2 Existência de conteúdo mínimo na estrutura cognitiva do aluno (subsunçores)
Para Ausubel (1980) é necessário que o aluno tenha conhecimento prévio sobre o
assunto a ser trabalhado. O autor considera como subsunçor a idéia ou conjunto de idéias mais
amplas, que formam uma âncora, no qual novas idéias irão se fixar para formar novas
proposições mais significativas. A aprendizagem significativa ocorre quando a nova
informação ancora-se em conceitos relevantes, existentes na estrutura cognitiva do aluno, com
os subsunçores organizados nessa estrutura principalmente por duas maneiras:
Por diferenciação progressiva
A organização dos subsunçores por diferenciação progressiva, estabelece que o
conteúdo deve ser programado de maneira que as idéias mais gerais e inclusivas venham em
primeiro plano, diferenciando-se principalmente pelos detalhes e suas especificidades. A
24
teoria de Ausubel considera ser mais fácil para o aluno compreender as partes de um todo
mais amplo do que aprender a partir de partes sem relações, para chegar a um conceito mais
geral.
Por reconciliação integradora
Esta organização caracteriza-se pelo fato de que, em função de novas
informações adquiridas, os subsunçores já existentes, se reorganizem e adquiram novos
significados. O material a ser disponibilizado aos alunos deve ser estruturado a facilitar esta
organização de subsunçores, demonstrando de que maneira as novas idéias são interligadas às
antigas.
A figura 5 mostra a relação entre diferenciação progressiva e reconciliação
integradora demonstrando que, quando uma nova idéia é assimilada à estrutura cognitiva de
um aluno, isto é feito através do estabelecimento de relações entre si e idéias pré-existentes
(cano e resistência). Como esta relação modifica tanto uma quanto outra, e como a estrutura
cognitiva é uma verdadeira teia de relações entre conceitos e idéias, a inserção de algo novo
pode provocar a modificação destes, mesmo não estando diretamente relacionados (circuito
elétrico e resistência).
Figura 5 – relação entre diferenciação progressiva e reconciliação integradora.
Fonte: Adaptado de Moreira (1999, p. 96).
Ou seja, a estrutura cognitiva é algo dinâmico, em constante modificação em função
das diversas experiências e aprendizados de cada aluno. Mas esse processo não é
“automático”, ou seja, não basta uma nova idéia para mudar toda a estrutura cognitiva do
aluno. É preciso trabalho ativo do aluno para que esta mudança possa “se processar”.
25
A diferenciação progressiva e a reconciliação integradora são, portanto, processos
que resultam e ocorrem simultaneamente com a Aprendizagem Significativa, bem
caracterizando a dinamicidade da teoria de Ausubel. Estes detalhes foram pontos chave para a
preparação do nosso objeto de aprendizagem5(HE) não ficando alheio à idéia das “hierarquias
conceituais”. Desta forma, objetivando promover a Aprendizagem Significativa, por parte dos
alunos, dos conteúdos que foram estudados, norteamos a estrutura do nosso Hiperdocumento,
para que os conceitos pudessem ser adquiridos por diferenciação progressiva e/ou
reconciliação integradora.
2.3 A tecnologia da Informação e da Comunicação no ensino
É inegável o alcance e a presença da tecnologia da informação e da comunicação na
sociedade contemporânea. Em relação ao seu uso na educação, inúmeras pesquisas e
pesquisadores indicam que os seus recursos estimulam os estudantes a desenvolverem
habilidades intelectuais, além de funcionarem como elementos motivadores do aprendizado
do aluno.
Na visão de Moran (2000) as tecnologias nos permitem realmente ampliar o conceito
de aula, de espaço e tempo, de comunicação audiovisual, ajudando no estabelecimento de
novas pontes entre o presencial e o virtual. De fato percebemos que nossos alunos
confrontam-se no espaço virtual com textos, imagens estáticas, gráficos, vídeos, em uma
mesma tela, na televisão ou no computador, as quais também estão conectadas com outras
telas multimídia, e por isso devemos começar a pensar em formas alternativas de também
explorar estes meios na área educacional.
[...] Cada vez são mais difundidas as formas de informação multimídica ou
hipertextual e menos lógica-seqüencial. As crianças e os jovens estão
totalmente sintonizados com a multimídia e quando lidam com texto fazemno mais facilmente com o texto conectado através de links, de palavraschave, o hipertexto. Por isso o livro se torna uma opção menos atraente; está
competindo com outras mais próximas da sensibilidade deles, das suas
formas mais imediatas de compreensão. (MORAN, 2000, p. 21).
5
As características chave de um objeto de aprendizagem (oa) são reusabilidade e granulidade.
26
3 MATERIAL INSTRUCIONAL
Ao considerarmos um material instrucional adequado para promover a aprendizagem
significativa, uma preocupação fundamental diz respeito à forma como as informações se
relacionam e se apresentam aos alunos. Nesse sentido, estivemos atentos aos seguintes
cuidados propostos por Moreira (1999) na preparação do material:
1. Evitar que o uso de palavras distintas para representar conceitos
equivalentes gere confusão no aluno, motivando-o a aprender de forma
mecânica. Como exemplo podemos citar, no HE, o tópico sobre
eletrostática. Ao manipulá-lo, o aluno é levado aos conhecimentos prévios
sobre campo elétrico e corrente elétrica, necessários ao entendimento de
campo magnético gerado por ímãs e bobinas.
2. Deixar claro ao aluno as relações entre os tópicos de um mesmo material.
A seqüência didática disponibilizada no HE possibilita uma relação entre
os tópicos de eletromagnetismo, pois consideramos que as simulações, as
imagens, as figuras ilustrativas e os textos explicativos, complementam e
preenchem as lacunas existentes entre aquilo que o aluno conhece e o que
precisa saber para poder aprender significativamente os conteúdos
propostos ao longo do material.
3. Evidenciar as diferenças entre conceitos aparentemente semelhantes, para
que não sejam vistos (retidos) como idênticos. Como exemplo, podemos
citar a representação de campo elétrico e campo magnético em que, no
HE, o aluno pode interagir com simulações representativas desses
campos, bem como alterar o valor das cargas geradoras de campo elétrico
e ou mover uma bússola ao longo de uma plataforma para comprovação
das linhas de campo magnético, podendo assim diferenciar campo elétrico
de campo magnético.
A reconciliação integradora assume, portanto, duplo papel no contexto da
aprendizagem significativa, evidenciando as possíveis relações entre as diversas idéias que
estão sendo trabalhadas dentro de um mesmo material e ajudando o aluno a perceber as suas
diferenças e particularidades.
27
3.1 Hipermídia
Passamos a esclarecer a nossa opção pela hipermídia como material instrucional
adequado para promover a aprendizagem significativa em acordo com as concepções
discutidas anteriormente.
A hipermídia, desenvolvida com o advento da informática é, segundo Hede (2002),
um sistema para a representação do conhecimento no qual as informações são examinadas de
modo não-linear, ou seja, na ordem desejada pelo aluno. A essência da hipermídia está nas
relações entre os nós em que as informações são representadas. Esses sistemas são compostos
por uma rede de nós interligados mediante relações chamadas links, permitindo ao aluno
navegar de um lugar a outro, conectando as informações contidas em um banco de dados,
apresentados em formato multimídia.
Babbitt & Usnick (1993), consideram a hipermídia como o ambiente ideal para
auxiliar os alunos a estabelecerem conexões entre conceitos, definições, representações e
aplicações relacionadas, ampliadas pela adição de sons, interatividade, movimento e gráficos.
Os autores destacam que o aprendizado tende a tornar-se mais significativo quando apoiado
na hipermídia do que quando obtido com apresentações tradicionais.
Trotter (1989) entende que a hipermídia apresenta duas características fundamentais
para a aprendizagem:
I.
Mantém o aluno no controle da busca do conhecimento, solicitando-lhe que
realize escolhas constantemente permitindo abordar qualquer tópico
utilizando diversos tipos de mídia. Quando o aluno tem opções de escolha,
diminui-se significativamente a probabilidade dele sentir-se entediado.
II.
A utilização de diversos tipos de mídia amplia as oportunidades para uma
aprendizagem significativa, porque textos, gráficos e sons reforçam-se uns
aos outros.
Marchionini (1988) observa, de modo semelhante, três características dos
sistemas hipermídia com potencial significativo para as atividades educacionais:
I. Possibilitam reunir uma grande quantidade de material em uma variedade de
meios e em um volume extremamente reduzido, com acesso fácil e rápido.
Esses materiais podem ser relacionados por meio de links que sugerem
caminhos para a informação e conecta o aluno a materiais de suporte.
II. Oferecem altos níveis de controle por parte do aluno, que pode optar por
28
seguir caminhos já marcados ou abrir caminhos por novas trilhas .
III. Apresentam potencial para alterar os papéis de alunos e professores e as
suas interações. A hipermídia permite que os alunos criem associações e
interpretações únicas da informação em um hiperdocumento, as quais podem
ser gravadas, modificadas e compartilhadas com outros estudantes e entre estes
e seus professores, proporcionando experiências ricas, desafiadoras e
estimulantes.
Na hipermídia, as informações podem ser apresentadas por meio de outras
linguagens além da verbal, utilizando-se recursos gráficos, sonoros, interativos e de animação
do computador para facilitar o entendimento da teoria e dos exemplos, ilustrar e enriquecer o
conteúdo, motivar a aprendizagem e tornar mais estimulante a resolução de problemas.
Um sistema hipermídia pode ser estruturado de forma que, por exemplo, a partir
de uma tela contendo as leis físicas fundamentais para a compreensão de determinado
fenômeno, possam ser acessadas, na ordem desejada, outras telas, com aplicações
tecnológicas relacionadas a esses princípios e suas repercussões na sociedade, biografias de
cientistas colaboradores no desenvolvimento dessas idéias, a evolução histórica dos conceitos,
resultados recentes da pesquisa científica envolvendo os conceitos ou ainda questões e
problemas estimuladores da reflexão que favoreçam a compreensão aprofundada das idéias,
ilustrados com figuras, vídeos, aplicativos e sons.
A nossa proposta de sistema hipermídia, representada na figura 6, se alicerça nas
considerações de Marchionini (1988), acrescentando as seguintes características:
I. Troca de informações entre o professor-aluno durante a visita nas trilhas do HE;
II. Simulações com alto grau de interatividade produzidas com o software Easy Java
Simulations;
III. Vídeos
produzidos
a
partir
de
experimentos
realizados
na
bancada
eletromagnetismo;
IV. Resolução de problemas conceituais sobre eletromagnetismo;
V. Sonorização das páginas inspiradas nos textos retirados dos livros do GREF(1999).
de
29
Figura 6: Mapa conceitual da nossa proposta de Hipermídia
Fonte: Dados da pesquisa.
A estrutura hierárquica proporcionada pelo mapa conceitual da figura anterior
(figura 6) permite a identificação dos pré-requisitos e dos conteúdos associados. Desta forma,
identificamos as necessidades metodológicas (estratégias e táticas de ensino para exploração
do conteúdo) e orientações sobre a navegação dirigida em função de objetivos educacionais
explorados no HE.
O uso do mapa conceitual além de contribuir para a modelagem do conhecimento,
também contribuiu para a organização dos diretórios em que foram armazenadas as mídias
utilizadas na construção do HE. A adoção desta estratégia facilitou a organização e
manutenção das mídias, bastante volumosa e diversificada, em nosso caso.
3.2 Aplicativos (applets)
O sistema de hipermídia proposto utiliza, entre outros recursos, applets configurados
como pequenas aplicações escritas em linguagem Java inseridas em um arquivo HTML
(acrônimo para a expressão inglesa HyperText Markup Language, que significa linguagem de
Marcação de Hipertexto) e executadas através de um navegador contendo o Java Virtual
Machine instalado.
30
A possibilidade de criar animações interativas em um ambiente gráfico está entre as
aplicações dos applets eficazes na confecção de simulações de fenômenos físicos com
finalidade pedagógica, permitindo desde a incorporação de figuras até mecanismos de entrada
de dados e geração de gráficos.
Com o avanço e melhoramento de computadores após os anos 1990, os applets
começam a ser disponibilizados em quantidades significativas. Principalmente com o avanço
da Internet e os recursos da informática voltados à linguagem de objetos, é possível a criação
de animações interativas para auxiliar o ensino/aprendizagem das ciências e em especial da
Física. Em pesquisas sobre o uso de animações interativas como Veit & Teodoro, (2002) e
Silva, (2004), são evidenciados o grande potencial auxiliar para as aulas de Física.
No entanto, criar uma simulação requer, além da compreensão do fenômeno e do
processo de ensino/aprendizagem em foco, um conhecimento técnico para expressar o
fenômeno em uma linguagem de programação. Concordamos com Figueira (2005) ao analisar
a pertinência do uso da linguagem JAVA no ensino:
Apesar das inúmeras vantagens relacionadas ao uso desta linguagem (Java),
a sua utilização exige um longo tempo de dedicação e mesmo a construção
de um simples Applet é uma tarefa relativamente complexa para muitos.
(FIGUEIRA, 2005, p. 613).
Para resolver esse problema, optamos pelo software livre Easy Java Simulations
(EJS), desenvolvido por Francisco Esquembre Martínez6 para ensinar a criar simulações
computacionais científicas em linguagem Java de uma forma simples e rápida. O autor citado
por Figueira (2005) relata as vantagens do EJS:
Ejs ha sido diseñado para permitir a una persona que quiere crear una
simulación, concentrar la mayor parte de su tiempo en escribir y refinar los
algoritmos del modelo científico de interes (que es em lo que realmente es
experto/a) y dedicar el menor tiempo posible a las técnicas de programación.
Y, aún así, obtener un produto final independiente, de altas prestaciones y
preparado para su uso em Internet. (apud FIGUEIRA, 2005, p. 614).
6
Francisco Esquembre Martínez é professor da Universidade de Múrcia na Espanha. Sua página pessoal bem
como suas publicações voltadas ao ensino de física estão disponíveis em <http://fem.um.es/fem/>
31
3.3 Vídeos
Os vídeos têm sido utilizados como recurso adicional ao ensino de Física e
várias pesquisas7 apontam vantagens educativas no trabalho com a construção do próprio
material audiovisual de apoio. Em nosso HE o uso de vídeos possibilita uma analogia
entre a simulação virtual e a sua representação real através de múltiplas imagens.
Na figura 7, por exemplo, podemos observar a simulação que representa um
modelo esquemático do gerador de corrente alternada. Uma espira retangular gira (movida
pela manivela) dentro de um campo magnético transformando energia mecânica em
energia elétrica. Podemos observar, também, a atuação da força magnética sobre a espira.
A opção que aparece no canto superior direito da simulação permite observar a geração de
eletricidade com comutador (geração de corrente contínua) e sem comutador (geração de
corrente alternada) podendo inverter o sentido de giro da espira, alterar sua velocidade de
rotação e controlar as grandezas que devem aparecer no simulador.
Figura 7: Paralelo entre simulação e vídeo produzido com experimento real
Fonte: Dados da pesquisa
Na mesma figura observamos a imagem capturada do vídeo sobre o gerador de
corrente alternada construído com a bancada de experimentos. Esse vídeo não possui a
interatividade demonstrada na simulação, mas, por outro lado, ao representar uma
experiência real, apresenta um maior grau de iconicidade8.
Já na figura 8, a simulação possui um maior grau de iconicidade. Nessa figura,
observamos a simulação em que o aluno pode, com o mouse, manipular o ímã na direção
da bobina e verificar a indicação do voltímetro. Ainda na figura 8, uma imagem capturada
7
8
Entre as pesquisas citamos Araujo, 2003; Ferreira, 1978; Figueiredo, 1998 e Ramos, 1990.
O grau de iconicidade pode ser compreendido como uma variável que pode influenciar no resultado visual ou
no uso de uma imagem. Vários trabalhos em Física tratam da importância do grau de iconicidade para a
escolha de uma imagem, dentre os quais destacamos Cassiano (2002) e Silva (2008).
32
de vídeo, o professor oscila o ímã nas proximidades da bobina e o voltímetro indica o
valor da tensão durante essa oscilação.
