ensino de eletromagnetismo por simulação de imagens no...
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Ensino de eletromagnetismo por simulação de imagens no
curso técnico de telecomunicações*
Marco Antonio Gomes Teixeira da Silva**
Resumo
O ensino do eletromagnetismo é desenvolvido tendo como base os cálculos vetoriais
dos cursos superiores. Todavia, o eletromagnetismo é conteúdo do Ensino Médio e assunto
importante em cursos técnicos que não possuem no currículo os cálculos que fundamentam as
leis do eletromagnetismo. Por essa questão, a proposta desta pesquisa é o processo ensino-
aprendizagem do eletromagnetismo com utilização de interfaces visuais animadas, permitindo
a introdução dos conceitos bibliográficos e a relação da álgebra no curso técnico de
telecomunicações. Recorrendo à teoria para proporcionar a aprendizagem significativa, por
intermédio de recursos computacionais, desenvolveu-se uma metodologia utilizando
softwares de simples aplicação e foi criado um Objeto de Aprendizagem. Verificou-se, por
intermédio de questionários, que a interface proporcionou aos alunos identificarem a relação
do espectro eletromagnético com o funcionamento de dispositivos reais e não meramente
contextos teóricos. Assim, considerou-se a viabilidade desta proposta e a possibilidade de
continuidade da pesquisa aplicando-a também no Ensino Médio.
Palavras-chave: Eletromagnetismo. Aprendizagem Significativa. Objeto de Aprendizagem.
1 Introdução
James Clerk Maxwell ao revisar considerações da Física Clássica (mecânica), impôs
um novo conceito: o eletromagnetismo, dando origem à Física Moderna. Nas publicações
* Este artigo constitui-se no Trabalho de Conclusão de Curso da Pós-graduação Lato Sensu em Docência no
Século XXI, pelo autor cursado no Instituto Federal Fluminense, Campus Campos-Centro, nos anos de 2014/2015, desenvolvido sob a orientação da Profạ Drạ Suzana da Hora Macedo. ** MBA em Análise de Sistemas e Telecomunicações pela Escola Superior Aberta do Brasil e Especialista em Produção e Sistemas pelo Instituto Federal Fluminense. Professor substituto do Instituto Federal Fluminense, no curso de Telecomunicações do campus Campos-Centro. E-mail: [email protected].
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denominadas On Physical Lines of Force, ao rever conceitos dos matemáticos1 da época e a
relação Mecânica, Maxwell (1861) afirma que as relações dos fenômenos das forças eram
investigadas por considerações dos matemáticos.
Ao iniciar-se o ensino-aprendizagem do eletromagnetismo ou leitura de textos sobre o
eletromagnetismo, percebe-se ainda a necessidade do conhecimento matemático avançado,
formulado por Maxwell. Apesar de a álgebra ser a linguagem desenvolvida nessa área, ocorre
ainda uma falta de “intimidade” com essa ciência. Essa relação pode tornar a leitura árdua,
complicada e cansativa, contribuindo para rotular o conhecimento sobre o eletromagnetismo
como difícil. Outra constatação é que os gráficos explicativos dos conceitos do
eletromagnetismo são meras aplicações dos conceitos algébricos.
Mais uma questão importante sobre o estudo do eletromagnetismo é que, geralmente,
os fenômenos físicos são determinados por várias grandezas e informações complementares
intangíveis aos sentidos humanos, ao serem representados no formato planificado dos livros,
oferecem pouca interação com o leitor.
Assim, esta pesquisa aborda como tema o processo de ensino-aprendizagem do
eletromagnetismo no curso Técnico de Telecomunicações, mediante a utilização de recursos
digitais e entende que esses recursos permitirão ao aprendiz relacionar os fenômenos
estudados na disciplina, em sala de aula, com a realidade dos efeitos do eletromagnetismo
desenvolvidos na formação técnica.
Reconhece-se, entretanto, que o estudo do eletromagnetismo é amplo e abrange desde as
ondas eletromagnéticas da luz, passando pela geração de energia até dispositivos eletrônicos de
conversão de energia. Também há de se considerar que as quatro equações de Maxwell, base do
eletromagnetismo, estão formuladas em expressões de cálculos diferenciais e integrais que não
são conteúdos atinentes ao programa curricular do Ensino Médio, nem tampouco de curso
técnico.
Por essa razão, este trabalho é delimitado à aplicação do campo eletromagnético
formado pela antena do tipo Dipolo Elétrico, que é o recurso acadêmico utilizado para
entender a transmissão das ondas eletromagnéticas. Assim, a proposta desta pesquisa é a
utilização de um artefato digital no processo ensino-aprendizagem desenvolvido na disciplina
de Transmissão de Ondas Eletromagnéticas, ministrada no segundo módulo do curso Técnico
1 William Thomson (1847, apud MAXWELL, 1861); Wilhelm E. Weber e Rudolf H. A. Kohlfrausch (1856, apud MAXWELL, 1861); M Fizeau (1844, apud MAXWELL, 1861); William Thomson (1856, apud MAXWELL, 1847).
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de Telecomunicações do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense
(IFFluminense), campus Campos-Centro.
A possibilidade de entender como a onda eletromagnética é irradiada, utilizando
simulações, permite ao aprendiz compreender, de maneira significativa o que diz respeito à
visualização da aplicação das teorias acadêmicas, o comportamento desse fenômeno físico e,
portanto, desenvolver a aquisição de aprendizagem sobre o processo das antenas irradiantes e
o comportamento das ondas eletromagnéticas.
Por conseguinte, esta pesquisa possui significativa relevância acadêmica para o processo
de ensino-aprendizagem do eletromagnetismo na área de Telecomunicações, pois apesar do
aluno conhecer os conceitos da formação do campo elétrico e magnético com a aplicação de
fórmulas, dificilmente consegue relacionar a aprendizagem com as aplicações práticas.
Esta pesquisa não tem a finalidade de rever os conceitos do eletromagnetismo e
tampouco os cálculos de Maxwell, apesar de tal procedimento ter sido necessário para o
desenvolvimento do artefato digital. Deseja-se analisar o objeto desenvolvido com o intuito
de viabilizar a interpretação do fenômeno físico, disponibilizado no formato visual,
prevalecendo-se da animação para a construção de conceitos atinentes ao eletromagnetismo.
O objetivo geral consiste, assim, na investigação do processo de ensino-aprendizagem
referente ao espectro2 eletromagnético, gerado pela antena Dipolo Elétrico, no segundo
Módulo do Curso Técnico em Telecomunicações ofertado pelo IFFluminense, campus
Campos-Centro, aplicando apenas elementos visuais que sejam remetidos aos conceitos da
linguagem matematizada de Maxwell. Dessa forma, considerando que o estudo do
eletromagnetismo é um assunto amplo, desenvolvido no Ensino Médio e em linguagem
Matemática generalizada a partir de fórmulas complexas, esta investigação acadêmica tem
como objetivos específicos:
- diagnosticar o ensino-aprendizagem no Curso Técnico em Telecomunicações relativo
ao eletromagnetismo da geração/transmissão das ondas eletromagnéticas do Dipolo Elétrico;
- identificar e avaliar a compreensão do aluno sobre o campo eletromagnético
irradiado pela antena Dipolo Elétrico concebido por simulação visual;
- avaliar o objeto de aprendizagem desenvolvido para formular o conceito do campo
eletromagnético irradiado pelo Dipolo Elétrico e a formação das ondas no vácuo.
