Relato de uma proposta de ensino de Eletricidade para o

Relato de uma proposta de ensino
de Eletricidade para o ensino médio
com uso de simuladores e sensores
PASCO
Cristiane Marina de Carvalho
Jéssica Regina Romão Cabral
Estudantes do curso de Licenciatura em Física
Bolsistas do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência
São João del Rei/MG, dezembro de 2011
RESUMO
Neste trabalho, é relatada uma atividade sobre Eletricidade realizada por
estudantes bolsistas participantes do Programa Institucional de Bolsas de
Incentivo a Docência (PIBID) da Universidade Federal de São João del Rei
(UFSJ), na Escola Estadual Cônego Osvaldo Lustosa, da cidade de São João
del Rei/MG, com a colaboração de uma professora de Física dessa escola. A
atividade foi realizada em um formato de minicurso com duração de três horas.
A atividade consistiu basicamente; na utilização de simuladores sobre
construção de circuitos, lei de Ohm e carga e descarga de um capacitor; e uma
parte experimental utilizando um sensor de corrente e voltagem. Ao colocarmos
essa atividade próxima ao conteúdo teórico, visamos despertar a curiosidade e
a capacidade investigativa dos alunos sobre o tema, permitindo a eles
elaborarem suas próprias teorias e testá-las.
1. INTRODUÇÃO
Os estudantes integrantes do Programa Institucional de Bolsas de
Iniciação a Docência (PIBID), da área de Física da Universidade Federal de
São João Del Rei (UFSJ), foram orientados a observarem as escolas
participantes do subprojeto.
Nossas observações foram realizadas na Escola Estadual Cônego
Osvaldo Lustosa, no município de São João del Rei/MG. No período de
observação, percebemos que a escola possui uma ótima estrutura física, por
exemplo, sala de informática, de vídeo e laboratórios. No entanto, verificamos
que essa estrutura não era utilizada pela maioria dos professores, que optavam
pelo ensino tradicional, baseado na exposição oral e no quadro e giz.
Especificamente no ensino de física, observamos uma metodologia baseada na
aprendizagem mecânica, e em processos de repetição e reprodução de
procedimentos memorizados, principalmente os relacionados à resolução de
exercícios baseados na aplicação de fórmulas. Observa-se um posicionamento
institucional contra a utilização de uma metodologia baseada na aprendizagem
mecânica, conforme a citação abaixo:
“Muitas vezes o ensino de Física inclui a resolução de
inúmeros problemas, onde o desafio central para o aluno
consiste em identificar qual fórmula deve ser utilizada. Esse
tipo de questão, que exige, sobretudo, memorização, perde
sentido se desejamos desenvolver outras competências.”
[Brasil, 2006]
A utilização das Tecnologias de Informação e Comunicação pode
propiciar a quebra com a lógica da transmissão, ao mediar as relações entre
professores, conhecimentos e alunos. Como citado por LIMA & CRUZ LEAL:
A
atualidade
sociotécnica
evidencia
a
tecnologia,
presente em todas as áreas de conhecimento. Nesse contexto,
o computador e as redes telemáticas vêm assumindo funções
cada vez mais importantes, revelando-se como ferramentas
transformadoras da ação. Esta realidade também diz respeito à
educação: a introdução das TIC provocou – e continua a
provocar – alterações nas formas de ensinar e aprender, uma
vez
que
mediatizam
as
relações
entre
professores,
conhecimentos e alunos. [LIMA & CRUZ LEAL, 2000, p.11,12]
Durante o segundo semestre de 2011, cursamos a disciplina “Prática de
Ensino: Instrumentação para o Ensino de Ciências”, quando discutimos o uso
de Tecnologia de Informação e Comunicação (TIC) no Ensino de Ciências.