Figura 8: Simulação com auto grau de iconicidade e imagem de
vídeo demonstrando a relação entre o virtual e o real.
Fonte: Dados da pesquisa
Dessa maneira, estamos procurando considerar, como afirma Medeiros &
Medeiros (2002), que
[...] qualquer simulação está baseada em um modelo de uma situação real,
modelo este matematizado e processado pelo computador a fim de fornecer
animações de uma realidade virtual. A construção, portanto, de uma
simulação computacional pressupõe, necessariamente, a existência de um
modelo que lhe dá suporte e que lhe confere significado. As simulações
podem ser vistas como representações ou modelagens de objetos específicos
reais ou imaginários, de sistemas ou fenômenos. (MEDEIROS &
MEDEIROS, 2002, p.79).
Pensando nesse significado, os vídeos presentes no HE foram construídos para
verificar a função didática da imagem como “função catalisadora de experiência” 9. Como
nossos vídeos não são auto-suficientes, ou seja, não procuram “passar o recado” sobre o
assunto apenas com sua visualização, estando entremeados a outras mídias, recorremos
novamente a Medeiros & Medeiros (2002) ao afirmarem:
[...] é primordial notar-se que um sistema real é freqüentemente muito
complexo e as simulações que o descrevem são sempre baseadas em
modelos que contém, necessariamente, simplificações e aproximações da
realidade. Existe uma diferença significativa entre o ato de experienciar-se
um fenômeno através de um experimento real a de uma simulação
9
Quando uma imagem procura uma organização da realidade que facilita a verbalização de um aspecto de um
concreto, ou seja, a sua compreensão, análise e relação.
33
computacional. (MEDEIROS & MEDEIROS, 2002, p.80).
Os vídeos disponibilizados no HE foram produzidos com o auxílio de uma
WEBCam e editados com o Windows Movie Maker disponível na plataforma do Windows
XP. Para a produção dos vídeos construímos uma bancada de experimentos (figura 9) de
eletromagnetismo, alicerçados em diferentes pesquisas citadas anteriormente, que
apontam para a importância da experimentação no ensino, principalmente naquelas em
que o professor participa diretamente do processo de construção do experimento.
Figura 9: Bancada de experimentos de eletromagnetismo
Fonte: Arquivo do autor.
As figuras 10 e 11 foram capturadas de vídeos disponíveis no HE produzidos
com o auxílio da bancada de experimentos de eletromagnetismo, desenvolvida a partir de
experimentações propostos no livro do GREF.
Figura 10: Motor didático proposto pelo GREF e imagem de vídeo com motor
didático
Fonte: Leituras de Física – GREF (1998) – Eletromagnetismo – p. 56.
34
Figura 11: Galvanômetro didático proposto pelo GREF e imagem de vídeo com galvanômetro
didático.
Fonte: Leituras de Física – GREF (1998) – Eletromagnetismo – p. 63.
3.4 Software livre
O propósito de disponibilização do nosso Hiperdocumento em Eletromagnetismo
para alunos e professores do Ensino Médio nos conduziu à utilização de software livre ao
invés de software comercial. Entendemos software livre na perspectiva de Barahona10 (2006):
um software é considerado como livre quando atende aos quatro tipos de liberdade para os
usuários do software definidas pela Free Software Foundation:
A liberdade para executar o programa, para qualquer propósito (liberdade nº 0).
A liberdade de estudar como o programa funciona, e adaptá-lo para as suas
necessidades (liberdade nº 1). Acesso ao código fonte é um pré-requisito para esta
liberdade.
A liberdade de redistribuir cópias de modo que você possa ajudar ao seu próximo
(liberdade nº 2).
A liberdade de aperfeiçoar o programa, e liberar os seus aperfeiçoamentos, de modo
que toda a comunidade se beneficie (liberdade nº 3). Acesso ao código fonte é um prérequisito para esta liberdade.
A liberdade de executar o programa significa a liberdade para qualquer tipo de
pessoa física ou jurídica na utilização do software em qualquer tipo de sistema computacional,
10
O autor também denomina o software livre pelo acrônimo FLOSS, do inglês Free/Libre Open Source
Software.
35
para qualquer tipo de trabalho ou atividade, sem que seja necessário atender a alguma
restrição imposta pelo fornecedor. A liberdade de redistribuir deve incluir a possibilidade de
se repassar os códigos fonte bem como, quando possível, os arquivos binários gerados da
compilação desses códigos, seja em sua versão original ou modificada. Não é necessária a
autorização do autor ou do distribuidor do software para que possa ser redistribuído, pois as
licenças de software livre assim o permitem.
A maioria dos softwares livres é licenciada através de uma licença de software livre,
chamada GNU11, a mais conhecida.
3.5 O software Easy Java Simulation como recurso pedagógico
O Ensino de Física no Ensino Médio vem sofrendo mudanças significativas e ganhou
um novo sentido desde a publicação, pelo Ministério da Educação, por meio da Secretaria de
Educação Média e Tecnológica, das novas diretrizes apresentadas nos Parâmetros
Curriculares Nacionais conhecido pela sigla PCNs. Esse documento (Brasil, 2002) faz um
levantamento das habilidades básicas, competências específicas, valores e atitudes gerais
que se espera que sejam desenvolvidos pelos alunos nas disciplinas de Física, Matemática,
Biologia e Química e ainda apresenta propostas de temas para projetos interdisciplinares
para integrar o núcleo comum.
Segundo o documento oficial dos PCNs disponibilizado na Internet no endereço:
http://www.mec.gov.br/seb/pdf/CienciasNatureza.pdf, essa proposta trata de construir uma
visão da Física voltada para a formação de um cidadão contemporâneo, atuante e solidário,
com instrumentos para compreender, intervir e participar na realidade. Nesse sentido,
mesmo os alunos que, após a conclusão do ensino médio não venham a ter mais qualquer
contato acadêmico com o conhecimento de Física, em outras instâncias profissionais ou
universitárias, ainda assim terão adquirido a formação necessária para compreender e
participar do mundo em que vivem.
11
Projeto GNU em computação, é um projeto iniciado por Richard Stallman em 1984, com o objetivo de criar
um sistema operacional totalmente livre, que qualquer pessoa teria direito de usar, modificar e redistribuir o
programa e seu código fonte, desde que garantido para todos os mesmos direitos. Stallman escolheu o nome
GNU porque , além do significado original do mamífero Gnu (símbolo do projeto), é um acrônimo recursivo de:
GNU is Not Unix (em português: GNU não é Unix).
36
Dentre os objetivos listados nos PCNs o sentido do aprendizado de Ciência e
Tecnologia é apresentado de forma a envolver o desenvolvimento de conhecimentos
práticos,
procurando
responder
às
necessidades
da
vida
contemporânea,
e
o
desenvolvimento de conhecimentos mais amplos e abstratos, compreendendo uma cultura
geral e uma visão de mundo mais ampla.
O aprendizado de Física, além de contribuir para o conhecimento técnico, deverá,
portanto, contribuir para uma cultura mais ampla, que permita ao aluno interpretar fatos
naturais, compreender procedimentos e equipamentos do seu cotidiano, assim como articular
uma visão do mundo natural e social.
Nesse sentido, os objetos de aprendizagem podem contribuir como matéria-prima para
a efetiva implementação de atividades que envolvam o aluno contextualizando os saberes.
A Física faz parte da cultura dos alunos e também do aparato social e tecnológico da
atualidade, em que as TVs, os fornos de microondas, antenas parabólicas e telefones celulares
alcançaram todas as comunidades. Assim conhecimentos físicos se tornam um instrumento
necessário para a compreensão da sociedade em que vivemos, da sociedade no passado e da
sociedade do futuro.
Percebemos, então, que durante a construção do HE devemos ficar atentos,
como afirma Ausubel (1980) em sua Teoria da Aprendizagem Cognitiva, partindo da
premissa fundamental da existência e importância dos conhecimentos prévios na aquisição de
novos conhecimentos ao afirmar:
Se tivesse que reduzir toda a psicologia educacional a um só princípio, diria
o seguinte: o fato isolado mais importante influenciando a aprendizagem é
aquilo que o aprendiz já sabe. Determine isso e ensine-o de acordo.
(AUSUBEL, 1980, p.76).
Portanto, o fator determinante na aprendizagem considera aquilo que o aluno
sabe como ancoradouro, conforme explica Moreira (1999).
Para Ausubel, novas idéias e informações podem ser apreendidas e retidas na
medida em que conceitos relevantes e inclusivos estejam adequadamente
claros e disponíveis na estrutura cognitiva do indivíduo e sirvam, dessa
forma, de ancoradouro a novas idéias e conceitos. Quando novas
informações adquirem significados para o indivíduo através da interação
com esses conceitos, sendo por eles assimilados e contribuindo para a sua
diferenciação, elaboração e estabilidade, a aprendizagem é dita significativa.
(MOREIRA, 1999, p.15).
37
Esse referencial teórico acerca dos mecanismos de aprendizagem tem subsidiado
muitas pesquisas sobre a prática da utilização de recursos da informática (como no caso dos
softwares educacionais) para promoção da melhoria da qualidade do processo ensinoaprendizagem. Entre esses trabalhos destacamos a tese de doutorado de Gaddis (2000) que fez
um amplo levantamento das principais justificativas apontadas, reforçando o papel fascinante
que muitas vezes, os recursos da informática provocam com todas suas ferramentas e recursos
de mídia e simulação.
Entretanto, outras pesquisas12 criticam a utilização desses recursos no ensino sob
alegação de afastar o professor de seu papel crucial – o de ensinar – sendo substituído por
uma máquina que, em princípio traz tudo “pronto” com recursos atraentes que “enchem os
olhos” do aluno.
Em relação a essa controvérsia, entendemos que de um lado, dependendo da forma
ou metodologia operacionalizada, é indiscutível seu potencial como facilitador e dinamizador
quando simula, de maneira rápida e prática, ocorrências da nossa realidade, permitindo uma
melhor compreensão da mesma. Por outro lado, nem sempre são destacadas as limitações
intrínsecas ao software, implementados para reproduzir modelos originalmente elaborados por
parâmetros e equações matemáticas nem sempre capazes de traduzir a realidade em todos seus
aspectos ou variáveis.
A consciência dessa limitação, no entanto, pode ser tratada em benefício do
aprendizado do aluno, sendo possível através do uso das simulações discutir a dificuldade de
isolamento de um fenômeno ou experiência sem a influência de variáveis externas. Pode-se
fazer da análise crítica do software (quanto às suas limitações nos recursos de simulação, de
cálculo e, enfim, de retratar a realidade de maneira fiel) uma condição fundamental para o
processo de aprendizagem via computador, como forma de contribuir para reconhecimento,
pelo aluno, do contexto de trabalho, incentivando-o a refletir sobre o campo de validade dos
resultados obtidos.
A análise crítica das limitações do software também se torna fator determinante para
o trabalho investigativo do professor, pois permite a avaliação coerente do potencial da
ferramenta computacional na construção e transformação de conceitos. Não pretendemos, no
entanto, aprofundar um debate sobre essas questões (da importância do uso da informática no
ensino), considerando que qualquer recurso, experimental ou não, concreto ou virtual, ao
12
Entre essas pesquisas citamos Medeiros & Medeiros, 2002; Wilson & Redish, 1988; Mucchielli, 1989 e Plomp
& Voogt, 1995.
38
permitir a interatividade, promover a reflexão e a construção de significados, quando
metodologicamente pensado e devidamente trabalhado poderá contribuir na promoção de
aprendizagem.
Pelo exposto, compreendemos que a simples visualização de representações
dinâmicas (simulações) por si só não são suficientes para assegurar que a realidade do evento
esteja sendo compreendida. De fato essa perspectiva se amplia ao considerarmos variáveis
que interferem na obtenção de resultados e na construção de novos conceitos e conclusões,
tais como: as limitações do software em retratar a realidade em todos os seus aspectos; o
reconhecimento do software representando modelos da realidade, sendo necessário avaliar a
abrangência dos recursos disponíveis e a verificação do grau de interatividade oferecida pelo
software.
No contexto, compreendemos que o software interativo deve ser concebido e
utilizado como ferramenta potencial para contribuir em, praticamente, todos os aspectos de
uma ação educacional: o ato de ensinar (ou metodologia usada), o processo de aprendizagem
(ou comportamento cognitivo do aprendiz), o contexto ou meio utilizado (a situação-problema
e o próprio software), o currículo ou programa (o conteúdo) e, finalmente, a avaliação
passando por todos estes aspectos anteriores. Afinal, em um processo educacional, o ensino,
enquanto veiculação, tratamento e construção do conhecimento, só se completa com o ato da
avaliação, retro-alimentando o processo e permitindo seu aprimoramento. Entendemos,
inclusive, estes aspectos como necessariamente, interdependentes e complementares, mesmo
que em uma ação de pesquisa seja enfatizado um ou dois destes aspectos.
Em nossa proposta, destacamos que o fundamental na utilização de um software
reside não tanto em seu uso como recurso tecnológico, mas na maneira de sua utilização.
Apenas desse modo é possível realçar o seu papel como ferramenta facilitadora da
aprendizagem significativa, através de sua utilização em certos momentos de forma
independente pelo aluno, complementada pelo uso do software por meio de integração e
compartilhamento de idéias entre alunos e aluno/professor.
Nesse sentido pretendemos verificar algumas das possibilidades metodológicas
otimizadas dos recursos que o software livre (EASY JAVA SIMULATIONS) EJS nos oferece
em prol de um objetivo operacional embasado na Teoria de Aprendizagem de Ausubel.
Como dito anteriormente, o EJS é um software desenvolvido especificamente para
ensinar a criar simulações interativas em linguagem Java. A escolha dessa linguagem se
fundamenta em sua grande aceitação pela comunidade internacional ligada a Internet e pelo
suporte das diferentes plataformas de softwares como Windows e Linux. Isto significa que o
39
EJS e as simulações nele criadas podem ser usados como programas independentes em
diferentes sistemas operativos além de serem distribuídas pela Internet e executadas em
páginas da Web por qualquer navegador, como nos assegura Figueira (2005).
A linguagem de programação Java tornou-se uma importante ferramenta
para as propostas de ensino que se utilizam de ambientes virtuais. Na área
das ciências, ela está por detrás dos ''Laboratórios Virtuais'', ambientes que
simulam determinado fenômeno físico e rodam em pequenos programas,
conhecidos como Applets (programas executados dentro de uma página
html). (FIGUEIRA, 2005, p. 613).
As simulações interativas geradas no EJS são pequenos programas de computador
que reproduzem, com finalidade pedagógica e científica, um fenômeno natural através dos
seus diversos estados de apresentação. Cada uma desses estados é descrito por um conjunto de
variáveis que se relacionam num determinado tempo devido a interações de certos algoritmos
de programação. A figura 12 apresenta a tela de abertura do software EJS em que é possível
criar uma página em linguagem HTML para acompanhar as simulações.
Figura 12: Tela de abertura do software EJS
Fonte: Dados da pesquisa
Com opções de instalação em espanhol e inglês, a interface gráfica disponibiliza
um conjunto de componentes, sendo possível configurar uma simulação, utilizando apenas o
40
mouse. O software gera o resultado final em uma página HTML, utilizando o pacote kit de
desenvolvimento Java, JDK13.
O console do software EJS está representado na figura 13. Nesse controle
configura-se a linguagem utilizada na construção das simulações, e também se verifica a
qualidade da instalação do kit de desenvolvimento JAVA.
Figura 13: Tela do Console do software EJS
Fonte: Dados da pesquisa
O EJS possibilita facilmente ao usuário a modelagem de problemas físicos
envolvendo superfícies tridimensionais, a construção de curvas e a adição de gráficos de duas
e três dimensões. O software também dispõe de facilidades para a solução numérica de
equações diferenciais de primeira ordem, permitindo escrever equações de forma direta com
várias opções de métodos. A Figura 14 ilustra uma simulação de astronomia que descreve a
trajetória da Lua em torno da Terra juntamente com a janela de plotagem da simulação. A
Figura 15 mostra uma simulação com mais recursos interativos porém com menos
iconicidade14 sobre conceitos de eletromagnetismo, descrevendo o campo gravitacional em
torno da Terra e na sua proximidade por meio de uma bússola manipulável pelo usuário para
13
Java Development Kit (JDK) significa Kit de Desenvolvimento Java, e é um conjunto de utilitários que
permitem criar sistemas de software para a plataforma Java. É composto por compilador e bibliotecas.