2 O espectro neste estudo refere-se à intensidade de radiação, ou energia, emitida pela antena tipo Dipolo Elétrico e a onda conforme a variação da frequência e amplitude (comprimento e tensão eletromagnética, respectivamente) que se espalha.
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Com base no contexto apresentado e nos objetivos, a problemática deste estudo
assenta-se na questão: Existe viabilidade do Objeto de Aprendizagem Digital potencializar o
ensino da Física na área do eletromagnetismo por intermédio de simulação pictórica animada,
quando aplicado ao ensino técnico? Esta questão será respondida ao final da análise das
atividades desenvolvidas com os alunos, descritas nessa pesquisa.
A hipótese desta pesquisa baseia-se na afirmação de Suzana da Hora Macedo (2011),
que em sua investigação relata a viabilidade de dar ênfase ao estudo da visualização e
interação do campo eletromagnético, abstraindo os cálculos matemáticos, quando se trata do
ensino profissional. Para a autora, esse processo é de grande importância, inclusive, em áreas
de estudos específicos que necessitem compreender as interações da área da Física.
Com a finalidade de contemplar essa indicação pedagógica, é realizada uma pesquisa
qualitativa que visa conhecer o objeto de estudo interpretando com os dados obtidos e
descrevendo-os, com base na literatura estudada exposta nas seções que se dividem: no ensino
do eletromagnetismo para apresentar o letramento da ciência nessa área, a fundamentação da
metodologia utilizada, apresentação do Objeto de Aprendizagem desenvolvido com a análise
dos resultados e considerações finais.
2 Fundamentação do ensino-aprendizagem aplicado ao Eletromagnetismo
O processo de ensino-aprendizagem da Física Moderna, especificamente o
eletromagnetismo, é importante para a formação de áreas técnicas, como eletricidade,
eletrônica, telecomunicações e afins que envolvem a aplicação e os efeitos do
eletromagnetismo, para a transmissão do sinal de conexões sem fios (wireless), por exemplo
(MACEDO, 2011).
O Currículo Mínimo do Estado do Rio de Janeiro para Física (CM-RJ), instrumento que
determina a base de conhecimento e orienta o professor quanto ao conteúdo, estabelece a
importância dos fenômenos eletromagnéticos nos sistemas tecnológicos atuais (RIO DE
JANEIRO, 2012). O CM-RJ ressalta que a escola “deve formar cidadãos para o mundo
contemporâneo” (RIO DE JANEIRO, 2012, p. 3). Também é regulado no CM-RJ que o aluno
desenvolva a habilidade e a competência para “reconhecer, utilizar, interpretar e propor modelos
explicativos para fenômenos naturais ou sistemas tecnológicos” (RIO DE JANEIRO, 2012, p.
10).
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Os Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio – Parte III (PCNEM-III)
(BRASIL, 2006) apontam que o ensino do eletromagnetismo, deve fornecer elementos para
uma leitura do mundo da informação. Contudo, os PCNEM-III, reconhecendo que existe um
significado mais abrangente para um saber mais próximo do aprendiz, afirmam que a “Física
expressa relações entre grandezas através de fórmulas” (BRASIL, 2006, p. 27) que podem ser
apresentadas em gráficos, tabelas e relações facilitadoras ao processo de aprendizagem.
O estudo da Física nas escolas brasileiras ainda é apresentado em blocos tradicionais,
isto é, o desenvolvido por intermédio de roteiro dos livros e divide o ensino em etapas
independentes, que reduz a Física na cinemática (SPOHR et al., 2007).
Um estudo realizado no Brasil pelo físico Richard Feynman na década de 1950, sobre o
ensino da Física (eletromagnetismo), conclui que a aprendizagem dessa disciplina está associada
com a resolução de problemas clássicos dos livros (ARRAIS et al., 2009; BARETTA et al., 2011).
O professor Feynman em sua pesquisa no Brasil observou que o aluno do curso de engenharia
torna-se capaz de realizar cálculos importantes, no entanto, não consegue resolver problemas reais
simples, puramente matemáticos, pois os conceitos algébricos aplicados na Física, são decorados e
não interpretados. As declarações do professor Feynman manifestam uma realidade do Brasil dos
anos de 1950, um contexto que, segundo Baretta et al. (2011), permanece. Analisando a afirmação
de Baretta et al. (2011) e Arrais et al. (2009), pode-se depreender que, apesar do aluno estar
capacitado para os exames acadêmicos, não é capaz de aplicar os conceitos em situações práticas
(reais).
Marco Antonio Moreira (2006, p. 14) complementa esta questão do aprendizado da
Física afirmando que a metodologia corrente leva a um cenário em que “grande parte dos
alunos não sabe explicar os fenômenos eletromagnéticos básicos, não vê as relações
existentes entre os conceitos e apenas memoriza as equações [...]”.
Moreira (2006) enfatiza, inclusive que o eletromagnetismo é visto como sendo o
estudo dos postulados sobre eletricidade e magnetismo, pois o conteúdo, ao ser ministrado, é
desenvolvido pedagogicamente de forma separada, ainda que a Física dos últimos anos do
século XIX e das três primeiras décadas do século XX tenha reestruturado o conteúdo.
Possivelmente, é esse um dos motivos do desinteresse por parte dos alunos, cuja falta de
entusiasmo reflete-se em desempenhos medíocres (GUERRA; REIS; BRAGA, 2004).
Observa-se que o ensino da Física, para o eletromagnetismo, apropria-se de conceitos ainda
no formato das leis newtonianas e nesse processo também desenvolve o postulado de
Maxwell.
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Braga e Teixeira (2006) relatam que é evidente a preocupação com o ensino da Física,
em todos os níveis, e principalmente, por intermédio da busca de novas metodologias. Para as
autoras, é necessário que, nos tempos atuais, o ensino da Física baseie-se mais em modelos
significativos e menos em modelos matematizados, contemplando um enfoque mais
conceitual.
O aprendizado do eletromagnetismo concentra-se na visualização das grandezas e
nas respectivas relações matematizadas dos fenômenos físicos, que por vezes
desconsidera a relação entre os fenômenos e seus aspectos tridimensionais. Segundo Paz
(2007) esse fato torna-se um obstáculo ao aprendizado dos conceitos pelo aprendiz e,
nesse sentido, a tecnologia digital, como recurso para desenvolver simuladores de
campo eletromagnético, pode tornar-se um facilitador na apreensão dos conceitos
matematizados e no entendimento da aplicação prática do eletromagnetismo na área de
telecomunicações.