Nesse mesmo semestre aconteceu o Simpósio “Tendências – Tecnologias
Educacionais para o Ensino de Física e Matemática” na Universidade Federal
de Lavras (UFLA), em Minas Gerais, ao qual fomos pela relação existente entre
aquela disciplina de instrumentação e o tema abordado nesse Simpósio. Com
base no que foi visto no Simpósio e na disciplina, percebemos que a utilização
de tecnologias, como simuladores e sensores, no ensino proporcionam a
interatividade, que é descrita por SOUZA FILHO:
Nesse tocante, o uso da interatividade busca a
participação ativa do aluno no processo de construção de
significados, criando situações em sala de aula que permitam
desde a identificação do conhecimento prévio até a discussão
das hipóteses apresentadas em relação aos modelos de
fenômenos físicos em estudo, permitindo que os alunos
exerçam influência no processo tanto na forma de condução
quanto na escolha de conteúdos específicos. Neste processo
abre-se espaço para uma aprendizagem não literal e não
arbitraria do referido conteúdo, uma vez que o grupo de alunos
é estimulado a assumir uma postura ativa através do
levantamento de hipóteses, questionamentos, transferência e
posicionamento verbal e por escrito junto ao conjunto professor
- alunos. [SOUZA FILHO; 2010, p.23]
Os bolsistas do PIBID foram incentivados a planejarem atividades
voltadas ao Ensino Médio, utilizando sensores da PASCO. A partir desse
incentivo, construímos uma proposta no formato de minicurso, envolvendo
conceitos de eletricidade. Pelos motivos citados anteriormente, construímos a
proposta utilizando, principalmente, dois tipos de Tecnologia de Informação e
Comunicação: os simuladores e sensores. Nossa atividade foi dividida em
quatro etapas: a primeira etapa baseou-se na interação dos alunos com
simuladores sobre construção de circuitos, lei de Ohm e carga e descarga de
um capacitor; a segunda consistiu na exposição oral do conteúdo; a terceira
baseou-se na realização de um experimento utilizando o sensor de corrente e
voltagem; e a quarta etapa consistiu na avaliação dos alunos.
No decorrer do relato vamos expor a realização e os resultados obtidos
dessa atividade.
2. OBJETIVOS
O objetivo principal da atividade era que os alunos entendessem os
conceitos básicos do conteúdo e algumas noções de gráficos envolvendo
funções lineares, a partir da exposição teórica, da interação com simuladores e
de uma prática experimental com uso de um sensor.
Especificamente, objetivamos que os alunos compreendessem:
•
os conceitos de Corrente Elétrica, Resistência Elétrica, Lei de
Ohm, Circuitos Elétricos, Associação de Resistores e Carga e
Descarga de Capacitores ;
•
o cálculo da resistência elétrica, a partir do coeficiente angular
de um gráfico;
•
a relação existente entre as grandezas envolvidas na Lei de
Ohm;
•
a montagem experimental de circuitos simples, envolvendo a
associação de resistores;
•
a utilidade do uso de um sensor durante a realização de
experimento;
•
as relações existentes entre a teoria e as simulações.
3. CONTEÚDO A SER ENSINADO
A atividade envolveu alguns conceitos de Eletricidade, no caso, Corrente
Elétrica, Resistência Elétrica, Lei de Ohm, Circuitos Elétricos, Associação de
Resistores e Carga e Descarga de Capacitores.
Desde 2006, a Secretaria de Educação do Estado de Minas Gerais vem
sugerindo aos professores de sua rede estadual de ensino a fazer seu
planejamento anual de trabalho levando em conta os tópicos contidos na
proposta curricular dos Conteúdos Básicos Comuns (CBC). Na área de Física
para o ensino médio, o CBC foi organizado em três eixos temáticos, sendo
eles: Eletricidade e Magnetismo, Ótica, Ondas e Calor e Movimento e
Conservação de Energia.
Procuramos desenvolver a atividade, apoiadas nos Tópicos e Habilidades
presentes no eixo temático “Eletricidade e Magnetismo”, com exceção do
conteúdo de “Carga e Descarga de um Capacitor” que foi trabalhado, apesar
de não estar presente no CBC, por se tratar de um conteúdo importante que
envolve objetos do cotidiano dos alunos.