14
Um tratamento sobre iconicidade pode ser encontrado em Medeiros & Medeiros (2001), Otero, et al. (2008),
Silva & Colares Filho (2004), Cassiano (2002) e Silva (2008).
41
verificação das linhas desse campo magnético. Ambas as simulações usam recursos de
programação em código Java.
Figura 14: Tela da simulação Terra e Lua
Fonte: Dados da pesquisa
Figura 15: Tela da simulação sobre o modelo Magnético Terrestre
Fonte: Dados da pesquisa
O software EJS foi utilizado na versão 3.46 BETA, atualizado em 30 de setembro de
2007,
sendo
que
o
seu
download
pode
ser
feito
gratuitamente
da
página
<http://www.um.es/fem/Ejs/Ejs_es/Download.html>. Esse software é parte do projeto OpenSource Physics Education15, e portanto utiliza um conjunto de bibliotecas com código aberto.
Diversos projetos vêm sendo desenvolvidos com o objetivo de integrar um conjunto
15
<http://www.opensourcephysics.org/modeling/tpt_modeling.html> Acesso em: 12 de dez. 2007. Este projeto
visa criar e distribuir gratuitamente material curricular computacional para o ensino de física para todos os
níveis.
42
de bibliotecas usando Open-Source. Dentre esses projetos destacam-se os trabalhos do
pesquisador Wolfgang Christian16 destinados à melhoria da qualidade do ensino de ciências.
Além do seu livro “Creación de Simulaciones Interactivas em Java: Aplicación a La
Enseñanza de La Física”17 disponível em livrarias virtuais, encontra-se um curso online
gratuito intitulado “Virtual-lab Implementation With EJS - Application in Education, and
System Design & Analysis”18, oferecido pelo Departamento de Informática e Automática
(UNED) da Universidade de Madrid, na Espanha.
16
Alguns de seus trabalhos dedicados ao ensino de ciências podem ser encontrados em
<http://www.webphysics.davidson.edu/Faculty/wc/Welcome.htm> Acesso em: 12 de dez. 2007.
17
Esquembre, Francisco Martínez, 1a edição – Madrid – Espanha - Editora Pearson Educación, 2004.
18
<http://www.euclides.dia.uned.es/simulab-fp/curso_online/cursoOnline_content_overview.htm> Acesso em
12 de dez. de 2007.
43
4. HIPERDOCUMENTO DE ELETROMAGNETISMO
4.1 Ambiente
Uma vez motivados pelas potencialidades oferecidas pela informática e auxiliados
pela teoria cognitivista de AUSUBEL, desenvolvemos o material interativo hipermídico na
área de eletromagnetismo, disponibilizado em CD-ROM, como uma ferramenta auxiliar no
ensino de física, destinada sobretudo aos alunos de Ensino Médio. No CD, que acompanha
esta dissertação e também na página do programa de Mestrado em Ensino de Ciências e
Matemática da PUC Minas encontra-se à disposição dos interessados o material didático de
apoio desenvolvido durante essa pesquisa. Esse material contém vídeos, figuras animadas,
biografias, simulações e textos destinados aos alunos do Ensino Médio. O acesso ao material
é feito através do CD-ROM que possui sistema de abertura automático.
Executamos a organização do material do Hiperdocumento em linguagem HTML,
auxiliados pelas ferramentas FLASH MX e EJS, podendo portanto, ser rodado em rede de
intranet ou internet.
Para a hipermídia proposta neste trabalho desenvolvemos 36 (trinta e seis)
simulações utilizando o software EJS, 9 (nove) animações sonorizadas utilizando o software
Flash MX, 14 (quatorze) vídeos utilizando WebCam, 10 (dez) imagens animadas construídas
com o software Flash MX e 25 (vinte e cinco) questões conceituais.
4.2 Processo de construção e a Física do HE
O desenvolvimento do material englobou as seguintes fases:
1. Seleção dos tópicos de eletromagnetismos significativos e importantes para
os alunos do ensino médio, segundo o GREF;
2. Desenvolvimento de simulações que utilizasse as potencialidades do software
EJS (e estivessem de acordo com a teoria de aprendizagem significativa)
conforme especificações;
44
3. Criação e adequação de textos teóricos e explicativos sonorizados;
4. Construção da bancada de experimentos para a produção dos vídeos;
5. Adequação dos vídeos no HE;
6. Desenvolvimento de exercícios, atividades e questões para cada tópico;
7. Organização do material em um sistema hipermídia usando a linguagem
HTML.
Na
introdução
do
Hiperdocumento
focalizamos
o
magnetismo
e
o
eletromagnetismo através de tópicos como atração magnética, domínios magnéticos,
campo magnético terrestre, dentre outros, apresentados por meio de animações, vídeos,
simulações interativas e páginas sonorizadas.
Os conteúdos do HE previsto para o Ensino Médio, como citado anteriormente,
seguiram a seqüência lógica do GREF dividido nos seguintes cinco grandes tópicos:
1. Magnetismo e Introdução ao Eletromagnetismo:
Nesse tópico é possível iniciar o estudo de magnetismo e eletromagnetismo.
Sub-tópicos como atração magnética, domínios magnéticos, entre outros, são apresentados
por meio de animações. Simuladores permitem visualizar e interagir com campo
magnético em duas dimensões, como na figura 16, podendo ser explicado através do
correspondente, inspirado no GREF, conforme mencionamos na página 16. Além disso, é
possível realizar experimentos simulados relacionando eletricidade e magnetismo. Por
fim, disponibilizamos uma série de explicações ilustrando aplicações tecnológicas do
eletromagnetismo como a lanterna de indução e Maglev19.
Figura 16: Magnetismo e Introdução ao eletromagnetismo.
Fonte: Dados da pesquisa
19
MAGLEV é o nome dado aos trens que utilizam a levitação magnética como recurso para seu deslocamento.
45
A figura 16 apresenta uma imagem do planeta Terra, os pólos Norte e Sul geográfico e
os pólos Norte e Sul magnéticos com suas linhas do campo magnético. O aluno pode
mover uma bússola ao longo das linhas do campo magnético verificando o sentido e a
direção desse campo.
2. Geradores de Corrente Alternada:
Nesse tópico, incluímos uma interação, representando o modelo esquemático de
gerador de uma usina hidrelétrica (figura 17). Uma espira retangular gira
permanentemente em um campo magnético responsável pela geração de eletricidade.
Além dessas simulações, discutido o efeito magnético da corrente elétrica através de duas
leis básicas do eletromagnetismo: a de Ampère e a de Gauss magnética, além da força de
Lorentz.
Figura 17: Gerador de corrente alternada.
Fonte: Dados da pesquisa
3. Força Eletromotriz Induzida:
Neste item, os alunos encontram simulações que exploram a lei de indução de
Faraday e a lei de Lenz. Propomos trabalhar a lei de Faraday (a força eletromotriz
induzida, em uma espira, depende da variação do fluxo magnético ao longo do tempo)
através de uma simulação em que o aluno pode modificar o sentido do campo magnético
(entrando ou saindo da página), bem como observar o efeito no sentido da corrente e do
movimento da barra móvel dependendo do sentido escolhido do campo magnético.
46
Figura 18: Força Eletromotriz Induzida.
Fonte: Dados da pesquisa
4. Carga Elétrica em Campo Elétrico e Magnético:
Neste tópico, ampliamos os recursos de hipermídia para, de forma dinâmica,
apresentarmos a carga elétrica em campos elétrico e magnético incluindo movimentos em
duas dimensões, 2D, e, em três dimensões, 3D; um vídeo sobre a Aurora Boreal, a
biografia de Hendrik Antoon Lorentz e a explicação de funcionamento do cabo coaxial.
Figura 19: Seqüência de imagens de uma carga elétrica em
campo elétrico e magnético em 3D.
Fonte: Dados da pesquisa
Nesta simulação (figura 19), o aluno pode modificar a intensidade dos campos elétrico
e magnético ao longo dos eixos X, Y e Z, variar a velocidade inicial da carga colocada
nesses campos e manipular os eixos para uma visualização da trajetória da carga em
três dimensões.
47
5. Eletrostática (opcional):
Nesse tópico, simuladores possibilitam a interação e visualização do campo
elétrico. Há informações (inclusive na forma de gráficos) sobre carga elétrica e Lei de
Coulomb, Campo Elétrico e Potencial Elétrico.
Figura 20: Eletrostática.
Fonte: Dados da pesquisa
Nesta simulação (figura 20), o aluno pode modificar a intensidade e o sinal da
carga elétrica colocada no vácuo, visualizar seu potencial elétrico, verificar a força
aplicada em outra carga com características diferentes da anterior e também comprovar a
lei de Coulomb.
Por considerarmos, como fez o GREF, a corrente elétrica um primeiro conceito
no eletromagnetismo, esta foi apresentada de forma destacada, porém como opcional, de
modo a detalhar alguns conceitos como potencial elétrico, campo elétrico e indução
eletrostática que fossem importantes para o entendimento do modelo de corrente elétrica.
Ao inserir o CD no drive do computador, é apresentada aos alunos a seguinte
tela com o menu principal do HE (figura 21).
48
Figura 21: Abertura do Hiperdocumento de Eletromagnetismo (HE).
Fonte: Dados da pesquisa
O acesso às informações dos diferentes conteúdos é alcançado clicando com o mouse
sobre o conteúdo desejado, disponibilizado no menu principal conforme mostramos na figura
21, que revela os conteúdos e ordem de organização dos mesmos.
Na figura 21, mostramos que os tópicos disponibilizados no material referem-se aos
conteúdos: magnetismo e introdução ao eletromagnetismo, geradores de corrente alternada,
força eletromotriz induzida, cargas elétricas em campos elétricos e magnéticos, eletrostática
(conteúdo opcional podendo ser omitido), exercícios conceituais sobre esses conteúdos e uma
página contendo ferramentas (softwares) para a visualização dos itens do CD.
Quando o aluno escolhe um tópico do menu principal, acessa uma tela com os
diferentes conteúdos disponibilizados dentro de cada tópico, (figura 22) podendo escolher sua
opção de estudo.
49
Figura 22: Tela de abertura da unidade sobre magnetismo e
eletromagnetismo.
Fonte: Dados da pesquisa
Na introdução do capítulo Magnetismo e Eletromagnetismo, figura 23, o aluno
depara-se com explicações sonorizadas e animadas sobre atração magnética (pólos que se
atraem e se repelem, não podendo ser isolados), a causa da bússola apontar para o norte
geográfico, os domínios magnéticos, além de isógonas e isóclinas.
50
Figura 23: Introdução do capítulo sobre Magnetismo e Eletromagnetismo.
Fonte: Dados da pesquisa
Propiciamos
acesso
a
diferentes
informações
envolvendo
assuntos
de
eletromagnetismo, expostos em material hipermídia (CD-ROM), conscientes de que o simples
acesso a estas informações não é garantia de aprendizado. A exploração adequada do HE
depende da orientação do professor. Propomos lidar com essas informações com a supervisão
docente, sempre que solicitado, sobre o aprofundamento, análise, decodificação, buscando e
estabelecendo relações entre diferentes grandezas, identificando regularidades, associando
fenômenos que ocorrem em situações semelhantes, utilizando as leis que expressam essas
regularidades na análise e previsões de situações do dia-a-dia e elaborando modelos
simplificados de determinadas situações a partir dos quais seja possível levantar hipóteses e
fazer previsões.
4.3 Processo de aplicação do HE
Após desenvolvermos a primeira versão do hiperdocumento para o ensino de
eletromagnetismo, apresentamos esse material aos alunos do programa de Mestrado
Profissional em Ciências e Matemática da PUC Minas20. Esses alunos-professores
manipularam o hiperdocumento a nosso pedido, visando o seu aprimoramento. Essa atividade
foi intermediada por uma discussão em grupo e por um questionário, disponível no anexo C.
20
Esses alunos-professores compõem a terceira turma do Mestrado em Ensino de Física da PUC Minas com um
total de 12 (doze) alunos (dez homens e duas mulheres), todos professores da educação básica e superior, com
experiência no ensino público e privado.
51
Várias sugestões apresentadas pelos alunos-professores foram incorporadas no HE e serão
mencionadas no capítulo 5 ao discutirmos a análise de dados. O HE foi aplicado aos alunos da
terceira série do Ensino Médio do Colégio Paula Frassinetti, objetivando analisar a capacidade
do instrumento em facilitar a aprendizagem significativa de eletromagnetismo. Nessa
oportunidade também foram coletadas críticas e sugestões para possíveis melhorias do HE.
Os alunos tiveram acesso ao material do HE durante quatro semanas, num total de 16
(dezesseis) horas de trabalho, no laboratório de informática da escola. A carga horária de
Física nesta turma do ensino médio é de 4 (quatro) aulas semanais. O Colégio Paula
Frassinetti da cidade de São Sebastião do Paraíso - MG é uma instituição com mais de oito
décadas de tradição que há mais de dez anos é conveniada à rede Pitágoras de ensino. A
escola oferece desde a educação infantil até o ensino médio, tendo em sua missão os valores
católicos alicerçados nos referenciais religiosos da sua fundadora, Santa Paula Frassinetti.
A turma possui 22 (vinte e dois) alunos que podem ser considerados de poder
aquisitivo médio, possuindo acesso ao computador e à internet em suas residências, não
apresentando, portanto, dificuldades no uso do equipamento. O próprio Colégio disponibiliza
acesso à internet em seu laboratório de informática que possui 40 (quarenta) máquinas com
requisitos de software adequados ao bom funcionamento do HE.
52
5. ANÁLISE DE DADOS
Na apresentação dos resultados, faremos uma análise comparativa dos levantamentos
conceituais, realizados antes e depois da manipulação do HE pelo aluno, procurando articular
os resultados com o referencial teórico.
Embora nosso trabalho de pesquisa não se restrinja à investigação quantitativa da
aprendizagem, considera os resultados dos escores para perceber se o HE produzido com o
software EJS possibilitou uma evolução conceitual de eletromagnetismo segundo os preceitos
da Aprendizagem Significativa de Ausubel. Para tal propósito, procuramos na Análise de
Conteúdo de Bardin (2000) a fundamentação teórica necessária.
Em Bardin (2000), encontramos a descrição em que a definição de análise de
conteúdo surge no final dos anos 40-50, com Berelson, auxiliado por Lazarsfeld afirmando
que esse método é uma técnica de investigação que tem por finalidade a descrição objetiva,
sistemática e quantitativa do conteúdo manifesto da comunicação.
Segundo a autora, a análise de conteúdo é definida como:
[...] um conjunto de técnicas de análise de comunicações, que utiliza
procedimentos sistemáticos e objetivos de descrição do conteúdo das
mensagens, indicadores (quantitativos ou não) que permitam a
inferência de conhecimentos relativos às condições de
produção/recepção (variáveis inferidas) dessas mensagens. (BARDIN,
2000. p. 21)
Ainda, segundo a autora, a análise de conteúdo de mensagens aplicável a todas as
formas de comunicação possui duas funções que podem ou não se dissociar quando colocadas
em práticas. A primeira diz respeito à função heurística, ou seja, a análise de conteúdo
enriquece a tentativa exploratória e aumenta a propensão à descoberta. A segunda se refere à
administração da prova, em que hipóteses, sob a forma de questões ou de afirmações
provisórias servem de diretrizes apelando para o método de análise de uma confirmação.
A análise de conteúdo sofreu as influências da busca da cientificidade e da
objetividade recorrendo a um enfoque quantitativo que lhe atribuía um alcance meramente
descritivo, como afirma Godoy (2005):
A análise das mensagens neste intuito se fazia pelo cálculo de
freqüências. Essa deficiência cedeu lugar à análise qualitativa dentro
dessa técnica, possibilitando a interpretação dos dados, pela qual o
53
pesquisador passou a compreender características, estruturas e/ou
modelos que estão por trás das mensagens levadas em consideração
(GODOY, 1995, p. 23).