É coerente ressaltar também que são necessários, para o ensino do eletromagnetismo,
o conceito acadêmico e a linguagem Matemática como explica o PCNEM III (BRASIL,
2006). Contudo, os objetivos da formação no curso do nível Médio devem proporcionar
conhecimentos práticos e contextualizados para compreender os princípios que existem nas
tecnologias de comunicação, como o caso da antena. Assim, o ensino com auxílio de
simulador do espectro eletromagnético tem como foco uma prática concreta e não o ensino
sem significado. Essa questão é clara no PCNEM III (BRASIL, 2006, p. 22), que relata que o
ensino da área da Física “privilegia a teoria e a abstração, desde o primeiro momento, [...],
pelo menos, inicie-se da prática por exemplos concretos”.
Faz necessário esclarecer, para finalizar a questão do ensino do eletromagnetismo, a
interdisciplinaridade desta área, que os estudos de Maxwell são revisões de relações
matemáticas dos experimentos produzidos de Carl Friedrich Gauss (sobre campo elétrico e
polo magnético), de André Marie Ampère (sobre o campo elétrico induzindo a um campo
magnético) e de Michael Faraday (sobre a indução do campo magnético em uma corrente
elétrica) (GUERRA; REIS; BRAGA, 2004; BOSISIO, 2012) e essas relações algébricas
formam as quatro Leis que fundamentam o eletromagnetismo. Os contextos dos
experimentos matemáticos são a base do eletromagnetismo (comprovadas em testes) e do
legado de Maxwell, ou postulados (deduções baseadas nas Leis de Gauss, Ampère e
Faraday).
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2.1 Conhecimento significativo do aluno no nível técnico
No que diz respeito ao aluno, há de se ressaltar que ao matricular-se num curso técnico,
nível médio, ele deve possuir conhecimento prévio da área da Física, mesmo que o conhecimento
formal (adquirido nos bancos escolares) encontre-se num estágio pouco aprofundado. Portanto, é
coerente recorrer ao conceito de aprendizagem proposto por David P. Ausubel (2003), segundo o
qual os subsunçores3 pré-existentes na estrutura cognitiva do indivíduo tendem a ser utilizados
como recursos didáticos, para mediar a estruturação do conhecimento.
A ocorrência da aprendizagem significativa é definida por Ausubel (2003) quando
uma proposição4 lógica se relaciona na estrutura cognitiva do aluno. Nesse processo, a
aprendizagem tornar-se subordinada correlativa, pois há uma extensão ou qualificação de
proposições (ideias relevantes) já aprendidas anteriormente e contextualizadas, não é apenas
derivativa, pois transpõem a exemplificação (MOREIRA, 2006).
O conteúdo sequencial do ensino desempenha, portanto, a função de organizador
relevante para aprendizagem, sendo necessário ser acordado e torná-lo conteúdo “fresco”. Assim,
se realiza uma prática com finalidade distinta e voltada ao contexto de interesse (AUSUBEL,
2003).
Ausubel (2003) afirma que a aprendizagem significativa e a assimilação do conteúdo
incluem uma ancoragem, também seletiva e dessa seleção. Ou seja, a aprendizagem não
ocorre no vácuo cognitivo. Nesse caso, o material que será usado para instruir o processo, o
qual é definido por Ausubel (2003) e Moreira (2006) como material potencialmente
significativo, deve observar e se relacionar com os conceitos existentes na cognição e a nova
estrutura do aluno voltando ao que se deseja formular (MOREIRA, 2006).
3 Instrumentação visual e sinestésica com recursos computacionais
Sobre as metodologias específicas, ferramentas ou instrumentos de trabalho do
professor, buscou-se o desenvolvimento desta pesquisa utilizando a ferramenta (ou método)
Visual, Auditory, Read (includes writing), and Kinesthetic (VARK - Visual, Auditiva, Ler -
3 O subsunçor refere-se ao conceito ancoradouro aos pressupostos já existentes no processo de aprendizagem (MOREIRA, 2006), que induz aos novos arranjos mentais a partir das informações adquiridas. 4 Uma proposição é a aprendizagem dos significados, onde dois ou mais conceitos compõem-se em uma semântica. “Por exemplo, a proposição referente à lei de Ohm só poderá ser aprendida significativamente depois que forem aprendidos os conceitos que, combinados, constituem tal proposição” (MOREIRA, 2006, p. 26).
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inclui escrita - e Sinestésico), apresentando a relação entre a teoria e o comprometimento com
a prática contextualizada em conceito real. Esta ferramenta VARK foi apresentada no início
de 1990 (FLEMING; MILLS, 1992).
Fleming e Mills (1992), ao relatarem o estudo realizado em 8.000 salas de aula
durante nove anos, sem especificar esses ambientes, propõem que a aprendizagem ocorra
também por eventos: gráficos e simbólicos que representem a informação de forma Visual
(V); percepção auditiva (A) a partir de palestras e discussão com outros alunos e
professores; por leitura de conceitos (Leitura/Escrita – R); e por percepção da simulação do
real, onde envolve a experiência e a prática expressa em diferentes formas ou usando todos
os modos de percepção – visão, tato, paladar, olfato e audição – denominada Sinestésica
(K).
Macedo (2011) ao observar que o ensino-aprendizagem do eletromagnetismo
possui dificuldades, principalmente para o aluno visualizar os campos magnéticos
identifica a possibilidade de utilizar recursos tecnológicos digitais visuais da área de
informática para integrar o ambiente acadêmico na demonstração dos fenômenos do
eletromagnetismo.
Dorneles, Araújo e Veit (2012) também corroboram e afirmam que os resultados do
ensino com simuladores dos recursos computacionais são associados aos melhores
desempenhos, fazendo, assim, do arcabouço tecnológico uma ferramenta importante no
processo cognitivo para contextualizar o processo de ensino-aprendizagem, servindo de aporte
lógico da disciplina.
Entretanto, é oportuno ressaltar que o emprego da tecnologia, dentro do propósito
metodológico desde seu planejamento, apresenta melhorias significativas no processo ensino-
aprendizagem de áreas que dependem de concepções abstratas (MACEDO, 2011). De tal modo,
é adequado aplicar a tecnologia fundamentada em uma metodologia planejada para que essa
produza o efeito desejado e não seja apenas um formato diferenciado do livro didático.
Nessa proposta, foi desenvolvida uma interface digital com simulações pictóricas para
mediar a aprendizagem do espectro eletromagnético, onde os conceitos são representados por
imagens em movimento. Este artefato, descrito na seção 4 deste, possui um grupo de imagens
que induz a uma “realidade digital” dos conceitos da linguagem matematizada de Maxwell,
sendo configurado como um organizador - ou ancoradouro - de ideias, objetivando funcionar
como um “andaime cognitivo” e independente de outras ferramentas.