Também desenvolvemos nossa atividade baseadas nas instruções dos
Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) da área de física:
A compreensão de teorias físicas deve capacitar para uma
leitura
de
mundo
articulada,
dotada
do
potencial
de
generalização que esses conhecimentos possuem. Contudo,
para que de fato possa haver uma apropriação desses
conhecimentos, as leis e princípios gerais precisam ser
desenvolvidos passo a passo, a partir dos elementos próximos,
práticos e vivenciais.[PCN, 2006,p. 24]
Desta forma, procuramos realizar o minicurso utilizando simuladores e
sensores com o objetivo de aproximar a teoria com o cotidiano dos alunos. E
também fazer com que os alunos pudessem:
• Compreender enunciados que envolvam códigos e símbolos
físicos. Compreender manuais de instalação e utilização de
aparelhos;
•
Utilizar
e
compreender
tabelas,
gráficos
e
relações
matemáticas gráficas para a expressão do saber físico. Ser
capaz de discriminar e traduzir as linguagem matemática e
discursiva entre si;
• Expressar-se corretamente utilizando a linguagem física
adequada e elementos de sua simbólica. Apresentar de forma
clara e objetiva o conhecimento apreendido, através de tal
linguagem. [PCN, 2006,p. 29]
Investigação e compreensão
• Compreender a Física presente no mundo vivencial e nos
equipamentos e procedimentos tecnológicos. Descobrir o
“como funciona” de aparelhos. [PCN, ANO,p. 29]
4. METODOLOGIA
Os materiais utilizados para a atividade foram:
Um sensor de corrente e voltagem PASCO;
Computador com software instalado compatível com esse sensor;
Projetor de multimídia “Datashow”;
Computadores;
Capacitor;
2 resistores de 100Ω;
1 bateria de 9V;
Placa de montagem
Simulador PhET - Construção de Circuito;
Simulador PhET – Lei de Ohm;
Simulador NOA – Espocar de um Flash.
A atividade teve duração de três horas, sendo realizada em horário
extraturno, por se tratar de uma atividade que envolvia um número extenso de
conceitos a serem trabalhados com os alunos.
Ao iniciarmos o minicurso, denominado “Aprendendo conceitos de
Eletricidade”, permitimos a interação dos alunos com os simuladores sobre
construção de circuitos, lei de Ohm e carga e descarga de um capacitor.
Estabelecemos tempo para essa interação acontecer: para o primeiro
simulador “Construção de Circuito” foi reservado 15 minutos; para o segundo
“Lei de Ohm” foi reservado 5 minutos; e para o “Espocar de um Flash” foi
reservado 10 minutos. A seguir, encontram-se imagens ilustrativas dos
simuladores utilizados:
Simulador PhET - Construção de Circuito
Simulador PhET – Lei de Ohm
Simulador NOA – Espocar de um Flash
Em seguida, fizemos a exposição oral do conteúdo, definindo os
conceitos de “Corrente Elétrica”, “Resistência Elétrica”, “Lei de Ohm”,
“Associações de Resistores em Série e em Paralelo”, “Circuitos e Carga e
Descarga de um Capacitor”. Durante a exposição oral, questionamos os alunos
a respeito de onde são encontrados os conceitos em seu cotidiano e fizemos
correlações com as situações ocorridas na interação com os simuladores e a
teoria.
Após a exposição do conteúdo referente à Carga e Descarga de um
capacitor, permitimos a interação dos alunos com a simulação do NOA Espocar
de um Flash.
Posteriormente, estabelecemos noções básicas de gráficos envolvendo
funções lineares, para que fosse possível que os alunos calculassem a
Resistência Elétrica de um circuito a partir do coeficiente angular de um gráfico.
A seguir, montamos o experimento, de forma demonstrativa, mas de
modo a questionar os alunos sobre sua construção. O experimento foi dividido
em cinco partes: primeiramente montamos um circuito contendo apenas um
resistor; em seguida, um circuito contendo dois resistores em série;
posteriormente um circuito contendo dois resistores em paralelo; e, a seguir,
um circuito destinado à carga do capacitor e a outro à descarga do capacitor. A
seguir, encontram-se ilustrações dos circuitos montados no experimento:
Montagem para um resistor
Montagem para dois resistores em série
Montagem para dois resistores em paralelo
Montagem para Carga de um capacitor
Montagem para Descarga de um capacitor
Para cada parte do experimento, foi feito um gráfico a partir dos dados
coletados pelo sensor. Para as três primeiras partes do experimento, foram
construídos gráficos da voltagem em função da corrente, e para as duas
últimas partes foram construídos gráficos da voltagem em função do tempo.