Diante do elucidado pode-se afirmar que a análise de conteúdo é um método que
pode ser aplicado tanto na pesquisa quantitativa como na investigação qualitativa, mas com
aplicações diferentes, sendo que na primeira, o que serve de informação é a freqüência com
que surgem certas características do conteúdo, enquanto na segunda é a presença ou a
ausência de uma dada característica de conteúdo ou de um conjunto de características num
determinado fragmento de mensagem que é levado em consideração.
Em Bardin (2000), há três etapas básicas nos trabalho com a análise de conteúdo:
1 - A pré-análise: a organização do material, quer dizer de todos os materiais que serão
utilizados para a coleta dos dados, assim como também outros materiais que podem ajudar a
entender melhor o fenômeno e fixar o que a autora define como corpus da investigação, que
seria a especificação do campo que o pesquisador deve centrar a atenção.
2 - A descrição analítica: nesta etapa o material reunido que constitui o corpus da pesquisa é
mais bem aprofundado, sendo orientado em princípio pelas hipóteses e pelo referencial
teórico, surgindo desta análise quadros de referências, buscando sínteses coincidentes e
divergentes de idéias.
3 - Interpretação referencial: é a fase de análise propriamente dita. A reflexão, a intuição, com
embasamento em materiais empíricos, estabelecem relações com a realidade aprofundando as
conexões das idéias, chegando se possível à proposta básica de transformações nos limites das
estruturas específicas e gerais. É onde o pesquisador apoiado nos resultados brutos procura
torná-los significativos e válidos.
De posse desse referencial, nosso trabalho iniciou-se com a realização de um
primeiro levantamento, chamado de L1 (ANEXO A) de sondagem conceitual visando
conhecer, ainda que de modo preliminar os conceitos de eletromagnetismo presentes na
estrutura cognitiva do aluno. Após a aplicação do levantamento 1, os alunos exploraram de
forma orientada as telas do HE totalizando quatro semanas (16 horas-aula). Ao final dessa
etapa de manipulação do HE, procedemos a um segundo levantamento, chamado de L2
(ANEXO B), contendo além das questões do L1, duas questões relacionadas à avaliação do
HE.
As respostas dos alunos foram agrupadas em categorias de síntese sendo que a
identificação “L1Q2A3” significa a resposta do aluno 3 à questão 2 no levantamento 1 e
“L1Q2P3” significa a resposta do professor 3 à questão 2 no levantamento 1.
54
5.1 Análise dos gráficos com respostas dos alunos
Questão 1: Exemplifique situações do seu cotidiano em que o termo magnetismo foi
mencionado.
Termo "Magnetismo" em Situações do Cotidiano
100,0%
80,0%
60,0%
40,0%
L1
20,0%
L2
0,0%
Aparelhos
Aproximação Conteúdo Escolar Documentários
eletrodomésticos
ímã/metal
Livro texto
Afetivo sexual
Bússola
Magnetismo
terrestre
Sistema de
comunicação e
informação
Figura 24: O termo Magnetismo usado em situações do cotidiano
Fonte: Dados da pesquisa
Analisando o gráfico, podemos observar que após a utilização do HE os alunos
abordaram com maior freqüência o assunto em livros didáticos, manipularam bússolas,
verificaram a existência de campo magnético em nosso planeta. Destacamos, ainda o aumento
de incidência de respostas envolvendo sistemas de comunicação e informação, demonstrando
maior interesse pelo assunto.
Apresentamos, como exemplo, a resposta de um aluno nos dois levantamentos bem
como uma das figuras do HE manipuladas durante a sua aplicação.
Nas aulas de física, quando eu estava folheando a minha apostila e encontrei
o capítulo que falava sobre magnetismo, quando eu mexia com ímãs, etc.
(L1Q1A17)
Em cartões magnéticos, ímãs, há campo magnético no nosso planeta.
(L2Q1A17)
55
Figura 25: Terra com linhas de indução do campo magnético.
Fonte: Dados da pesquisa
Questão 2: Você já fez alguma experiência (ou brincadeira) com ímãs. Descreva o que você
fez. Pode desenhar se considerar esclarecedor.
Contato Experimental
100,0%
80,0%
60,0%
40,0%
L1
20,0%
L2
0,0%
Atração e
repulsão
Verificação de
Atração e
Verificação de Verificação de Verificação de Imantação de Interação entre
campo
repulsão entre
campo
monopólo
Magnetismo material ferrocampo
magnético
pólos positivos magnético com
terrestre
magnético
magnético e
e negativos limalha de ferro
elétrico
Figura 26: Contato experimental com material magnético.
Fonte: Dados da pesquisa
Como podemos observar, no L2 surgiram alguns itens que não apareciam no L1.
Acreditamos que isso ocorreu devido a uma aprendizagem significativa de novos conceitos
como por exemplo verificação do não monopólo em um ímã.
Apresentamos, como exemplo, a resposta de um aluno no levantamento 2 bem como
uma das figuras do HE manipuladas durante a sua aplicação.
Ao quebrar um ímã com a intenção de verificar se ele fica com polaridade
norte e sul, o que comprovamos que o ímã não fica monopólo, ficando
sempre com as duas polaridades, mesmo quebrado. (L2Q2A4)
56
Figura 27: Ímã quebrado, demonstrando o não monopólo.
Fonte: Dados da pesquisa
Questão 3: Dentre os equipamentos que conhece, quais deles funcionam levando em conta o
magnetismo?
Eletromagnéticos
100,0%
80,0%
60,0%
40,0%
L1
20,0%
L2
0,0%
Eletrodomésticos Ap. eletrônicos
(motores)
(som e ou imagem)
Bússola
Meios de
transporte
Ímã
Elementos de
comunicação e
informação
Medidor/Gerador
de energia
Diagnóstico
(Medicina)
Eletroímã
Figura 28: Aparelhos eletromagnéticos.
Fonte: Dados da pesquisa
A percepção ampliada dos alunos sobre aparelhos eletrodomésticos e sobre os meios
de comunicação que utilizam o magnetismo como princípio de funcionamento foi
influenciada pelo texto e manipulação do HE em que experimentaram virtualmente o medidor
de consumo de energia elétrica, eletroímãs, motores e auto-falantes.
A resposta de um aluno nos dois levantamentos demonstra essa percepção:
Bússolas. (L1Q3A7)
Bússolas, medidor de energia e Maglev. (L2Q3A7)
No tópico Força Eletromotriz Induzida, um dos links aborda o funcionamento do
medidor de energia elétrica, demonstrando os conceitos físicos envolvidos e, ainda auxilia o
aluno no calculo do consumo de energia elétrica em sua residência. Ao usar um aparelho
57
conhecido pelo aluno, utilizar uma abordagem qualitativa, como propõe o GREF (2005),
possibilita uma aprendizagem significativa de conceitos das leis de Faraday e Lenz.
Aparelhos de som e televisão. (L1Q3A10)
Aparelhos de som, televisores, instrumentos musicais eletrônicos, lanternas
de indução, aparelhos de telefone, computadores e geradores de energia.
(L2Q3A10)
Celular e TV. (L1Q3A21)
Lanterna de indução eletromagnética, cartão magnético, cooler de
computador, motor do ventilador, porta da geladeira e drive de disquete.
(L2Q3A21)
Figura 29: Medidor de consumo de energia elétrica residencial.
Fonte: Dados da pesquisa.
Questão 4: Pares de imãs em forma de barra são dispostos conforme indicam as figuras a
seguir:
Situação a)
Figura 30: Ímãs: situação A.
Fonte: Dados da pesquisa
58
Situação b)
Figura 31: Ímãs: situação B.
Fonte: Dados da pesquisa
Situação c)
Figura 32: Ímãs: situação C.
Fonte: Dados da pesquisa
A letra N indica o pólo Norte e a letra S o pólo Sul de cada uma das barras imantadas. O que
ocorrerá entre os imãs de cada uma das situações propostas (a), (b) e (c)? Utilize o espaço ao
lado de cada uma das figuras para explicar o que acontecerá com os imãs.
Relaciona corretamente atração e repulsão magnética
100,0%
80,0%
60,0%
L1
40,0%
L2
20,0%
0,0%
Totalmente correto
Parcialmente correto (pólos magnéticos)
Totalmente incorreto (carga elétrica)
Figura 33: Relação entre atração e repulsão magnética.
Fonte: Dados da pesquisa
Percebemos que os alunos conheciam os conceitos relacionados à atração e repulsão
magnética, talvez por terem trabalhado anteriormente com atração e repulsão entre cargas
elétrica em eletrostática. Mesmo assim, constatamos uma pequena melhora no número de
alunos que relacionam corretamente atração e repulsão magnética passando de 77,3% no L1
para 84,6% no L2.
59
Apresentamos, como exemplo, a resposta de um aluno nos dois levantamentos bem
como duas figuras do HE manipuladas durante a sua aplicação.
Não acontecerá nada com as barras. (L1Q4A11)
Atração, repulsão e repulsão. (L2Q4A11)
Figura 34: Verificação de atração e repulsão entre ímãs.
Fonte: Dados da pesquisa
Figura 35: Atração de material ferromagnético.
Fonte: Dados da pesquisa
Questão 5: Um ímã permanente retilíneo, cujos extremos N e S são os pólos norte e sul,
respectivamente, encontra-se representado na figura (1). Suponha que a barra ímã seja
dividida em três partes, segundo mostra a figura (2). Por fim, os segmentos das extremidades
são colocados lado a lado, como na figura (3). O que ocorrerá com os pedaços na figura (3)?
Figura 36: Não monopólo.
Fonte: Dados da pesquisa
60
Inexistência de monopólo
100,0%
80,0%
60,0%
L1
40,0%
L2
20,0%
0,0%
Atração (explicando a
inseparabilidade)
Atração (apenas)
Repulsão (explicando a
inseparabilidade)
Repulsão (apenas)
Nada ocorrerá
Figura 37: Inexistência de monopólos magnéticos no ímã.
Fonte: Dados da pesquisa
Ao analisarmos o gráfico, percebemos que 59,1% dos alunos compreenderam
corretamente a inseparabilidade dos pólos do ímã, pois durante o L1 apenas 22,8% sabiam
explicar o ocorrido com as partes do ímã em questão. Percebemos uma aprendizagem
significativa quanto ao conceito de monopólo provavelmente porque os aplicativos
relacionados ao tema apresentados no HE são sonorizados, tendo atraído mais a atenção dos
alunos.
Percebemos uma maior qualidade na resposta do aluno A12 na aplicação do L2,
como podemos observar abaixo:
Os pedaços de ímãs irão se atrair pois um fica carregado positivamente e o
outro negativamente. (L1Q5A12)
(1) o ímã tem pólo norte e sul
(2) todas as três partes terão pólos norte e sul.
(3) X e Y irão se repelir pois terão pólos N e S. (L2Q5A12)
A figura 38 demonstra o aplicativo manipulado pelos alunos no HE.
Figura 38: Aplicativo sonorizado, demonstrando o não monopólo.
Fonte: Dados da pesquisa
61
Questão 6: Um imã foi fixado em uma folha de papel sobre uma mesa conforme mostra a
figura a seguir. Imagine que foi solicitado que você aproximasse uma bússola apoiada na
folha de papel em várias posições em torno do imã, tracejadas na figura. Desenhe a agulha da
bússola nas várias posições indicadas na figura.
Figura 39: Questão proposta pelo GREF.
Fonte: GREF: Eletromagnetismo. (2005, p. 158)
Direção e sentido do campo magnético
100,0%
80,0%
60,0%
L1
40,0%
L2
20,0%
0,0%
Carga
Campo
Campo (parcialmente correto)
Figura 40: Direção e sentido do campo magnético criado ao redor de um ímã.
Fonte: Dados da pesquisa
Observamos na figura do L2Q6A8 que o aluno, para responder a questão, traçou as
linhas de campo magnético do ímã e depois posicionou corretamente a bússola. A melhora
significativa quanto a essa resposta deve-se ao número de aplicativos distribuídos ao longo do
HE que tratava essa situação.
As figuras 41 e 42 representam o desenho de um aluno nos dois levantamentos bem
como uma figura do HE manipulada durante a sua aplicação. Observa-se claramente que o
aluno desenhou, em L1, considerando o conceito de campo elétrico e que em L2 passou a
observar o campo magnético!
62
Figura 41: L1Q6A8
Fonte: Dados da pesquisa
Figura 42: L2Q6A8
Fonte: Dados da pesquisa
Figura 43: Demonstração das linhas de indução do ímã.
Fonte: Dados da pesquisa
Na simulação representada pela figura 43, o aluno pode manipular virtualmente uma bússola
nas proximidades do ímã, verificando o sentido e a direção do campo magnético.
Questão 7: Na experiência montada a seguir, o fio de um circuito passa sobre a agulha de uma
bússola. Com a chave C aberta, a agulha alinha-se como mostra a figura 1. Fechando-se a
chave C, a agulha da bússola assume nova posição (figura 2).
Figura 44: Fio e bússola.
Fonte: Dados da pesquisa
Como você explicaria esse movimento da agulha da bússola a partir da corrente elétrica
estabelecida no circuito?
63
Corrente gerando campo magnético
100,0%
80,0%
60,0%
40,0%
L1
20,0%
L2
0,0%
Corrente elétrica afeta
campo magnético
Corrente elétrica afeta
corrente elétrica
Resistência elétrica afeta
campo magnético
Figura 45: Corrente elétrica gerando campo magnético.
Fonte: Dados da pesquisa
Podemos inferir, de acordo com as respostas dos alunos, que a utilização das
simulações trouxe benefícios para o entendimento sobre a descoberta de Oersted. Ao serem
empregados para melhorar a atenção, apoiar o raciocínio e auxiliar a visualização e
interpretação de fenômenos, os elementos desse tipo de mídia colaboram para a ocorrência de
aprendizagem significativa por tenderem a estimular o estabelecimento de relações
intencionais entre os conceitos a serem assimilados e a estrutura cognitiva, além de facilitar a
criação de subsunçores.
Quando a chave C está aberta passa por ela uma corrente elétrica onde os
elétrons se alinham, já com a chave fechada os e- (elétrons) vão se
movimentar. (L1Q7A12)
A agulha se movimenta por que com a chave C fechada haverá uma
passagem de corrente elétrica gerando um campo magnético e a agulha
ficará de acordo com os vetores desse campo. (L2Q7A12)
A agulha se movimenta de acordo com o campo magnético quando se fecha
a chave. (L2Q7A13)
Figura 46: Simulação da primeira experiência de Oersted.
Fonte: Dados da pesquisa
64
A simulação representada pela figura 46 possui um alto grau de iconicidade e
possibilita a verificação do sentido do campo magnético gerado ao redor do fio. Ao inverter o
sentido da corrente gerada pela pilha, o aluno observa a bússola indicando a inversão do
sentido do campo magnético.
A qualidade das respostas dadas a essa questão, no L2, demonstra que a iconicidade
e a interatividade possibilitam a criação de subsunçores e criam condições para uma
aprendizagem significativa.
Questão 8: Um dispositivo usado para medir velocidade de bicicletas é composto por um
pequeno ímã preso a um dos raios da roda e uma bobina fixa no garfo. A bobina é ligada por
fios condutores a um mostrador preso ao guidom, conforme representado na figura a seguir. A
cada giro da roda, o ímã passa próximo à bobina, gerando um pulso de corrente que é
detectado e processado pelo mostrador. Como você explicaria esse fato?
Figura 47: Velocímetro digital.
Fonte: Dados da pesquisa
Campo magnético gerando corrente elétrica
100,0%
80,0%
60,0%
L1
40,0%
L2
20,0%
0,0%
Variação do campo magnético na bobina
Variação do campo elétrico na bobina
Figura 48: Campo magnético gerando corrente elétrica
Fonte: Dados da pesquisa
O depoimento feito pelo aluno 21 a essa questão, no L2, indica que a utilização da
diferenciação progressiva, da organização seqüencial e da reconciliação integradora na
65
estruturação do HE orientadoras na redação dos textos, na configuração dos links e nas
escolhas das trilhas do hiperdocumento, teve um efeito benéfico para sua aprendizagem.