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3.1 Objeto de Aprendizagem Digital
O artifício proposto nesta pesquisa configura-se como um Objeto de Aprendizagem
Digital (OAD), considerando as características de reusabilidade e disponibilidade na web, isto é,
pode ser reutilizada e referenciada ao aprendizado em diferentes contextos sendo disponível em
ambiente digital público em rede de computadores (WILEY, 2000; TAVARES et al., 2007).
No contexto identificado por Wiley (2000), o artefato desta pesquisa compõe-se em OAD
por apresentar potencial para ser reutilizado e adaptável não só pelos conceitos de algoritmos
computacionais, mas, também dentro do contexto do ensino-aprendizagem do eletromagnetismo.
Contudo, pode-se também, utilizar as etapas do OAD que foi desenvolvido em blocos podendo ser
aplicado como material instrucional potencializador de outras etapas do ensino (WILEY, 2000).
O OAD, no contexto total, está disponível para ser acessado diretamente no site do
projeto Scratch no endereço <https://scratch.mit.edu/projects/65920268/>. O acesso permite
aos interessados não só a visualização dos eventos desenvolvidos, mas também fazer
download, alterar, compatilhar ou incorporar em uma página da web.
Assim, estando o OAD disponível para execução on-line, torna-se independente da
plataforma de sistema operacional e pode ser acessado em dispositivos móveis e
computadores desktop, desde que haja compatibilidade do sistema.
4 Objeto de Aprendizagem Digital - simulador do espectro eletromagnético
O apelo visual do OAD simula os eventos dentro das conceituações e relações
algébricas, permite ao aprendiz familiarizar-se com os conceitos existentes nos subsunçores
de estágio cognitivo anterior, fazendo com que o ensino ocorra de forma simples. Por ser uma
simulação a partir da antena, proporciona um efeito contextualizado com o fenômeno físico
real do Dipolo Elétrico, que utiliza, assim, um modelo existente e não uma simples
exemplificação conotativa de forma pedagógica.
Os eventos iniciais do OAD trabalham conceitos da Física, assim como ocorre no Ensino
Médio e agregam novas informações paulatinamente. Esses eventos servem para “acordar” uma
estrutura cognitiva já adquirida pelo aluno, mesmo que não tenha ocorrido uma revisão específica.
A Figura 1 apresenta a interface da tela inicial do OAD. Nessa imagem, os balões
(linha pontilhada) demonstram as funções e as letras servem para identificar o evento.
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Os eventos são acionados pelos botões dispostos na tela inicial (Figura 1), dos quais as
letras “a”, “b” e “c”, da Figura 1, são atividades de recuperação dos conceitos das disciplinas
que fundamentam o conteúdo, disponíveis em submenus, que acionam eventos animados.
Figura 1 – Menu inicial de todos os eventos
Fonte: Elaboração do autor
No botão “Conceitos” são disparados três eventos: “Carga q”, “Onda ����” e “Dipolo
Capacitivo”. O evento “Carga q” (Figura 1, letra a) apresenta uma carga positiva e uma carga
negativa, demonstrando a relação entre as cargas pontuais. Ao final dessa animação é
construído o campo uniforme resultante das cargas. Dessa forma demonstra-se que a
eletricidade, como uma forma de energia em relação ao campo de atuação, estabelece um
campo regular, invariante e a partir dali ocorrem os estudos da transformação vetorial entre as
cargas.
No evento da “Onda ����” (Figura 1, letra a), é possível trabalhar a questão de
defasagem angular (ω) e iniciar os conceitos das Telecomunicações. Nessa animação são
estabelecidas as relações vetoriais da senóide da onda elétrica. Sem mencionar o algebrismo é
possível relacionar os efeitos, valores e simbolismos aplicados nesse conteúdo.
O evento do “Dipolo Capacitivo” relaciona o conceito de formação do campo elétrico
com base nas linhas de força do campo elétrico (vetores). Esse evento introduz o conceito de
formação do campo elétrico pelo efeito capacitivo, a relação vetorial das cargas pontuais, que
ocorrem entre as placas do capacitor e a interferência do dielétrico no processo.
O botão “Onda” (Figura 1, letra b) apresenta o contorno senoidal e o efeito do campo
magnético, considerando uma carga pontual no condutor. Nesse evento ainda se pode interferir
na frequência e amplitude da onda, por intermédio dos botões deslizantes. A animação permite
deduzir as diferenças entre frequência e amplitude, a relação da Lei de Faraday sobre o
estabelecimento do campo magnético no condutor percorrido por correntes elétricas,
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relacionando a força eletromotriz entre os terminais do condutor e de Gauss sobre o sentido da
corrente.
Após formado o conceito do campo, o evento “Dipolo” demonstra a relação da onda
elétrica com a grandeza vetorial e defasagem angular da corrente alternada sobre o Dipolo
Elétrico (Figura 1, letra c). Nesse evento, o aprendiz é capaz de identificar a relação senoidal e
vetorial do Dipolo, relacionando informações dos sistemas tecnológicos de uso comum, como a
questão do comprimento da onda, equilíbrio das cargas (linhas de campo “estranguladas”),
tensão senoidal e a interação da corrente elétrica com o diferencial de potencial elétrico. O
evento tem por finalidade ainda introduzir o conteúdo com as aplicações reais.
Até esse ponto da descrição, os eventos do OAD têm por objetivo “acordar” os
subsunçores existentes na cognição, para que os mesmos sejam mediadores da aprendizagem.
Contudo, todos esses aspectos são direcionados para a próxima fase que é a construção do
conceito de espectro eletromagnético e atendem ao conceito de aprendizagem significativa
subordinada correlativa. Esses eventos servem para “despertar” os ancoradouros na cognição
do aluno e potencializar o OAD. Essa fase, por não ser o objeto de pesquisa central, é
demonstrada com maiores detalhes no Apêndice F.
O evento “Campo Elétrico” (Figura 1, letra d) é demonstrada a formação do campo
elétrico com a relação às ondas elétricas (sentidos) da corrente alternada (polarização).
No evento “Campo Elétrico”, o aprendiz poderá controlar o tempo pela barra
deslizante “delay” e também parar o evento em um dado instante com a barra de espaço
(Figura 2), permitindo relacionar grandezas, quantificar, identificar parâmetros relevantes ao
eletromagnetismo. Com base no evento o aluno pode concluir, pela direção das setas das
linhas do campo elétrico (Figura 2b), que há mudanças de direção e que ela está relacionada
com a alternação da corrente elétrica.
Figura 2 – Deslocamento da onda elétrica a partir do Dipolo Elétrico
Figura 2a – Ondas elétricas iniciais Figura 2b – Formação das ondas elétricas
Fonte: Elaboração do autor
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Sob o mesmo efeito visual, na continuidade do emprego do OAD, é demonstrada a
formação do campo eletromagnético em ondas omnidirecionais representadas com um corte
ao meio do campo, de forma demonstrativa da direcionalidade. O evento “Onda
Eletromagnética” (Figura 3) demonstra o efeito da relação da onda elétrica e o campo
magnético formando o espectro eletromagnético (Figura 3a). A simulação apresenta o efeito
omnidirecional, visualizando o interior gerador: a antena amnidirecional (Figura 3b).