Mostramos aos alunos os gráficos obtidos pelo software acoplado ao sensor
quando realizadas cada parte do experimento, totalizando um total de cinco
gráficos. Utilizando os gráficos prontos, pedimos a eles que anotassem para as
três primeiras partes do experimento os valores de dois pontos quaisquer que
selecionamos do gráfico.
E, por fim, foi realizada a quarta etapa da atividade que consistiu na
avaliação dos alunos. A avaliação foi proposta em duas partes: a primeira
avaliava o aprendizado dos alunos com o minicurso; e a segunda, o minicurso.
A primeira parte da avaliação consistiu no cálculo das resistências a partir
dos gráficos dados pelo sensor, no cálculo das resistências equivalentes, entre
outras. Na segunda parte da avaliação, foram feitas perguntas sobre o que os
alunos acharam da utilização de sensores e simuladores no minicurso, o que
aprenderam e entre outras. Essa avaliação está em anexo.
5. RESULTADOS
Inicialmente a proposta do minicurso sobre Eletricidade aconteceria na
Escola Estadual Cônego Osvaldo Lustosa, pois imaginamos ser de fácil acesso
para os alunos e por contarmos com a sala de informática da escola. Mas essa
proposta não pôde ocorrer nessa escola, pois a sala de informática tinha
passado por uma reforma recente e não estava apta a receber os alunos.
Assim, decidimos realizar nossa proposta na Universidade Federal de São
João del Rei, em um dos seus laboratórios de física do Departamento de
Ciências Naturais.
O minicurso foi direcionado para todas as turmas do terceiro ano do
Ensino Médio daquela. Isso aconteceu no dia 18 de novembro de 2011, das
14h às 17h. Treze alunos se inscreveram no minicurso, mas só dez desses
compareceram no dia do minicurso.
A primeira etapa, como descrito acima, consistiu na interação dos alunos
com os simuladores. Nessa etapa os alunos nos surpreenderam, superando
nossas expectativas com a atividade. Podemos perceber que, durante a
interação com o simulador “Construção de Circuito”, os alunos associavam o
que estava sendo praticado com alguns objetos do dia a dia, por exemplo, o
pisca-pisca de uma árvore de natal. Com o mesmo simulador foi possível
perceber também que os alunos sabiam os conceitos envolvidos, como o de
associação em série ou em paralelo, mas tinham dificuldades na hora de
colocar esses conceitos na construção de circuitos simples.
Na interação com o simulador “Lei de Ohm” foi possível observar que, em
poucos minutos de interação, os alunos já sabiam a relação existente entre as
incógnitas e o que essas representavam na pratica.
No simulador “Espocar de um Flash”, que tratava os conteúdos de carga
e descarga em um capacitor, foi possível observar a importância do
estabelecimento de uma relação entre o conteúdo tratado na sala de aula com
objetos do dia a dia do aluno.
Interação dos alunos com os simuladores
Depois da interação com os simuladores, demos inicio a segunda etapa
do minicurso, que consistiu na exposição oral do conteúdo.
Exposição do Conteúdo
Essa etapa aconteceu como estava previsto, todos os alunos prestaram a
atenção e participaram da mesma.
Logo em seguida foi feita a terceira etapa que consistiu na realização de
um experimento utilizando o sensor de corrente e voltagem da PASCO.
Nós montamos o circuito explicando etapa por etapa para os alunos que
nequela momento apenas estavam observando. Quando a montagem estava
concluída, o software acoplado ao sensor fazia o gráfico e, a partir desse
gráfico, os alunos tiravam dois pontos para calcularem a resistência. Em
seguida, encontram-se fotos da realização do experimento:
Montagem para o Circuito em Série
Montagem para o Circuito em Paralelo
Essa etapa ocorreu como estava previsto, todos os alunos se
prontificaram a acompanhar a montagem do experimento e todos respondiam
os questionamentos que eram feitos por nós durante a montagem dos circuitos.