O ímã interage com os elétrons que estão no fio da bobina e esses vão
movimentar-se gerando um pulso de corrente. (L2Q8A21)
A qualidade das respostas dos alunos no L2, quando comparadas às respostas no L1,
indicam que o HE auxiliou no desenvolvimento de subsunçores apropriados para a
assimilação da indução eletromagnética. O estabelecimento de relações relevantes pelos
alunos entre as idéias estudadas podem ser entendidas como evidência de ocorrência de
aprendizagem significativa.
O ímã quando passar pela bobina fornecerá energia para ela e esta passa
pelos fios até chegar ao mostrador. (L1Q8A14)
O ímã perto da bobina faz com que seus elétrons entrem em movimento...
(L2Q8A14)
A bobina percebe a existência de um objeto carregado com carga oposta a
que ela é. (L1Q8A15)
Os elétrons livres vão entrar em movimento porque há um campo magnético
aproximando-se da bobina. (L2Q8A15)
Figura 49: Gerador.
Fonte: Dados da pesquisa
Na simulação, representada pela figura 49, o aluno observa o sentido do campo
magnético gerado pelo ímã e o sentido da corrente elétrica induzida na espira do gerador.
66
Durante a manipulação virtual dessa simulação o aluno pode comprovar a lei de Lenz,
responsável por ajudá-lo na resposta da questão 8.
Questão 9: Na figura abaixo você observa a distorção na imagem provocada por um ímã nas
proximidades da tela de um monitor. Explique como isso ocorreu.
Figura 50: Ímã próximo à tela do monitor.
Fonte: Dados da pesquisa
Campo magnético interagindo com carga elétrica em movimento
100,0%
80,0%
60,0%
L1
40,0%
L2
20,0%
0,0%
Campo magnético
Campo magnético
afeta o movimento da afeta campo elétrico
carga elétrica
Campo magnético
afeta campo
magnético
Não respondeu
Campo magnético
afeta as cores
Campo magnético atrai
material ferromagnético (linhas da
tela)
Figura 51: Campo magnético interagindo com carga elétrica em movimento.
Fonte: Dados da pesquisa
Conforme se observa nos relatos apresentados no gráfico da questão 11, figura 54, os
alunos consideraram, de maneira geral, que os textos extensos eram uma dificuldade. Apesar
disso, a extensão desses textos não impossibilitou o entendimento do assunto. Um exemplo
deste fato pode ser percebido na conclusão do aluno 12 diante da questão 9 no levantamento 2
demonstrando que durante a manipulação virtual do HE foram desenvolvidos conceitos
subsunçores capazes de auxiliar a aprendizagem subseqüente, passando de 50,0% no L1 para
63,6% no L2.
67
O ímã, com seu campo magnético, ao passar próximo da tela faz com que os
elétrons interajam com o campo distorcendo a imagem. (L2P9A12)
O campo magnético altera o campo elétrico da tela que será distorcida.”
(L2Q9A1)
O ímã mexe com os elétrons do monitor... (L2Q9A5)
O campo magnético do imã interage com os elétrons da tela do monitor,
atraindo-os. (L2Q9A7)
No monitor do computador há elétrons, eles se concentram onde o ímã foi
colocado, distorcendo a tela. (L2P9A10)
Figura 52: Campo magnético interagindo com cargas elétricas em movimento.
Fonte: Dados da pesquisa
Na simulação da figura 52, uma partícula carregada penetra em um campo
magnético, quando essa partícula interage com esse campo, o aluno percebe que uma força
elétrica passa a atuar desviando-a de sua trajetória retilínea. Essa comprovação é importante
para o aluno descrever o que ocorre com a tela do monitor quando aproximamos dele um ímã.
Figura 53: Ímã desviando cargas elétricas.
Fonte: Dados da pesquisa
68
Nas simulações da figura 53, o aluno pode manipular os ímãs e verificar o que ocorre
com a trajetória das cargas elétricas. Ao compararmos as simulações das figuras 52 e 53,
percebemos o ganho conceitual dos alunos nessa questão, demonstrando a ocorrência de
reconciliação integradora.
Questão 10: Descreva o que você mais gostou no HE.
O que mais gostou no HE
100,0%
80,0%
60,0%
40,0%
L2
20,0%
0,0%
Linguagem
Vídeos
Aplicativos
sonorizados
Aplicativos com
gráficos
Atenção e
dedicação do
professor
Facilidade de
manuseio
Exercícios
"Como as coisas
funcionam"
Figura 54: O que mais gostou no HE.
Fonte: Dados da pesquisa
Descrevemos no quadro 1 alguns posicionamentos dos alunos sobre o que mais
gostaram no HE. Como pontos positivos do material desenvolvido e sobre a interatividade
proporcionada pelo HE no entendimento do conteúdo de eletromagnetismo, destacamos: a
linguagem usada na descrição dos fenômenos, os vídeos produzido a partir da bancada de
experimentos, a sonorização dos aplicativos, a praticidade de acesso ao conteúdo e a
dedicação do professor.
Percebemos que a dedicação e orientação do professor foi necessária para otimizar a
utilização do HE, através do esclarecimento dos pontos mais difíceis, da proposição de
atividades para explicar as concepções dos alunos e da introdução de organizadores prévios,
adequando-os a cada aluno, direcionando apropriadamente as etapas futuras da aprendizagem.
O valor atribuído pelos alunos aos exercícios são indicações que tiveram efeito
benéfico na assimilação e consolidação dos conceitos de eletromagnetismo propostos pelo
HE.
69
Aluno
O que mais gostou no HE
O hiperdocumento foi muito bem elaborado, com uma linguagem de fácil
compreensão e com os vídeos esse esclarecimento foi ainda maior. Mas o que
A1
mais me agradou foi poder observar os vídeos e os aplicativos ouvindo as
explicações.
Da objetividade e clareza dos aplicativos, da facilidade de manuseio e da
A6
abordagem dos exercícios.
O CD é super interessante e completo, mais os vídeos e as figuras com a
A7
explicação falada ajuda muito no entendimento e compreensão do material,
pois não fica uma coisa monótona, só lendo e sim uma aula diversificada.
A13
Descoberta de novos horizontes do campo magnético, o CD do aplicativo é
bem convincente e completo.
Achei muito bom os aplicativos que simulavam cada conteúdo e aqueles que
A14
tinham sons; as explicações foram bem precisas. Assim consegui entender
muito bem com este hiperdocumento.
A19
A20
A22
... foi o modo diferente de aprender física fazendo aulas com o CD tendo os
experimentos explicados através de som.
Dos vídeos, simulações, ...
Adorei ver que o magnetismo e eletromagnetismo estão em várias coisas do
nosso cotidiano e às vezes nem percebemos ou sabemos.
Quadro 1: O que mais gostou no HE.
Além de apontarem características do conteúdo capazes de motivá-los (A14), esses
depoimentos constituem indícios de que o HE os auxiliou na percepção das relações entre
ciência, tecnologia e cotidiano. Os temas científicos atuais, com ênfase na tecnologia,
possuindo elementos mais próximos da realidade dos alunos, parecem ter favorecido a
aprendizagem significativa de conceitos de eletromagnetismo, pois foram bastante
mencionados nos relatos dos alunos, como podemos observar no gráfico da figura 54.
Esses comentários sugerem que o uso do HE possibilitou a criação de um ambiente
agradável de aprendizagem, no qual os diferentes elementos de mídia e os recursos de
hipertexto apoiaram a exploração da informação e a assimilação dos conceitos, levando a uma
aprendizagem significativa.
70
Questão 11: Descreva o que você menos gostou no HE.
O que menos gostou no HE
100,0%
80,0%
60,0%
L2
40,0%
20,0%
0,0%
Biografias
Textos (extensos)
Didática
Força eletromotriz
Distribuição do
conteúdo
Carga horária
(reduzida)
Figura 55: O que menos gostou no HE.
Fonte: Dados da pesquisa
No quadro 2 apresentamos o que os alunos menos gostaram no HE em relação ao
conteúdo e ao material disponibilizado. Essas considerações nos mostram quais cuidados
devem ser considerados na elaboração de futuros materiais, entre outros aspectos.
Alunos
O que menos gostou no HE
A18
Do curto período de estudos.
A19
Das biografias pois estavam muito extensas.
A1
...foi de alguns textos que mesmo resumidos apresentava grandes extensões.
A22
Acho que além do HE, poderíamos ter espaço para anotações.
Quadro 2: O que menos gostou no HE.
71
5.2 Adequação do HE feita pelos alunos-professores
Adequação do Hiperdocumento de Eletromagnetismo
100,0%
80,0%
60,0%
40,0%
20,0%
0,0%
Conteúdo
Raciocínio/Relação conteúdo
com cotidiano, preconcepções e
generalizações
Layout/ Apresentação/
Linguagem/ Feedback
Usabilidade/ Interação
Competências e Habilidades
Figura 56: Adequação do HE.
Fonte: Dados da pesquisa
No quadro 3 descrevemos as respostas dos alunos-professores do programa de
Mestrado Profissional em Ciências e Matemática da PUC Minas, ao analisarem o HE como
ferramenta adequada para a ampliação dos conceitos fundamentais de eletromagnetismo.
Questão/Professor
Q1P3
Q1P4
Adequação do HE
Sim, no sentido de contextualização do conteúdo de física, mas
percebi que o caráter interdisciplinar não foi tratado.
Os princípios fundamentais são abordados nos exercícios de forma
coerente.
Q1P7
Apresentam clareza e são adequados ao ensino médio.
Q1P8
Não percebo grandes saltos, vejo que há uma seqüência.
Q1P9
Q2P2
Q2P4
...inclusive sugere uma seqüência tranqüila de desenvolvimento das
unidades temáticas.
Para mim a contextualização está clara o aluno pode ligar os
conteúdos com seu dia-a-dia.
O HE incorpora a experiência prévia dos alunos em especial no
comportamento dos ímãs que provavelmente eles já manipularam.
72
Questão/Professor
Adequação do HE
Alguns conteúdos são abstratos, mas não pelo fato de má
Q2P6
abordagem, mas sim pelo fato de não fazerem parte do cotidiano do
aluno, especificamente.
Q2P8
Q3P4
Q3P7
Q4P1
Q4P2
Q4P6
Acho que, como o conteúdo é específico da área, alguns alunos terão
dificuldade pois seu entendimento ta num nível mais superficial.
O uso desses recursos, em especial dos vídeos, incorpora ao
conteúdo abordado o efeito dinâmico ausente nos livros didáticos.
Gostei do sistema de retorno ao estudante.
Os usuários a que se destina têm grandes habilidades para usar
computadores.
O HE usa recursos audiovisuais que deixam os alunos instigados.
O HE é uma ferramenta no intuito de motivar os alunos para o
estudo da física.
O
Q4P7
HE
estimula
efetivamente
a
criatividade
dos
alunos
principalmente quando estes interagem com os aplicativos fazendo
analogias.
Os professores poderiam utilizar o HE em suas escolas facilmente
Q4P8
pois é um trabalho muito bem embasado e que serve ao seu
propósito como instrumento complementar ao ensino.
Acredito que o HE é uma alternativa metodológica permitindo o
Q5P6
desenvolvimento de competências e habilidades de representação e
comunicação nas leituras, interpretação de dados e gráficos.
O HE é uma alternativa metodológica que possibilita o
desenvolvimento de habilidades e competências voltadas à
Q5P7
investigação e compreensão pois possui estratégias para enfrentar
situações- problema, identificar fenômenos naturais e grandezas, os
modelos são explicativos e representativos além de ajudar a
interpretar fenômenos e teorias.
Quadro 3 – Aceitação positiva do HE.
73
Questão/Professor
Q1P5
Q2P5
Q3P3
Q2P8
Sugestões de melhorias no HE
Talvez algumas gravuras deveriam ser maiores. As fontes dos textos
deveriam ser maiores
Talvez em alguns vídeos (Maglev e supercondutividade) um áudio
seria interessante.
Colocaria algumas questões abertas e sugestões de práticas.
Se houvessem mais questões interdisciplinares ajudaria nas
generalizações.
Quadro 4 – Sugestões de melhorias no HE.
Em relação aos itens do instrumento de pesquisa, a maior parte dos alunosprofessores considerou que o HE atende plena ou parcialmente aos critérios de avaliação
englobando
conteúdo,
aspecto
teórico-metodológico,
linguagem,
interatividade
e
competências e habilidades. Desse modo, apesar dos pontos a serem melhorados, apontados
diretamente no quadro 4, o HE apresenta na visão dos avaliadores, características capazes de
contribuir para o processo de ensino e aprendizagem de eletromagnetismo e, potencializando
uma aprendizagem significativa. Essa posição é reforçada a partir das considerações
realizadas nas questões 4 e 5, e pelo posicionamento favorável ao uso do HE pela quase
totalidade dos avaliadores, explicitado na questão 3.
74
6 ORIENTAÇÕES PARA O PROFESSOR SOBRE O USO DO HE
Caro professor, colocamos à sua disposição um hiperdocumento que pode auxiliá-lo
na fundamentação de conceitos de eletromagnetismo. Sabemos que numa era de tecnologia, é
fundamental que os alunos se familiarizem com o computador para aprofundar mais a sua
aprendizagem de conceitos de Física. Neste intuito o Hiperdocumento de Eletromagnetismo
(HE) mostrará como o emprego da hipermídia e das simulações computacionais podem ser
um meio de promover o aprendizado de forma significativa, auxiliando o aluno do Ensino
Médio ou Superior na busca de uma melhor compreensão dos conceitos de eletromagnetismo.
Esse hiperdocumento foi produzido como um produto de minha dissertação de
mestrado em ensino de Física disponibilizando ao aluno um conjunto de mídias com
finalidades educacionais, fundamentadas nos princípios de aprendizagem significativa de
David Paul Ausubel21.
Objetivos a serem alcançados na utilização do HE
Aprender interagindo é o objetivo do HE. Nele os conceitos de eletromagnetismo
serão construídos conforme as atividades são desenvolvidas pelos alunos. O HE prioriza a
construção do conhecimento pela interação e pensar do aluno, com o objetivo de auxiliá-lo na
produção de significados, no qual o papel do professor é mais de orientador e facilitador. É
necessária a mediação do professor para que durante a navegação das trilhas do HE, o aluno
seja instigando a refletir, a investigar e a descobrir.
De maneira geral o HE tem os seguintes objetivos:
Estudo de conceitos relacionados ao magnetismo e eletromagnetismo;
Uso de variadas mídias para construir o conhecimento desses conceitos;
Desenvolvimento da capacidade de resolver problemas por meio de alguns modelos;
Promoção
da
aprendizagem
significativa
de
conceitos
de
magnetismo
e
eletromagnetismo.
21
A teoria da assimilação de David Paul Ausubel, ou teoria da aprendizagem significativa, é uma teoria
cognitivista e procura explicar os mecanismos internos que ocorrem na mente humana com relação ao
aprendizado e à estruturação do conhecimento.
75
Conhecimento prévio necessário ao aluno para início do trabalho com o HE
Para desenvolver essa atividade, o aluno precisará ter algum conhecimento sobre
carga elétrica, corrente elétrica, campo e potencial elétrico. Por esse motivo o HE traz uma
trilha relacionada a esses assuntos.
Tempo previsto para concretizar o trabalho com o HE
Para que o aluno percorra nas trilhas, cada unidade proposta, é necessário
aproximadamente 16 horas-aula de atividade. Sugerimos que o trabalho inicie-se na sala de
aula.
O trabalho com o HE no ambiente de sala de aula
Antes de iniciar as atividades no laboratório de informática, sugerimos que o
professor comente um pouco sobre a história do magnetismo, apresentando alguns fatos e
propriedades curiosas que despertarão o interesse do aluno, motivando-o ao estudo sobre o
assunto.