Figura 3 – Relação da onda e campo eletromagnético
Figura 3a – Onda Eletromagnética Figura 3b – Campo Eletromagnético
Fonte: Elaboração do autor
O evento “Radiação” (Figura 4) relaciona a evolução omnidirecional das linhas do
campo elétromagnético (Figura 4a) e o Campo 3D, representado por um campo
eletromagnético em movimento com objetivo de demonstar o resultado final (Figura 4b).
Figura 4 – Apresentação tridimensional
Figura 4a – Linhas elétromagnéticas 3D Figura 4b – Campo elétromagnético 3D
Fonte: Elaboração do autor
As simulações dos dois eventos finais reúnem todos os conceitos do OAD, permitindo
dimensionar o impacto da lei da indução eletromagnética e compreender a relação do
eletromagnetismo das antenas.
Nesse processo o aluno passa a reconhecer e interpretar os modelos explicativos para
fenômenos dos sistemas tecnológicos e como as ondas de radiofrequência são formadas.
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Uma questão que se faz necessário ressaltar, é que ao se dedicar e preparar a
fundamentação dos conceitos formadores, demonstrados nos botões “Conceitos”, “Ondas” e
“Dipolo” a construção da segunda fase (espectro eletromagnético), torna-se simples e rápida. O
aluno consegue compreender a questão conceitual e o comportamento das ondas
eletromagnéticas, mesmo sem ter tido acesso a esse tipo de informação anteriormente. Desta
forma, o aluno consegue relacionar os eventos do campo elétrico da corrente alternada com a
formação das ondas (Figura 5).
Figura 5 – Evolução do efeito do sinal senoidal elétrico no tempo sobre o Dipolo Elétrico
Fonte: Elaboração do autor
Pelos conceitos de polarização e indução desenvolvidos, é possível ao aluno entender
a formação do espectro eletromagnético e o comportamento nos dispositivos tipo Dipolo, que
são as antenas utilizadas para transmissão e recepção de sinais.
5 Metodologia aplicada
A proposta metodológica desta pesquisa é a utilização do Objeto de Aprendizagem
Digital (OAD), com a finalidade de simular o efeito do espectro das ondas eletromagnéticas.
Esse OAD foi desenvolvido pelo autor, na linguagem de blocos do software Scratch, como
recurso pedagógico facilitador do processo ensino-aprendizagem na disciplina de
Transmissão de Ondas Eletromagnéticas do curso técnico de Telecomunicações.
O Scratch é uma interface que proporciona uma programação em blocos (linhas de
comandos) sob forma de encaixe, formando uma sequência lógica e demandando pouco
conhecimento de programação. O Scratch permite desenvolver simulações com inserção de
várias mídias (RESNICK et al., 2009). Este recurso foi escolhido pela praticidade da linguagem
e possibilidade de criar estímulos sensoriais favoráveis à aprendizagem com a inserção de
imagens desenvolvidas pelo autor com auxílio de outro software de apresentação e criação de
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slides. A utilização desses recursos foi intencional, para que se possa dar continuidade, caso
haja necessidade, por qualquer pessoa com pouco conhecimento na área computacional.
Dessa maneira, utilizando a facilidade da linguagem em blocos, com a interação das mídias
possíveis no Scratch, foi possível planejar um ambiente, que simula os eventos relativos à formação
do espectro eletromagnético da antena tipo Dipolo Elétrico e as relações do legado de Maxwell.
5.1 Caracterização da pesquisa
As atividades com OAD foram desenvolvidas com duas turmas, ambas do segundo
Módulo de Telecomunicações do IFFluminense Campus Campos-Centro, na disciplina de
Transmissão de Ondas Eletromagnéticas (ementa da disciplina constante do Anexo A). Uma
turma no turno da tarde, a qual teve o conteúdo ministrado por este pesquisador e outra à noite,
com o conteúdo desenvolvido por outro professor. Essas turmas serão designadas daqui por
diante de Mód. II – Tarde e Mód. II – Noite. As atividades da pesquisa desenvolvidas com a
turma Mód. II – Noite tiveram por objetivo comparar os dados e avaliar as interações com
OAD, pois na turma Mód. II – Tarde ocorrerão atividades ao longo da disciplina e na turma
Mód. II – Noite ocorrerão apenas intervenções pontuais. Utilizou-se então essa segunda turma
(Mód. II – Noite) com objetivo de saber se o OAD desenvolvido também teria potencial
significativo, por intermédio de encontros pontuais.
As atividades de intervenção com ambas as turmas são desenvolvidas por intermédio de
questionários (APÊNDICES A, B e C). Sendo cada etapa, ou encontro, precedido de uma
autorização por escrita e assinada pelo participante (APÊNDICE D). As fases e uma breve
descrição estão dispostas no Quadro 1.
Quadro 1 – Atividades desenvolvidas com amabas as turmas
Tipo de atividade
Questões Finalidades das questões
Antes de aplicar o OAD (maio 2015)
Sondagem Fechadas Identificar se o aluno tem conhecimento que servirá de ancoradouro
no processo ensino-aprendizagem Aberta Após aplicar o OAD (comentado cada evento do OAD) (maio 2015)
Avaliação Fechadas Identificar a opinião do aluno sobre o OAD Fechadas
Avaliar a relação de aprendizagem por intermédio do OAD Aberta
Ao final do conteúdo (dezembro 2015) Investigativa da aprendizagem
Fechadas Identificar o quanto o OAD foi importante na construção dos conceitos do eletromagnetismo utilizando simulação visual
Fonte: autor
15
Observando o quadro, nota-se que as duas primeiras atividades, de sondagem e após o
OAD, foram aplicadas no início do mês de maio; a última no início de dezembro. Essas datas
são o início e término do semestre letivo de 2015, respectivamente5.
Na turma Mód. II - Tarde durante o desenvolvimento do conteúdo recorreu-se ao
OAD, para intervir no processo de ensino, quando se fez necessário. Na turma Mód. II –
Noite não houve esse tipo de intervenção, apenas mencionado pelo professor da turma Mód.
II – Noite. Sobre a formação do espectro eletromagnético da antena Dipolo Elétrico, ambas as
turmas receberam a orientação com o OAD e a mesma apostila.
Os questionários foram desenvolvidos com respostas fechadas: “sim”, “não” e
“indiferente”, escala de percepção de Likert com cinco opções, sendo apresentadas
alternativas em gradação (1 a 5) e de aderência (Concordo; Concordo Parcialmente;
Indiferente; Discordo Parcialmente; e, Discordo) (MATTAR, 2005). O segundo questionário
utilizou-se de uma questão de múltipla escolha, com sete opções corretas.