E, por fim, foi realizada a quarta etapa que consistiu na avaliação dos
alunos. A avaliação foi proposta em duas partes: a primeira avaliava o
aprendizado dos alunos com o minicurso; e a segunda avaliava o minicurso.
Avaliação aplicada aos alunos
Essa etapa ocorreu como estava previsto, todos os alunos responderam o
questionário com seriedade. Mas, sempre pedindo o nosso auxílio para a
resolução da avaliação.
6. ANÁLISE E DISCUSSÃO
Desde o inicio do planejamento da atividade, nossa expectativa era
grande, queríamos uma forma de apresentar conteúdos que juntasse o mundo
em que os alunos estão inseridos e o conteúdo abordado. Assim, chegamos na
proposta apresentada anteriormente que contém o conteúdo de eletricidade
diretamente exposto na utilização dos simuladores, sensores, exposição oral e
atividade experimental.
Antes de executar a proposta, estávamos confiantes na proposta do
minicurso e confiantes nos alunos da escola, acreditávamos que eles fariam
perguntas, que se lembrariam de alguns conceitos que eles já tinham visto, que
eles já viriam com um conhecimento razoável em matemática e que eles
sairiam do minicurso com uma base para associar os conceitos vistos na teoria
com o dia a dia.
Durante a execução da proposta, vimos que a maioria das nossas
expectativas foi satisfeita, como a participação dos alunos por meio de
perguntas, a lembrança de conceitos vistos anteriormente. No entanto, uma
das nossas expectativas não foi satisfeita, a que se tratava de um
conhecimento razoável em matemática. Podemos perceber que os alunos
chegaram ao minicurso com certa dificuldade no cálculo do coeficiente angular
da reta; percebemos que eles não lembravam como esse calculo era feito, e
não sabiam manipular seus valores, mesmo depois da nossa exposição. Um
exemplo do erro dos cálculos se encontra em seguida:
Portanto, podemos perceber que os alunos aprenderam os conceitos que
se interessaram e se comprometeram com o que foi proposto. Vimos o quanto
é importante o professor retratar na sala de aula o contexto que os alunos
vivem fora da mesma, permitir essa junção, pois as duas coisas juntas
propiciam uma aprendizagem mais significativa para o aluno.
Em seguida, encontram-se algumas respostas dadas pelos alunos,
obtidas da segunda parte da avaliação:
Respostas dadas por um dos alunos
Respostas dadas por um dos alunos
Respostas dadas por um dos alunos
Podemos perceber, através da análise da segunda parte da avaliação,
que os alunos gostaram do minicurso e dos instrumentos utilizados por nós. Os
alunos ressaltaram que a utilização dos instrumentos facilitou a compreensão
dos conceitos abordados no minicurso.
7. AGRADECIMENTOS:
Gostaríamos de agradecer à CAPES as bolsas concedidas através do
Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID), à Escola
Estadual Cônego Osvaldo Lustosa e à profa. Ângela Maria Braga a parceira e
abertura ao desenvolvimento de nosso trabalho.
REFERÊNCIAS
PANZERA. A.C.; et al. Proposta curricular CBC – Física – Ensino Médio.
Belo
Horizonte:
SEE/MG,
2007.
Disponível
em:
<http://crv.educacao.mg.gov.br/sistema_crv/banco_objetos_crv/%7B0DE8B1A3
-C119-4015-B234-AEB975906CDA%7D_fisica.pdf>. Acesso em: 10 dez. 2011.
BRASIL. Parâmetros curriculares para o ensino médio Ciências da Natureza,
Matemática e suas Tecnologias. Ministério da Educação. Secretaria da
Educação Básica, Brasilia, p. 24-29, 2006.
LIMA & CRUZ LEAL, Ciberpedagogia: Indicativos para o rompimento com a lógica da
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Rei, n. 35, p.10-11, 2000.
SOUZA FILHO. Simuladores computacionais para o ensino de física básica:
uma discussão sobre produção e uso. viii, Rio de Janeiro:UFRJ/IF, 2010.