Situar o aluno diante do assunto proposto é muito importante, pois mostra que a
Física possui um caráter prático-transformador e é um instrumento para compreendermos o
mundo em que vivemos. Além do mais é uma ciência viva que está em construção.
Para melhores informações sobre a história do eletromagnetismo sugerimos os sites:
http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_
2003/992558ViniciusIsola-RMartins_F809_RF09_0.pdf (acesso em: 31 de jul. 2008).
http://www.fsc.ufsc.br/ccef/port/21-2/artpdf/a4.pdf (acesso em: 31 de jul. 2008).
http://dspace.c3sl.ufpr.br:8080/dspace/bitstream/1884/11761/1/Cristiano_Final_26_09
_2007.pdf (acesso em: 31 de jul. 2008).
O trabalho com o HE no laboratório de informática
Sugerimos que, alguns dias antes do trabalho no laboratório de informática, o
professor verifique quais máquinas estão funcionando e se optar por trabalhar sem internet
76
(off-line) instale as ferramentas disponíveis no link “Suporte”, presente na página inicial do
HE, em todos os computadores.
Para melhor resultado da aula propomos que divida os alunos em duplas ou trios para
estimular o trabalho em grupo, pois assim eles terão a oportunidade de criarem e planejarem a
melhor solução, sempre trabalhando cooperativamente e com ética, respeitando as
características individuais.
Material necessário
É necessário que o aluno disponha de papel, lápis e borracha para anotações, livro
didático para possível feedback do conteúdo abordado pelo HE, fones de ouvido para
acompanhar as narrações presente nas trilhas e, para o professor, um quadro (lousa) à
disposição para uma eventual necessidade.
Requerimento técnico necessário ao bom funcionamento do HE
Para a realização das atividades serão necessário plug-ins para Flash MX, de
qualquer versão superior ou igual ao flash 5.0. Também para evitar problemas sugerimos que
os computadores tenham ativado o Java Web Start e seus plug-ins. Os softwares Java e plugins do Flash podem ser obtidos gratuitamente nos sites dos fabricantes, que são
www.macromedia.com.br e www.sun.com.br ou no link “Suporte” presente na tela inicial do
HE.
Optamos por utilizar o Internet Explorer 7 (IP7) por possuir uma variada biblioteca
de plug-ins necessária ao perfeito funcionamento do HE. O IP7 está disponível no link
“Suporte” na página inicial do HE.
Procedimentos necessários ao professor no decorrer das atividades com o HE
Destacamos alguns procedimentos que poderão auxiliá-lo em seu trabalho.
Ao iniciar o trabalho com o HE, o professor deve estar consciente de que seu aluno
possui uma base conceitual individual, de origens históricas e étnicas, que orienta seus
modelos explicativos. Cabe ao professor levá-lo a analisar a coerência interna dos conceitos e
explicações, e sua aplicabilidade, expondo-o a situações-problema, que gradativamente
tornem necessária a retificação, ampliação e generalização de suas descrições e explicações
77
dos fenômenos magnéticos e eletromagnéticos. Nesse processo, o aluno torna-se capaz de
trabalhar com conceitos, hipóteses, pressupostos, variáveis, dentro dos modelos específicos do
conteúdo e também compreende o domínio de validade e os limites de aplicabilidade de seus
conhecimentos prévios. A competência pedagógica do HE inclui a organização lógica de
conteúdos e a postura dialógica do professor que assume o papel de mediador entre o
conhecimento prévio e o conhecimento científico desejado. Assim a construção de modelos
mais abrangentes ocorre pela problematização e participação ativa do aluno.
Para a abordagem em sala de aula dos conceitos principais de eletromagnetismo
contidos no HE, poderá ser utilizada uma seqüência didática incluindo as seguintes atividades:
1. Problematização inicial em que o professor incentiva os alunos a exporem suas idéias
relativas ao magnetismo e eletromagnetismo, realizando-se uma discussão em pequenos
grupos e, em seguida, com a turma toda.
2. Indicação pelo professor de uma trilha do HE, ou seja, de uma série de telas com diferentes
tópicos inter-relacionados, contendo informações teóricas e exercícios, explorados por duplas
de participantes. Os participantes podem ser estimulados a acessar links que lhes despertem
interesse particular, a fim de favorecer a ocorrência de aprendizagem incidental.
3. Discussão das idéias acessadas entre os componentes de cada dupla, com participação do
professor.
4. Exposição dos conceitos explorados em cada trilha, realizada pelas duplas de participantes,
e discussão com a turma, com participação do professor.
5. Indicação de novas trilhas para favorecer a compreensão e realização de novas discussões,
em duplas e com a turma, quando necessário.
6. Entrega de problemas e questões respondidos, de resumos das principais idéias estudadas e
de esquemas com as relações estabelecidas entre os diversos conceitos estudados.
7. Avaliação dos alunos e discussão dos resultados.
8. Apresentação de nova situação-problema, reiniciando a seqüência didática.
A fim de ilustrar os critérios utilizados para o desenvolvimento do software, expõese, a seguir, um exemplo de seqüência didática estruturada em cinco unidades, incluindo as
competências e habilidades associadas e a justificativa para sua escolha e ordenação:
Unidade 1: Eletrostática (opcional)
Nesta unidade, sugerimos que seja feita uma explanação sobre as forças básicas da
natureza, comentando sobre a importância e os campos de aplicação de cada uma. A interação
78
elétrica surge como uma necessidade natural para se entender o comportamento íntimo da
matéria, e a carga elétrica como uma propriedade dessa matéria.
Chamamos a atenção para o fato de que a conservação dessa nova grandeza, a carga
elétrica, será um dos destaques constantes em todas as unidades. Assim, nos processos de
eletrização, essa conservação deve ser bem enfocada.
Com qual velocidade se propaga a “força elétrica” entre duas cargas? Essa é a
pergunta básica que gera toda a necessidade do estudo do campo elétrico. Sugerimos que seja
feita uma introdução com detalhes da idéia de campo de uma forma geral, para, em seguida,
ser desenvolvida a noção de campo elétrico. O tópico sobre campo elétrico é de grande
importância para o estudo da eletricidade, pois o campo elétrico é o responsável por
transmitir, a força aos elétrons livres de um condutor metálico, quando este é conectado aos
terminais de uma pilha. Contudo, o conceito de campo elétrico, bem como o de diferença de
potencial (d.d.p.), é bastante abstrato, por isso é aconselhável que se trabalhe esse conceito.
Torna-se muito útil o paralelismo entre o conceito de campo gravitacional e elétrico
uma vez que o aluno já está muito acostumado com os efeitos e características da força e
energia gravitacional. A idéia das linhas de força aparece, também, como uma representação
automática da região de influência de uma dada carga elétrica, de um conjunto de cargas
puntuais ou de placas condutoras carregadas. O potencial elétrico deve surgir como uma outra
forma de descrever as interações elétricas, salientando o seu caráter escalar, e com uma
propriedade nova associada aos campos elétricos que é o trabalho realizado para se deslocar
uma carga elétrica por unidade de carga, ou a energia gasta ou recebida por unidade de carga.
Competências e habilidades:
Representar graficamente campo elétrico e potencial elétrico, interpretando suas linhas
de força e superfícies equipotenciais.
Relacionar os conceitos e as unidades de carga, corrente, campo, potencial e força.
Conceituar diferença de potencial elétrico.
Compreender como se define, operacionalmente, a diferença de potencial elétrico.
Reconhecer a força elétrica como uma força conservativa, compreendendo e
relacionando as suas principais propriedades.
Reconhecer e descrever as relações entre o campo elétrico e o potencial elétrico.
Compreender como se calcula a diferença de potencial elétrico numa região de campo
elétrico uniforme.
79
Compreender como se calcula a diferença de potencial elétrico no campo elétrico de
uma carga puntual.
Identificar as propriedades das superfícies equipotenciais.
Figura 57: Tela introdutória da trilha 1: Eletrostática.
Fonte: Dados da pesquisa
Trilha 1: Eletrostática
Conteúdo
Estratégia
O campo elétrico
Conceituar
Campos
equipotenciais.
elétricos
superfícies
gerados por cargas
Conceituar campo elétrico.
puntuais.
Demonstrar a lei de Coulomb.
Campo
devido
elétrico
a
várias
cargas puntuais.
Campo
elétrico
externo criado por
uma
esfera
eletrizada.
Campo
interno
elétrico
em
uma
esfera condutora em
equilíbrio
eletrostático.
80
Estratégia
Conteúdo
Linhas de força do
campo elétrico
Como se comportam
os
condutores
eletrizados.
O eletronVolt.
Quadro 5: Eletrostática: Conteúdo e Estratégia.
Unidade 2: Magnetismo e Introdução ao Eletromagnetismo
Nessa unidade, outra forma de interação da matéria aparece sob a forma do
magnetismo. A história da descoberta de como a eletricidade e o magnetismo se relacionaram
no experimento de Oersted, assim como as implicações são muito importantes. Os campos
magnéticos criados por ímãs e correntes elétricas trarão aplicações das forças sobre
condutores percorridos por correntes e nos motores e medidores elétricos. A conservação da
energia em meio às suas várias transformações deve ser retomada.
Competências e habilidades:
Compreender as propriedades e conceitos gerais associados aos estudos do
magnetismo, tais como pólos magnéticos, ímãs, forças de atração e repulsão.
Descrever a experiência de Oersted e compreender a sua importância histórica.
Representar o vetor campo magnético.
Determinar, quantitativa, semiquantativa e qualitativamente, o campo magnético
relacionado a fios condutores, espiras, bobinas e solenóides.
81
Figura 58: Tela introdutória da trilha 2: Magnetismo e Introdução ao Eletromagnetismo.
Fonte: Dados da pesquisa
Trilha 2: Magnetismo e Introdução ao Eletromagnetismo:
Conteúdo
O
ímã
Estratégia
e
suas
Descrever
as
propriedades
propriedades;
gerais dos ímãs, das forças de
Campo magnético da
atração
Terra;
magnéticos,
indivisibilidade
dos
magnéticos
Campo
magnético
criado por correntes
e
pólos
repulsão,
pólos
e
resolução da atividade 1 e 2.
Enfatizar os ímãs elementares
constituídos pelos átomos.
Demonstrar imantação de
objetos ferro-magnéticos.
82
Conteúdo
Estratégia
Apresentar aos alunos a vida
de Oersted.
Apresentar conceitos de campo
gravitacional, magnético e do
vetor
campo
magnético
(direção e sentido), bem como
suas unidades e valores típicos
da
intensidade
de
campo
magnético.
Enfatizar a importância da
experiência de Oersted e sua
relação com a origem dos
fenômenos
magnéticos
no
elétricas;
átomo.
Campo magnético de
Realizar a atividade 3 e pedir a
uma espira circular;
resolução dos exercícios 1, 2 e
Campo magnético de
5.
um solenóide.
Estudo da força entre dois
condutores
retilíneos
e
paralelos percorridos por uma
corrente i.
Utilizar a simulação “campo
magnético gerado ao redor de
um condutor retilíneo” para
mostrar que a força que atua
em
um
condutor
é
uma
extensão natural do estudo das
forças magnéticas que atuam
em
cargas
elétricas
em
movimento.
Apresentar como são as linhas
de indução magnética
83
Conteúdo
Estratégia
próximas de um fio e os
fatores que determinam o valor
do campo magnético próximo.
Treinar muito com o aluno a
simbologia
dos
vetores
“entrando e saindo” do plano
do papel.
Demonstrar
a
regra
de
Ampère.
Resolver os exercícios 6, 7 e 8.
Quadro 6: Magnetismo e Introdução ao Eletromagnetismo: Conteúdo e Estratégia.
Unidade 3: Força Eletromotriz Induzida
A Lei de Faraday e Lenz leva-nos de volta à conservação da energia.
Vale ressaltar, nessa unidade, a importância de exemplificarmos os vários tipos de
forças existentes na Natureza, como elétrica, magnética, gravitacional, etc, e não realçar
apenas as forças de contato usualmente trabalhadas na 1.ª série. Como exemplo, podemos
citar a televisão (desvio de elétrons através de forças magnéticas).
O processo gerador das ondas eletromagnéticas tem sido muito abordado nos dias
atuais e constitui, embora seja abstrato, um tema bastante curioso para os alunos.
Competências e habilidades:
Identificar situações em que uma carga elétrica fica sujeita a uma força de origem
magnética e determinar o seu valor.
Identificar situações em que uma corrente elétrica fica sujeita a uma força de origem
magnética e determinar o seu valor.
Identificar situações em que aparecem correntes elétricas induzidas.
Identificar e compreender as variáveis que determinam o fluxo magnético.
Descrever, de maneira sucinta, o funcionamento da lanterna de indução
eletromagnética.
Reconhecer como é feita a medida do consumo de energia elétrica residencial.
84
Figura 59: Tela introdutória da trilha 3: Força Eletromotriz Induzida.
Fonte: Dados da pesquisa
Trilha 3: Força Eletromotriz Induzida
Conteúdo
Estratégia
Apresentar exemplos de f.e.m.
induzida,
através
do
movimento relativo da espira e
do ímã.
Elaborar o conceito de fluxo
F.e.m. induzida
magnético.
A Lei de Faraday e a
Apresentar a Lei de Faraday.
“produção”
Apresentar situações em que
da
energia elétrica
ocorra o aparecimento de uma
Outros exemplos de
f.e.m.
indução
descrito
eletromagnética
aplicativos”, ressaltando que
induzida,
em
como
o
“vídeos
e
algumas situações podem ser
explicadas
pela
força
magnética que atua em cargas
em movimento, enquanto, em
85
Conteúdo
Estratégia
outros exemplos, essa análise
não é possível.
Demonstrar como é medido o
consumo de energia elétrica
em nossas residências.
Apresentar a Lei de Lenz com
muito
cuidado,
explicando
passo a passo as questões
relativas à variação do fluxo
indutor e ao aparecimento do
fluxo induzido.
Resolver os exercícios 3, 17,
22, 24 e 25
Quadro 7: Força Eletromotriz Induzida: Conteúdo e Estratégia.
Unidade 4: Gerador Elétrico
O próprio título já nos dá o tema da questão introdutória da unidade que, certamente,
culminará com as aplicações da geração da força eletromotriz induzida. A Lei de Faraday e
Lenz coloca-nos de volta à conservação da energia.
No encerramento dessa unidade, seria bastante conveniente fazer uma retrospectiva
dos principais conceitos estudados no eletromagnetismo, salientando-se as conservações de
energia e carga.
Competências e habilidades:
Compreender o funcionamento de um gerador de usina hidrelétrica.
Descrever o funcionamento do galvanômetro.
Compreender a relação fluxo magnético e campo elétrico na geração de eletricidade.
Compreender motores e geradores como conversores de corrente elétrica em trabalho
e vice-versa, sabendo descrever seus componentes essenciais
Relatar as diferenças e semelhanças entre o motor elétrico e o gerador elétrico.
86
Figura 60: Tela introdutória da trilha 4: Gerador de Corrente Alternada.
Fonte: Dados da pesquisa
Trilha 4: Gerador de Corrente Alternada
Conteúdo
Estratégia
Explicar
as
formas
de
produção de energia elétrica
em larga escala, mostrando as
principais
partes
de
um
gerador elétrico (hidrelétrica
A Lei de Faraday e a
ou termelétrica).
“produção”
Terminar
energia elétrica
da
a
explicação,
mostrando a variação da ddp
ao
longo
do
processo
e
apresentando o dispositivo que
faz esta operação (comutador).
Demonstrar o funcionamento
do motor elétrico.
Resolver os exercícios 9, 14 e
15.
Quadro 8: Gerador Elétrico: Conteúdo e Estratégia.