No primeiro e segundo questionários havia uma questão aberta igual, que tinha por
objetivo identificar o conhecimento sobre o OAD utilizado e no terceiro havia outra
questão aberta, porém, com a finalidade de identificar a aprendizagem do espectro
eletromagnético.
Do universo de 21 participantes iniciais das duas turmas, na turma Mód. II – Tarde, 16
alunos responderam ao primeiro e ao segundo questionário. No terceiro questionário teve uma
redução para 11 alunos6. Já na turma Mód. II - Noite participaram cinco alunos nas três
atividades. Por isso, resolveu-se analisar os questionários com o universo reduzido de 16
alunos: 11 do Mód. II – Tarde e cinco Mód II – Noite. Esse universo foi selecionado
considerando a participação nas três intervenções (11 do Mód. II – Tarde e cinco do Mód II –
Noite).
O OAD foi desenvolvido pelo autor com base em pesquisa da Iniciação Científica (IC)
do IFFluminese Campus Campos-Centro, que o autor participa, sob coordenação da mesma
orientadora desse artigo. A IC coordenada pela Profa. Dra. Suzana tem por objetivo o
desenvolvimento de artefatos digitais em Realidade Aumentada para o ensino do
eletromagnetismo. Entretanto, o OAD, aqui analisado, foi desenvolvido considerando
especificamente o conteúdo da disciplina aplicada.
5 O 1º semestre de 2015 estendeu-se até o fim do ano devido ao movimento de paralisação das aulas por 90 dias (greve reivindicatória dos profissionais da Educação Federal). 6 A divergência do quantitativo no turno da tarde foi devido a desistência de alunos, após a paralisação das aulas.
16
5.2 Atividades desenvolvidas
A aplicação da pesquisa na disciplina de Transmissão de Ondas Eletromagnéticas na
turma Mód. II - Tarde, iniciou-se, então, com a revisão dos conceitos do Ensino Médio
necessária ao entendimento do eletromagnetismo (carga pontual, relação das linhas de força
do campo elétrico e magnético) e somente após rever os conceitos é que se utilizou o OAD
desenvolvido. Para essa etapa apoiou-se na teoria da Aprendizagem Significativa sobre os
conceitos prévios e foram recordados os conceitos aprendidos no Ensino Médio. É
concernente ressaltar que a etapa de revisar conceitos apenas ocorreu na turma Mód. II –
Tarde.
Após essa fase buscou-se detectar o conhecimento prévio do aluno sobre o
eletromagnetismo, por intermédio de um questionário de sondagem (Apêndice A). A
sondagem do conhecimento dos alunos e demais intervenções, desenvolvidas nessa fase,
ocorreram de forma uniforme nas duas turmas. Apenas a revisão de alguns conteúdos do
Ensino Médio para essa área que ocorreu somente com a turma Mód II – Tarde.
A introdução do OAD ocorreu antes dos aspectos curriculares da disciplina de
Transmissão de Ondas Eletromagnéticas no contexto específico, sendo essa fase avaliada
novamente após trabalhar com OAD, por intermédio de questionário de averiguação
(Apêndice B).
Para garantir o recurso pedagógico e observando a metodologia visual e sinestésica,
foi desenvolvida uma apostila explicativa sobre o conteúdo, disponibilizada para os alunos ao
mesmo tempo que em foi desenvolvida a atividade com OAD.
Ao final da disciplina, considerando todo o conteúdo ministrado apresentado no
Anexo A, foi aplicado um novo questionário (Apêndice C). Essa fase teve por objetivo
identificar se a aprendizagem havia ancorado na cognição e se ocorreu formação de novos
subsunçores, considerando a identificação dos conceitos acadêmicos nos recursos
cotidianos. Nessa etapa aproveitou-se para que o aluno avaliasse a metodologia
desenvolvida.
A avaliação da aprendizagem científica do aluno ocorreu dentro de uma visão de
processo e melhoria e não produto de memorização. Por isso, utilizou-se questões fechadas e
abertas. A questão aberta continha uma pergunta sobre o funcionamento do Dipolo e dos
efeitos do espectro eletromagnético.
17
6 Análise da atividade desenvolvida com o OAD
A primeira atividade foi a sondagem (Apêndice A). Nessa etapa, a primeira, segunda e
terceira questões do questionário buscaram o conhecimento do aluno sobre o eletromagnetismo.
Do universo dos 16 alunos, os cinco alunos do turno da noite (100% dos alunos)
haviam terminado o Ensino Médio (E.M.), portanto, conheciam os conceitos de magnetismo e
eletrotécnica. Os cinco responderam que conheciam eletromagnetismo, entretanto, apenas um
conhecia a relação dos postulados de Maxwell.
Ainda sobre as três primeiras indagações de sondagem, na turma Mód. II – Tarde
apenas quatro alunos haviam concluído o E.M. Tal fato demonstrou uma divergência sobre
conhecer os conceitos do eletromagnetismo. Nesse grupo, seis desconheciam o
eletromagnetismo e apenas um disse conhecer os postulados de Maxwell.
A terceira questão indagou se o aluno acha que os conceitos aprendidos da Física
ajudariam no entendimento dos sinais de uma antena. Nessa questão do universo de 16
alunos, apenas um marcou a opção indiferente (não sabia relacionar). No Mód. II – Noite
quatro concordaram e um concordou parcialmente, já o Mód. II – Tarde houve uma
relação inversa, a maioria (oito alunos) concordou parcialmente e dois concordaram.
A quarta questão abordou o conhecimento sobre a geração dos sinais de uma
antena omnidirecional de forma prática, utilizando imagens na seguinte forma: a primeira
imagem é relacionada com as informações dos cartazes de sinalização (as ondas
eletromagnéticas se distanciam uniformemente da antena), a segunda coerente com os
conceitos sobre a formação do campo eletromagnético (capacitância e indutância) e a
terceira imagem representa uma relação de sobreposições de potências de sinais. Os
resultados dessa questão são apresentados na Figura 6.
Figura 6 – Gráfico da análise visual do campo irradado da antena omnidirecional
Fonte: Elaboração do autor
Convencional das placas de sinalização
Resposta Correta
Sobreposição de potências de sinais
18
Ficou evidente no gráfico da Figura 6 que a maioria (12 alunos – 75%) tendeu para a
imagem que corresponde aos símbolos e placas de rede sem fios, três alunos (18,75%) optaram
pela resposta que apresenta a sobreposição de sinais e apenas um (6,25%) escolheu a forma
correta de representação. Nessa análise percebe-se que a maioria não conseguiu relacionar os
conceitos da Física com a imagem correta. Vale destacar que o aluno que conseguiu acertar essa
questão, ao ser questionado sobre a opção que marcou, respondeu que ela era diferente, por isso
assinalou.