87
Unidade 5: Carga Elétrica em Campos Elétrico e Magnético
Consideramos que esse capítulo mereça uma atenção especial, pois nele os alunos
encontrarão aplicações importantíssimas no mundo atual, como os motores, eletroímãs,
aceleradores de partículas, televisão (mecanismo defletor de elétrons), etc. Aprender qual é a
base de funcionamento desses aparelhos pode determinar o início do encantamento de alguns
alunos com a Física ou Engenharia. Ao estudar a regra da mão direita, procure utilizar as
simulações que facilitem o entendimento do aluno sobre essa situação, como as sugeridas com
o aparelho de TV. As atividades propostas nessa unidade têm por objetivo mostrar,
experimentalmente, as aplicações tecnológicas do conteúdo a ser estudado: as forças
magnéticas em portadores de carga elétrica. A simulação da televisão e do ímã deve ser feita
em um momento especial da aula, para que os alunos possam visualizar o desvio do elétron na
tela, bem como perceber o princípio de formação da imagem por esse processo. É interessante
lembrar o rápido processo de troca de tecnologia na formação de imagens nas televisões. O
site <http://www.howstuffworks.com> (como as coisas funcionam) traz uma breve descrição
das televisões de plasma e LCD.
Competências e habilidades:
Compreender a lei de Faraday, relacionando com a produção de energia elétrica em
larga escala.
Encontrar o sentido da corrente elétrica induzida (Lei de Lenz).
Identificar situações em que uma corrente elétrica fica sujeita a uma força de origem
magnética e determinar o seu valor.
Relacionar a força de Lorentz com a formação da Aurora Boreal.
Figura 61: Tela introdutória da trilha 5: Carga Elétrica em Campo Elétrico e
Magnético.
Fonte: Dados da pesquisa
88
Trilha 5: Cargas Elétricas em Campo Elétrico e Magnético
Conteúdo
Estratégia
Demonstrar da relação entre a
força magnética em uma carga
elétrica e o seu movimento
relativo ao campo magnético.
Descrever a regra do “tapa”
em várias situações, para que
os alunos possam assimilá-la.
Estudo
das
forças
Problematizar e descrever o
magnéticas;
funcionamento
Forças magnéticas
televisão.
sobre
Comentar o vídeo sobre a
cargas
de
uma
elétricas;
Aurora Boreal.
Força magnética em
Caracterizar o funcionamento
um
do cabo coaxial.
retilíneo.
condutor
Propor uma pesquisa sobre o
tubo de Crookes e os raios
catódicos.
Demonstrar o funcionamento
do Espectrômetro de Massas.
Resolver os exercícios 4, 10,
11, 12, 13, 16, 18, 19, 20, 21 e
23.
Quadro 9: Carga Elétrica em Campo Elétrico e Magnético: Conteúdo e Estratégia.
Para saber mais sobre o assunto
Como referências bibliográficas, destacamos em seguida, além da coleção didática
do GREF, alguns trabalhos que podem auxiliar aos interessados no aprofundamento de
temáticas, tais como aprendizagem significativa e uso da informática no ensino de Física.
89
AUSUBEL, D. P.; NOVAK, J. D. e HANESIAN, H. Psicologia Educacional. 2. ed. Rio de
Janeiro: Editora Interamericana,1980.
FIOLHAIS, C.; TRINDADE, J. Física no computador: o computador como uma ferramenta
no ensino e na aprendizagem das ciências físicas. Revista Brasileira de Ensino de Física,
v.25, n.3, p. 269-272, set. 2003
GREF. Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Física 3: Eletromagnetismo. 5. ed. São
Paulo: EDUSP, 2005.
TAVARES, R. Animação interativa e mapas conceituais. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE
ENSINO DE FÍSICA, 16. Rio de Janeiro. 2005. Atas... São Paulo: SBF, 2005.
Coloco-me à disposição para qualquer informação em relação ao meu trabalho de
investigação através do e-mail [email protected].
90
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Durante a construção do HE, procuramos nos fundamentar na teoria da
aprendizagem significativa de Ausubel ao levar em conta que o armazenamento de
informações ocorre a partir da organização dos conceitos de forma hierárquica, com relações
formadas entre os elementos mais genéricos e os mais específicos. O processo de ensino
programado no HE relacionou os temas de forma hierárquica, com estrutura lógica, tornando
explícitas as relações entre as idéias, ressaltando similaridades e elementos comuns,
considerando o conhecimento prévio do aluno.
Dois conceitos de grande importância na teoria de aprendizagem significativa de
Ausubel, e de extrema relevância foram abordados no HE: a Diferenciação Progressiva e a
Reconciliação Integradora.
Para Ausubel, a Diferenciação Progressiva se dá quando a aprendizagem
significativa interage com conceitos novos e antigos, e os frutos dessa interação fazem com
que
se
modifiquem,
adquirindo
assim
novos
significados
e
diferenciando-se
progressivamente. Ao produzirmos o HE, seguindo o princípio da diferenciação progressiva,
apresentamos primeiro os conceitos ou idéias mais gerais sobre o eletromagnetismo e depois,
progressivamente, diferenciamos os conceitos deixando para o final aqueles mais específicos.
Tomando como exemplo o conceito de atração e repulsão entre cargas elétricas e de
atração e repulsão magnética, podemos descrever como ocorre sua diferenciação progressiva:
enquanto o aluno aprende significativamente o conceito de atração e repulsão elétrica e
magnética, os subsunçores atração e repulsão ficam cada vez mais elaborados, e
diferenciados; tornando-se capazes de serem utilizados como âncora, sendo atribuídos novos
significados a novos conhecimentos.
Para Ausubel a Reconciliação Integradora ocorre enquanto se dá a aprendizagem
significativa e se estabelecem relações entre conceitos, idéias e proposições já consolidadas na
estrutura cognitiva, ou seja, relações entre subsunçores. A estabilidade e a clareza de
elementos existentes na estrutura cognitiva são relacionadas aos novos elementos, adquirindo
novos significados e reorganizando essa estrutura.
Como exemplo destacamos o momento em que o aluno adquire os conceitos de
campo elétrico e campo magnético claros e bem estabelecidos na sua estrutura cognitiva,
passando a observar a estreita relação entre ambos e reorganizando seus significados de modo
a perceber que se trata de uma manifestação de um conceito mais abrangente, o campo
91
eletromagnético. A Reconciliação Integradora se dá quando a reorganização cognitiva e a
recombinação de elementos acontecem.
A construção do HE explorou explicitamente a relação entre proposições e conceitos,
chamando a atenção para as diferenças e similaridades importantes e reconciliando
inconsistências reais ou aparentes. Esta abordagem é exatamente o oposto do que a maioria
dos livros traz, nos quais os tópicos e idéias são separados em capítulos e sub-capítulos
impedindo dessa maneira que idéias de capítulos distintos possam ser contrastadas em busca
das diferenças e similaridades. Para conseguirmos uma abordagem desejada, nos inspiramos
no livro do GREF que em sua estrutura evita o uso de palavras distintas representando
conceitos equivalentes, gerando confusão no aluno, motivando-o a aprender de forma
mecânica. O livro adotado como referência também explicita eventuais relações existentes
entre conceitos, favorecendo a aprendizagem a ser alcançada de fato se estas relações forem
percebidas; evidencia as diferenças existentes entre conceitos aparentemente semelhantes, a
fim de que não sejam retidos como se fossem idênticos; esclarece eventuais diferenças entre
as idéias estabelecidas e aquelas em aprendizagem, a fim de que, em caso de alguma analogia,
isso não leve os alunos a reduzirem uma a outra ou a confundirem ambas. O texto evidencia
eventuais contradições (aparentes ou reais) entre os conceitos em aprendizagem e aqueles
conhecidos, evitando que o aluno recuse o novo aprendizado, ou que o retenha como algo
isolado do anterior. Sobretudo, utilizamos os experimentos propostos pelo GREF na
montagem da bancada de experimentos de eletromagnetismo utilizada para a produção dos
vídeos do HE.
Em nosso trabalho nos preocupamos em verificar estratégias que possibilitassem a
utilização de um software livre como ferramenta possível para a promoção da aprendizagem
significativa de conceitos de eletromagnetismo.
Considerando os Parâmetros Curriculares Nacionais ao reconhecerem a Informática
como ferramenta para novas estratégias de aprendizagem, capaz de contribuir de forma
significativa para o processo de construção do conhecimento, nos diversos tópicos, aplicamos
um conjunto de simulações produzidas com o software livre EJS, entremeadas a outras mídias
para a promoção de uma aprendizagem significativa de conceitos de eletromagnetismo.
Confirmamos o que a literatura defende em relação à importância dos conceitos
prévios do aluno para a realização do processo ensino-aprendizagem de forma significativa, a
partir de conjunto de situações-problema exploradas via simulação de modelos, ambientados
no HE. A utilização das simulações com alto grau de interatividade entremeadas a outras
mídias e ambientadas em arquivo HTML mostrou-se como um viés metodológico adequado
92
para operacionalização das atividades de sondagem, investigação e construção de conceitos.
As simulações sonorizadas repercutiram positivamente no processo de motivação
inicial e incitação à investigação pelos alunos de seus próprios conceitos, a partir de um
processo de auto-reconhecimento da amplitude de conceitos presentes em sua estrutura
cognitiva e da tomada de consciência da consistência e coerência conceitual mediante cada
situação proposta. Justifica-se o exposto anteriormente devido às atividades terem
demonstrado serem excelentes cenários para a sondagem de conceitos prévios, uma vez que,
os alunos foram solicitados a levantar hipóteses acerca de cada conceito, antes de executarem
as simulações.
Ao manipularem as simulações, os alunos procuravam justificar suas hipóteses,
adequando-as ao observado, ou ainda quando manifestavam seus conhecimentos prévios ao
tentarem explicar uma determinada situação que ocorria na tela do computador. Neste aspecto
faz-se necessário e importante destacar o papel dos recursos gráficos e sonorizados das
simulações, que auxiliam na verificação e constatação de resultados, modificação de
ambientes e manipulação de variáveis de maneira fácil e rápida.
Os limites apresentados pelo software EJS na execução ou representação de
determinadas situações foram, sobretudo a partir da observação dos professores, tratados de
forma crítica, coerente com as condições necessárias de obtenção de dados oriundos de
situações reais, que nem sempre oferecem condições de entendimento conforme sua
complexidade.
Nas condições de realização de nossa pesquisa percebemos que o domínio conceitual
e capacidade de aplicação ou abstração dos conceitos em situações diversas não coexistem no
mesmo nível cognitivo, sendo complementares, pois diante da constatação dos índices dos
escores obtidos nos dois levantamentos, estes tendem a refletir um baixo ganho conceitual dos
alunos quando o aspecto focado é o percentual de “respostas certas” no L2 em relação ao L1.
Contudo, ao focalizarmos a comparação qualitativa dos domínios conceituais expressos pelas
qualidades das respostas antes e depois da manipulação do HE passa-se a notar uma melhora
relativa mais significativa, isto é, mais facilmente percebida. É provável que esses aspectos se
justifiquem pelos tipos de habilidades (raciocínio, análise, síntese,...) e nível de exigências das
mesmas em cada categoria de análise.
Como o foco da nossa investigação concentrou-se na avaliação das simulações
interativas geradas com o software EJS e das possibilidades que oferecem para o processo de
ensino e aprendizagem de eletromagnetismo no Ensino Médio, podemos afirmar, que os
alunos-professores do Mestrado em Ensino de Física da PUC Minas e os alunos do Ensino
93
Médio envolvidos na pesquisa avaliaram positivamente o HE quanto a seus aspectos técnicos
e pedagógicos. Constatamos ainda que as simulações geradas com o software EJS apresentam
potencial para o desenvolvimento de atividades na área educacional, podendo tornar a
aprendizagem mais motivadora e significativa, mediante os recursos audiovisuais e a
capacidade de propiciar o estabelecimento de conexões entre conceitos de modo rápido e
eficiente criados através da hipermídia.
Neste sentido, consideramos a seguir as principais contribuições dessa pesquisa para
o ensino: a avaliação das simulações geradas a partir do software livre EJS no processo de
ensino e aprendizagem de Física no ensino médio, evidenciando alguns dos potenciais,
possibilidades e dificuldades que essa tecnologia oferece, a partir de uma experiência concreta
desenvolvida em sala de aula; a elaboração de um aplicativo em hipermídia para o ensino de
eletromagnetismo que, pela abordagem pedagógica utilizada, pode contribuir para a
ampliação do entendimento da Física enquanto Ciência e de suas relações com a Tecnologia,
a Sociedade e a História.
Lembramos que, além de sua utilização no Ensino Médio, o HE pode também
contribuir para o ensino no primeiro ano de cursos do Ensino Superior de Ciências Exatas ou
ainda nos cursos de licenciatura em Física, com o devido acompanhamento docente para cada
caso, trazendo benefícios para o entendimento de conceitos e métodos da Ciência e da
educação para os professores em formação.
Para finalizar ressaltamos que não compreendemos o HE como um produto acabado.
Ao longo do seu desenvolvimento e implantação, observamos vários aspectos que precisam
ainda ser aprimorados. Nesta perspectiva deixamos como um desafio de trabalho futuro, por
exemplo, a extensão de alguns textos, uma maior diversificação de atividades e a inclusão de
um sistema de navegação.
Essas e outras melhorias no Hiperdocumento estão substanciadas na utilização de
novas tecnologias de ensino em aulas de física como uma ferramenta auxiliar, um recurso a
mais no processo de ensino/aprendizagem, devendo ser aliada aos demais recursos existentes.
Ao propormos aos professores as orientações sobre o uso do HE, certificamos que
cabe a ele a responsabilidade de dosar o tempo de uso de cada recurso e a criação de um
ambiente que possibilite ao aluno perguntar, refletir, debater, pesquisar, tornando-se sujeito de
seu processo de aprendizagem.
94
REFERÊNCIAS
ABBEY, B. (Ed.), Instructional and Cognitive Impacts of Web-Based Education. Hershey
(USA): Idea Group Publishing, 2000.
ARAUJO, J. ; Naito, L.; Amaral, L.H.; Turine, M.A.S. Metodologia para Seleção de
Tecnologias para Educação a Distância Mediada por Computador (EDMC), In: WISE99Workshop Internacional Sobre Educação Virtual, Atas..., Fortaleza, Ceará, 1999, p. 266-275,
1999.
ARAUJO, M. S. T. ABIB, M. L. V. S. Atividades experimentais no ensino de física:
diferentes enfoques, diferentes finalidades. Revista Brasileira de Ensino de Física, São
Paulo, v.25, n.2, p.154-162, mai. 2003.
AUSUBEL, D. P.; NOVAK, J. D. e HANESIAN, H. Psicologia Educacional. 2. ed. Rio de
Janeiro: Editora Interamericana,1980.
BABBITT, B. C.; USNICK, V. Hypermedia: a vehicle for connections. Arithmetic Teacher.
Apr. 1993. Disponível em: <http://www.accessmylibrary.com/coms2/summary_02869277480_ITM> Acesso: em 08 nov. 2007.
BARAHONA, J. M. G. e Robles, G R. Libre software engineering web site. Disponível em:
<http://libresoft.dat.escet.urjc.es> Acesso: em 08 nov. 2007.
BARDIN, L. Análise de Conteúdo. Lisboa: Edições 70, 2000.
BRAGA, M. M. O eletromagnetismo Abordado de Forma Conceitual no Ensino Médio.
Dissertação (Mestrado Profissionalizante em Ensino de Física) – Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, Porto Alegre: IF, 2004.
BRASIL. Ministério da Educação. Plano Nacional do Livro Didático para o Ensino Médio
(PNLEM). Brasília, 2007.
FERREIRA, N. C. Proposta de laboratório para a escola brasileira: um ensaio sobre a
instrumentação no ensino médio de física. Dissertação. Mestrado em Ensino de Ciências modalidade Física, São Paulo: FEUSP/IFUSP, 1978.
FIGUEIRA, J. S. Easy Java simulations: modelagem computacional para o ensino de Física.
Revista Brasileira de Ensino de Física. v.27, n.4, p. 613-618, out./dez. 2005.
95
FIGUEIREDO, A. F. N. A física, o lúdico e a ciência no 1o grau. Dissertação (Mestrado em
Ensino de Ciências - modalidade Física). São Paulo: FEUSP/IFUSP, 1988.
FIOLHAIS, C.; TRINDADE, J. Física no computador: o computador como uma ferramenta
no ensino e na aprendizagem das ciências físicas. Revista Brasileira de Ensino de Física,
v.25, n.3, p. 269-272, set. 2003.
GADDIS, B. Learning in a Virtual Lab: Distance Education and Computer Simulation.
(Doctoral Dissertation). University of Colorado, 2000.
GODOY, A. S. Pesquisa qualitativa: tipos fundamentais. Revista de Administração de
Empresas, São Paulo, v. 35, n. 3, p. 20-29, maio 1995.
GONÇALVES, A.; TOSCANO, C. Física e realidade - Volume 3 Eletricidade e
magnetismo. São Paulo: Scipione, 1997.
GREF. Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Leituras de Física: Eletromagnetismo.
Instituto de Física – USP, 1998. Disponível em:
<http://www.bibvirt.futuro.usp.br/textos/exatas/fisica/gref/gref_index.html> Acesso: em abr.
2007.
GREF. Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Física 3: Eletromagnetismo. 5. ed. São
Paulo: EDUSP, 2005.
HEDE, A. An integrated model of multimedia effects on learning. Journal of educational
multimedia and hypermedia, v. 11, n. 2, p. 177-191, 2002.
HOSOUME, Y.; TOSCANO, C.; MARTINS, J. Eletromagnetismo - GREF: novas formas e
conteúdos. In: XII SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 12. Belo Horizonte,
Anais…, São Paulo: SBF, 1997.
LEVINE, M. Effective Problem Solving. [s.l.]: 2.ed. Prentice Hal, 1994.
MARCHIONINI, G. Hypermedia and learning: freedom and chaos. Educational technology,
v. 28, n. 11, p. 8-12, 1988.
MEDEIROS, A.; MEDEIROS, C. F. Questões Epistemológicas nas iconicidades de
representações visuais em livros didáticos de Física. Revista Brasileira de Pesquisa em
Educação em Ciências. v. 1, n. 1, p. 103-117, jun. 2001.
96
MEDEIROS, A.; MEDEIROS, C. F. Possibilidade e Limitações das Simulações
Computacionais no Ensino de Física. Revista Brasileira de Ensino de Física, São Paulo, v.
24, n. 2, p. 77-86, jun. 2002.
MENDELSOHN, P. (1999). Technologies de l’Information et de la Communication et
construction du Savoir. Disponível em:
<http://tecfa.unige.ch/tecfa‑people/mendelsohn.html> Acesso: em 12 jul. 2007.
MORAN, J. M; MASETTO, M. T.; BEHERENS, M. A. Novas tecnologias e mediação
pedagógica. Campinas: Papirus, 2000.
MOREIRA, M.A. A teoria de aprendizagem de David Ausubel como sistema de referência
para organização de conteúdos de física. Revista Brasileira de Física, v.9, n.1, p. 275-292.
São Paulo, 1979.
MOREIRA, M. A. Aprendizagem significativa. Brasília: Editora UnB, 1999.
MUCCHIELLI, A. O Ensino por Computador. Lisboa: Editorial Notícias, 1988.
NOVAK, J. D ; MINTZES, J. J e WANDERSEE, J. H. Ensinando Ciência para a
Compreensão. Lisboa: Editora Plátano, 2000.
Open-Source Physics Education. Disponível em <http://www.opensourcephysics.org//>
Acesso: em 21 jan. 2007.
OTERO, M. R. ; MOREIRA, M. A. ; GRECA, I. M. – El Uso de Imágenes em Textos de Física
para la Enseñanza Secundaria y Universitária. Disponível em:
<http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/vol/n2/v7_n2_a2.html> Acesso: em 16 fev. 2008.
PIERSON, A. H. C., HOSOUME, Y. O cotidiano, o ensino de física e a formação da
cidadania. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM ENSINO DE CIÊNCIAS, 1.
Águas de Lindóia. 1997. Atas... Porto Alegre: Instituto de Física – UFRGS, 1997.
PLOMP, T e VOOGT, J. Use of computers. In: B. Fraser e H. Walberg (Eds.), Improving
Science Education (p. 68-80) The National Society for the Study of Education, The University
of Chicago Press, Atas… Chicago, 1995.
RAMOS, E. M. F. Brinquedos e jogos no ensino de física. Dissertação (Mestrado em Ensino
de Ciências - modalidade Física), São Paulo: FEUSP/IFUSP, 1990.
97
ROCHA, H. V. BARANAUSKAS, M. C. C. Design e Avaliação de Interfaces humanocomputador. São Paulo: IME USP, 2000.
SALÉM, S. Estruturas Conceituais no Ensino de física. Dissertação (Mestrado em Ensino
de Ciências – modalidade Física). São Paulo: IFUSP/FEUSP, 1996.
SILVA, H. C.; COLARES FILHO, J. L. Imagens interativas no ensino de Física: construção e
realidade. In: Encontro de Pesquisa em Ensino de Física, 9. Jaboticatubas, 2004. Atas... São
Paulo: SBF, 2004
SILVA, C. S. Construção e Realidade nas Imagens dos Livros Didáticos de Física.
Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática) – Pontifícia Universidade
Católica de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2008.
TAVARES, R. Animação interativa e mapas conceituais. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE
ENSINO DE FÍSICA, 16. Rio de Janeiro. 2005. Atas... São Paulo: SBF, 2005.
TAVARES, R. Modelagem e construtivismo no ensino de física. Disponível em:
<http://www.fisica.ufpb.br/~romero/port/emc.htm> Acesso: em 02 jul. 2007.
TROTTER, A. Schools gear up for „hypermedia‟: a quantum leap in eletronic learning. The
American School Board Journal, v. 176, n. 3, p. 35-37, 1989.
VEIT, E. A. et al. Novas tecnologias no ensino de física no nível médio. Disponível em:
<http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef> Acesso: em 05 nov. 2007.
VEIT, E. A.; TEODORO, V. D. Modelagem no ensino/aprendizagem de Física e os novos
parâmetros curriculares nacionais para o ensino médio. Revista Brasileira de Ensino de
Física, v. 24, n. 2, p. 87-90, jun. 2002.
WILSON, J. e REDISH, E. Using Computers in Teaching Physics. Physics Today,
Maryland, v. 41, n 1, p. 34-41, Jan. 1989.
98
ANEXO A - Questionário aplicado aos alunos: Levantamento 1
99
Utilização de um Hiperdocumento de Eletromagnetismo (HE)
Levantamento de concepções de magnetismo (1º momento)
Este questionário faz parte da minha pesquisa de mestrado sobre a efetividade do uso de
um Hiperdocumento de Eletromagnetismo, desenvolvida no Mestrado em Ensino da
PUC Minas.
Vocês foram escolhidos para participar de várias etapas da pesquisa. De início, solicito a
sua colaboração neste levantamento que tem como finalidade investigar sobre os
conhecimentos que vocês já possuem em relação ao magnetismo.
Desde já agradeço a sua disponibilidade e interesse em colaborar e me coloco à
disposição de vocês para qualquer informação em relação ao meu trabalho de
investigação.
Obrigado, Luciano Soares Pedroso.
1) Exemplifique situações do seu cotidiano em que o termo magnetismo foi mencionado.
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2) Você já fez alguma experiência (ou brincadeira) com imãs. Descreva o que você fez. Pode
desenhar se considerar esclarecedor.
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3) Dentre os equipamentos que você conhece quais deles você acredita que funcionam
levando em conta o magnetismo?
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4) Pares de imãs em forma de barra são dispostos conforme indicam as figuras a seguir:
Situação a)
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Situação b)
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Situação c)
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A letra N indica o pólo Norte e a letra S o pólo Sul de cada uma das barras imantadas. O que
ocorrerá entre os imãs de cada uma das situações propostas (a), (b) e (c)? Utilize o espaço ao
lado de cada uma das figuras para explicar o que acontecerá com os imãs.
101
5) Um ímã permanente retilíneo, cujos extremos N e S são os pólos norte e sul,
respectivamente, encontra-se representado na figura (1). Suponha que a barra ímã seja
dividida em três partes, segundo mostra a figura (2). Por fim, os segmentos das extremidades
são colocados lado a lado, como na figura (3). O que ocorrerá com os pedaços na figura (3)?
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6) Um imã foi fixado em uma folha de papel sobre
uma mesa conforme mostra a figura a
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seguir. Imagine que foi solicitado que você aproximasse
uma bússola apoiada na folha de
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papel em várias posições em torno do imã, tracejadas na figura. Desenhe a agulha da bússola
nas várias posições indicadas na figura.
Fonte: GREF: Eletromagnetismo - Física 3, p. 158.
102
7) Na experiência montada a seguir, o fio de um circuito passa sobre a agulha de uma bússola.
Com a chave C aberta, a agulha alinha-se como mostra a figura 1. Fechando-se a chave C, a
agulha da bússola assume nova posição ( figura 2).
Como você explicaria esse movimento da agulha da bússola a partir da corrente elétrica
estabelecida no circuito?
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8) Um dispositivo usado para medir velocidade de bicicletas é composto por um pequeno ímã
preso a um dos raios da roda e uma bobina fixa no garfo. A bobina é ligada por fios
condutores a um mostrador preso ao guidom, conforme representado na figura a seguir. A
cada giro da roda, o ímã passa próximo à bobina, gerando um pulso de corrente que é
detectado e processado pelo mostrador. Como você explicaria esse fato?
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9) Na figura abaixo você observa a distorção na imagem provocada por um ímã nas
proximidades da tela de um monitor. Explique como isso ocorreu.
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ANEXO B - Questionário aplicado aos alunos: Levantamento 2
105
Utilização de um Hiperdocumento de Eletromagnetismo (HE)
Levantamento de concepções de magnetismo (2º momento)
Este questionário faz parte da minha pesquisa de mestrado sobre a efetividade do uso de
um Hiperdocumento de Eletromagnetismo, desenvolvida no Mestrado em Ensino da
PUC Minas.
Vocês foram escolhidos para participar de várias etapas da pesquisa. Solicito a sua
colaboração neste levantamento que tem como finalidade investigar sobre os
conhecimentos que vocês adquiriram em relação ao magnetismo.
Desde já agradeço a sua disponibilidade e interesse em colaborar e me coloco à
disposição de vocês para qualquer informação em relação ao meu trabalho de
investigação.
Obrigado, Luciano Soares Pedroso.
1) Exemplifique situações do seu cotidiano em que o termo magnetismo foi mencionado.
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2) Você já fez alguma experiência (ou brincadeira) com imãs. Descreva o que você fez. Pode
desenhar se considerar esclarecedor.
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3) Dentre os equipamentos que você conhece quais deles você acredita que funcionam
levando em conta o magnetismo?
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4) Pares de imãs em forma de barra são dispostos conforme indicam as figuras a seguir:
Situação a)
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Situação b)
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Situação c)
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A letra N indica o pólo Norte e a letra S o pólo Sul de cada uma das barras imantadas. O que
ocorrerá entre os imãs de cada uma das situações propostas (a), (b) e (c)? Utilize o espaço ao
lado de cada uma das figuras para explicar o que acontecerá com os imãs.
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5) Um ímã permanente retilíneo, cujos extremos N e S são os pólos norte e sul,
respectivamente, encontra-se representado na figura (1). Suponha que a barra ímã seja
dividida em três partes, segundo mostra a figura (2). Por fim, os segmentos das extremidades
são colocados lado a lado, como na figura (3). O que ocorrerá com os pedaços na figura (3)?
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6) Um imã foi fixado em uma folha de papel sobre
uma mesa conforme mostra a figura a
seguir. Imagine que foi solicitado que você aproximasse
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uma bússola apoiada na folha de
papel em várias posições em torno do imã, tracejadas na figura. Desenhe a agulha da bússola
nas várias posições indicadas na figura.
GREF: Eletromagnetismo - Física 3, p. 158.
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7) Na experiência montada a seguir, o fio de um circuito passa sobre a agulha de uma bússola.
Com a chave C aberta, a agulha alinha-se como mostra a figura 1. Fechando-se a chave C, a
agulha da bússola assume nova posição ( figura 2).
Como você explicaria esse movimento da agulha da bússola a partir da corrente elétrica
estabelecida no circuito?
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8) Um dispositivo usado para medir velocidade de bicicletas é composto por um pequeno ímã
preso a um dos raios da roda e uma bobina fixa no garfo. A bobina é ligada por fios
condutores a um mostrador preso ao guidom, conforme representado na figura a seguir. A
cada giro da roda, o ímã passa próximo à bobina, gerando um pulso de corrente que é
detectado e processado pelo mostrador. Como você explicaria esse fato?
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9) Na figura abaixo você observa a distorção na imagem provocada por um ímã nas
proximidades da tela de um monitor. Explique como isso ocorreu.
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10) Descreva o que você mais gostou no HE.
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11) Descreva o que você menos gostou no HE.
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ANEXO C - Questionário aplicado aos alunos-professores do Mestrado em Ensino de Física
111
Caro colega Professor:
Este questionário faz parte de uma pesquisa sobre a efetividade do uso de um Hiperdocumento de
Eletromagnetismo que chamarei simplesmente de HE.
Solicito sua participação e desde já agradeço a sua disponibilidade e interesse em colaborar.
Estou à sua disposição para qualquer informação em relação ao meu trabalho de investigação.
Obrigado,
Luciano Soares Pedroso
PERCEPÇÃO CRÍTICA DO HE
I – Conteúdo
a) Em relação à fundamentação do conteúdo, você observou erros conceituais? De que
natureza? Favor exemplificar se for o caso.
b) A apresentação do HE está em acordo com a proposta curricular para o ensino médio?
c) Você considera que o seqüenciamento / navegação do HE está apresentado de forma
lógica e clara?
d) Os exercícios disponibilizados no HE apresentam clareza e adequação ao nível dos alunos
do ensino médio?
e) Você considera que as simulações disponibilizadas no HE auxiliam, de maneira geral, os
alunos na compreensão do conteúdo? Você observou problemas em algum (ns) caso (s)?
II – Raciocínio / Relação conteúdo com cotidiano, preconcepções, generalizações
a) No seu ponto de vista a forma pela qual o conteúdo é disponibilizado do HE estimula o
raciocínio do estudante?
112
b) O HE facilita, no seu ponto de vista, a percepção de relações entre vários assuntos
abordados? Em que assuntos você percebeu / não percebeu esse fato?
c) Você considera que o HE incorpora a experiência previa do estudante em relação aos
conteúdos abordados?
d) Você considera que o aprendizado através do HE permite a generalização para situações
equivalentes do cotidiano do aluno?
e) No HE é possível perceber uma aproximação entre o contexto do estudo e a realidade
vivencial dos alunos?
III – Layout / Apresentação / Linguagem / Feedback
a) Você considera que as imagens, animações, cores, vídeos e sons foram usados
adequadamente tendo em vista o conteúdo abordado?
b) O projeto gráfico e de som do HE possibilita um ambiente adequado ao usuário?
c) Na sua visão, os textos e ilustrações no HE foram distribuídos nas paginas de forma
adequada e equilibrada?
d) A linguagem utilizada no HE é compatível com nível dos estudantes de ensino médio?
Seria também adequada ao ensino fundamental?
14 – O feedback para as respostas do estudante é empregado eficazmente?
IV – Usabilidade / Interação
113
a) Você considera que o nível de dificuldade (em relação ao uso do HE) é apropriado para os
usuários a que se destina?
b) Você considera que o HE poderá ser utilizado facilmente de modo autônomo pelos
alunos? E pelos professores?
c) Na sua perspectiva, professores poderiam utilizar facilmente o HE em suas escolas?
d) Você considera que as ferramentas para a “navegação” pelo HE são adequadas e
facilitadoras do aprendizado dos alunos?
e) Você acredita que uma pessoa pode motivar os alunos para o estudo de Física?
f) Você acredita que essa proposta do HE estimula efetivamente a criatividade do estudante?
Como?
V – Competências e Habilidades
a) Você acredita que o HE em foco é uma alternativa metodológica que permite o
desenvolvimento de competências e habilidades para o ensino de física (PCN, PCN+):
a1) de Representação e de comunicação? Quais?
a2) investigação e compreensão? Quais?
a3) contextualização sócio-cultural? Quais?