Já a quinta questão, foi uma pergunta aberta sobre o funcionamento da antena Dipolo
Elétrico e apenas uma pessoa respondeu, entretanto, não estava coerente.
Foi então apresentado o OAD e suas funcionalidades, juntamente disponibilizada a
apostila com esse conteúdo. Após esse momento, foi entregue o questionário da atividade de
avaliação da aprendizagem dessa etapa (Apêndice B) com o intuito de identificar se o aluno havia
conseguido conectar os conceitos da disciplina da Física com as imagens e formado novas
proposições.
A primeira questão dessa fase buscou o entendimento do aluno quanto a ajuda do
OAD. A turma Mód. II – Noite, concordou 100% que o OAD facilitou a compreensão, já na
turma Mód II – Tarde, 9 alunos (81,82%) concordaram e 2 alunos (18,18%) concordaram
parcialmente, na ajuda que o OAD proporcionou.
Quanto à relação da necessidade de cálculos algébricos para aprendizagem, na turma
Mód II – Noite, todos (100%) preferiram a simulação e a turma Mód. II – Tarde dividiu-se,
mas ninguém optou por aplicação algébrica. A imagem do gráfico (Figura 7) apresenta a
divisão dos alunos, dos quais 11 alunos discordam da interferência pelo método algébrico,
sendo cinco desses, da turma Mód. II – Noite. Os demais valores do gráfico são da turma
Mód. II – Tarde.
Figura 7 – Gráfico após OAD sobre a aprendizagem com necessidade de álgebra
Fonte: Elaboração do autor
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Concordo
Concordo Parcialmente
Indiferente
Discordo Parcialmente
Discordo
19
Quanto à relação da necessidade dos conceitos da disciplina de Física e o aprendizado
de eletromagnetismo na emissão de sinais das antenas, a maioria dos participantes concordam
com essa necessidade, apenas um discorda e outro não sabia se posicionar sobre o assunto
(Figura8).
Ao avaliar a imagem do gráfico setorial da Figura 8, nota-se que entre “concordo” e
“concordo parcialmente” a aderência é muito maior, com nove (56,25%) alunos e cinco
(31,25%) alunos respectivamente. O aluno que discordou do auxílio dos conceitos da Física
como facilitador é do Mód. II – Noite. Esse aluno já havia concluído o Ensino Médio.
Figura 8 – Gráfico após OAD sobre a necessida da Física na visão do aluno
Fonte: Elaboração do autor
Na quarta questão, foi utilizado o padrão múltipla escolha e teve por objetivo identificar
quais conceitos foram assimilados com o OAD. Os conceitos sobre campo elétrico e magnético,
polarização da antena e dos campos, indução magnética e elétrica, obtiveram o aproveitamento
acima de 80%. Os itens, da questão sobre campo capacitivo e relação de forças da carga,
ficaram com rendimento em torno de 50% e aqueles sobre conversão de energia elétrica
alternada em eletromagnética apresentaram 100% (16 alunos) de aproveitamento.
Ressalta-se que para a questão de múltipla escolha, na avaliação da turma do Mód. II –
Noite todos se ativeram à conversão da corrente elétrica alternada para energia
eletromagnética, enquanto a turma do Mód. II – Tarde, exibiu outros focos. Esse fato
diferenciado da turma da tarde sugere ser devido à revisão realizada anteriormente ao OAD.
No final do questionário repetiu-se as duas últimas questões da atividade de
sondagem. Sobre a melhor representação visual do espectro eletromagnético todos obtiveram
100% de acerto e a questão aberta todos conseguiram responder após o OAD.
Na avaliação da turma do Mód. II – Noite, todos se detiveram aos conceitos da
relação da conversão da corrente elétrica alternada para eletromagnética e polarização. Na
turma do Mód. II – Tarde, houve outros focos relacionando conceitos de polarização do
campo elétrico e magnético, inversão da corrente no tempo em cada polo e conversão da
Concordo Concordo Parcialmente
Indiferente
Discordo
20
corrente elétrica alternada em campos eletromagnéticos, em aproximadamente 90% das
respostas.
Essas duas questões permitiram considerar que o OAD influenciou positivamente no
aprendizado do espectro eletromagnético de imediato.
Após essa etapa, a turma Mód II – Tarde continuou o conteúdo, porém com
explicações e retorno ao objeto de aprendizagem, e a turma Mód II – Noite seguiu com o
professor da disciplina. Como houve a paralisação (greve), todos os participantes concluíram
ou estavam concluindo o Ensino Médio, apenas um ainda não havia concluído o Ensino
Médio.
Por ocasião do término do conteúdo foi realizada uma nova interação com a atividade
final (Apêndice C), com objetivo de avaliar o processo ensino-aprendizagem e também o OAD.
Quanto ao auxílio do OAD para compreensão dos conceitos, os 16 alunos (11 Mód. II
– Tarde e cinco Mód. II – Noite), 14 (87,5%) “concordam” e 2 (12,5 %) “concordam
parcialmente” com a colaboração do OAD para entender o conteúdo ministrado na disciplina
de Transmissão de Ondas Eletromagnéticas.
Sobre o ensino apoiado na álgebra, foi exposto para os alunos do Mód. II – Tarde e
explicado o significado dos símbolos do cálculo vetorial, utilizando como exemplo a Lei de Gauss
para o magnetismo na oportunidade da explanação do conteúdo, sem desenvolver as regras de
derivação ou integração, apenas demonstrando e explicando. Com a turma do Mód. II – Noite,
essa explicação ocorreu no momento da atividade. Assim, após a exposição do conteúdo, a turma
preferiu a Simulação com imagens do OAD e a turma do Módulo II – Tarde, 10 (91%)
participantes preferiram a simulação do OAD e 1 (9%) mostrou-se indiferente quanto ao uso de
fórmulas.
Em relação ao aprendizado e às atividades desenvolvidas, considerando a
metodologia visual e sinestésica, utilizou-se uma tabela com alternativas de notas de 1 a 5
(aderência) onde a valorização foi avaliada considerando “1” a nota mínima e “5” a nota
máxima (Quadro 1).
Quadro 1 – Avaliação dos alunos sobre os itens da metodologia aplicada
Opção Item
1 2 3 4 5
Apostila de transmissão de ondas 4 12 Exposição do conteúdo em sala de aula 16 Simulação (Objeto de Aprendizagem Digital) 1 15 Interação com o colega 1 2 13
Fonte: Elaboração do autor
21
Quanto ao emprego da apostila (leitura), o quadro acima mostra que a avaliação
divergiu entre os 12 alunos (75%) que concordaram e 4 alunos (25%) que concordam
parcialmente (esses alunos são do Mód. II – Tarde).
Ainda apreciando o Quadro 1, nota-se que todos concordaram em 100% quanto a
exposição oral em sala pelo professor, a explicação do conteúdo e ao emprego do OAD
(visual), na simulação do espectro eletromagnético.
Na avalição do OAD (sinestesia) 15 alunos (93,97%) concordaram e um (6,25%)
concordou parcialmente que a simulação foi válida para a aprendizagem desejada.
O último item do quadro leva a perceber que a interação com o colega ficou dispersa:
um aluno (6,25%) ficou indiferente; dois alunos (12,50%) concordaram parcialmente e 13
alunos (81,25%) concordam que a interação com o colega ajudou na compreensão do conteúdo.
Na pergunta aberta sobre o aprendizado do conteúdo, ocorreram várias respostas,
entretanto, todas voltavam-se para ações práticas e a relação com suas aplicações, tais como:
local do roteador, posição de antenas, desvanecimento do sinal de celular, comunicação entre
satélites para telefonia, televisão e a internet. A turma do Mód. II – Tarde conseguiu também
explicar a propriedade e progressão da onda eletromagnética.
Pelas respostas evidenciou-se uma quebra de paradigmas, distanciando-se do ensino
“usual” dos livros acadêmicos, do formato algébrico e introduzindo os conceitos com uma
metodologia visual, conforme citou Moreira (2006), Arrais et al. (2009) e Baretta et al. (2011),
mencionados na segunda seção deste estudo. Um indicador desta conclusão é que os alunos, na
pergunta aberta da terceira intervenção, exibem respostas corretas às questões práticas e reais de
aplicação das ondas eletromagnéticas. Tal relação foi evidenciada em ambas as turmas.
A comparação entre as duas turmas Mód. II – Tarde e a Mód. II – Noite demonstrou
que apesar do OAD conseguir ser bem avaliado pelos alunos e obter resultados favoráveis, há
uma necessidade de relacionar o conhecimento prévio do aluno a fim de otimizar a
aprendizagem de forma organizada, conforme demonstra a evolução para o segundo e terceiro
questionários aplicados.
Sobretudo, é necessário ressaltar que o artefato digital desenvolvido e a metodologia
empregada contemplam os Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio – Parte III
(PCNEM III) e o Currículo Mínimo para Física no Rio de Janeiro (CM-RJ), utilizando
recursos computacionais como parte do planejamento do processo ensino-aprendizagem. Esta
pesquisa atende à proposta do PCNEM III, para criar soluções de problemas práticos e ao
22
CM-RJ quanto aos fenômenos tecnológicos atuais. Assim, o desenvolvimento do OAD sobre
o campo eletromagnético do Dipolo observa também o CM-RJ no qual pondera: reconhecer,
utilizar, interpretar e propor modelos explicativos para os fenômenos em sistemas
tecnológicos; identificando e relacionando as grandezas envolvidas; dispor o conteúdo
relacionado com o cotidiano; propiciar a interpretação e propor modelos explicativos para
sistemas tecnológicos. Pela análise das respostas abertas no segundo e terceiro questionários
esse fato fica evidenciado, porém, com maior aderência na turma Mód. II – Tarde que além de
receber a revisão do conteúdo também teve maior contato com o OAD.
O OAD foi desenvolvido com objetivo de exemplificar a irradiação da antena Dipolo
Elétrico comumente aplicado para ensinar a transmissão de sinais, observando as orientações
dos órgãos que regulam o processo ensino-aprendizagem (PCNEM III e CM-RJ). Entretanto,
as características necessárias ao desenvolvimento proporcionam também o uso na área de
Física para apresentar a relação dos conceitos dos fenômenos abstratos do eletromagnetismo.
Ponderando os resultados positivos entre as duas turmas, as relações do PCNEM III e
CM-RJ, fica evidenciado que o OAD facilitou o processo de aprendizagem e possui coerência
bibliográfica e relevância acadêmica, bem como a metodologia visual e sinestésica com a
interferência visual e sinestésica apoiando-se no sistema computacional. Desta forma,
responde-se à questão de estudo, no qual o OAD aqui analisado potencializa o ensino de
eletromagnetismo no curso técnico. Outra condição que corrobora para identificar a
potencialidade do OAD é a análise geral quantitativa das questões fechadas (Apêndice E) e
qualitativa das respostas dos alunos nas questões abertas, bem como a boa aceitação dos
alunos, analisa na atividade após conclusão do conteúdo.
7 Considerações finais
Inicialmente, pela atividade de sondagem, detectou-se que os alunos do curso Técnico
de Telecomunicações não tinham retido conceitos sobre o comportamento das ondas
eletromagnéticas necessários à transmissão dos sinais das antenas, item importante para as
telecomunicações, sendo adquirida a compreensão do contexto após o Objeto de Aprendizagem
Digital (OAD) e respondendo assim, ao primeiro objetivo específico desta pesquisa.
Pela avaliação comparativa da primeira e segunda atividades, evidencia-se nas respostas
às questões de múltipla escolha e aberta que houve boa aderência do conteúdo, que é o segundo
objetivo específico, desta pesquisa. Nesse caso, também qualifica o OAD, que é o terceiro item
23
específico e, também, a pergunta de pesquisa da viabilidade do ensino de eletromagnetismo por
intermédio de simulação de imagens do OAD, pelo desempenho dos alunos.
Quanto à utilização da linguagem Matemática, essa pode ser introduzida após o aluno
entender qual é a relação dos conceitos do espectro eletromagnético e como cada relação dos
fenômenos se associam no contexto. Assim, o conhecimento acadêmico não será apenas um
processo de memorização para uma “avaliação” do aluno, mas introduzido como andaime
cognitivo e por isso permanente.
Um processo importante observado é que quando há subsunçores e são acordados,
esses propiciam novos arranjos correlatos lógicos. Tal afirmação fica nítida quando
observados os valores absorvidos entre os alunos Mód. II – Tarde e Noite na pergunta aberta
do segundo questionário, em que os alunos do Mód. II – Noite restringem-se à geração da
energia eletromagnética pela energia elétrica alternada, desconsiderando os demais processos
de polarização da corrente, o modelo de capacitor e indução.
A turma Mód. II – Noite apresentou boa receptividade quanto ao emprego do OAD,
quando analisadas apenas as questões fechadas, onde denotou-se também um encantamento
pelo “novo” disponibilizado pelo OAD. O fator “novo” não é observado no Mód. II – Tarde,
por este pesquisador. Entretanto, apesar da boa receptividade, a Mód. II – Noite teve uma
percepção mais carente, quando comparado com a Mód. II – Tarde.
O resgate do conteúdo, apesar de não ser proposta entre os objetivos desta pesquisa e,
sim, do contexto da fundamentação teórica, demonstrou ser um ponto diferencial, pois além
de nivelar o conhecimento dos participantes, evitou distorções, ou seja, juntamente com o
OAD propiciou a ancoragem do conteúdo ministrado aos das disciplinas do Ensino Médio,
evidenciando ser um processo importante.
É necessário relatar, também, que o uso da tecnologia em sala permitiu integrar o
conteúdo dentro do planejamento pedagógico permitindo visualizar os conceitos do espectro
eletromagnético, de forma interativa, por intermédio do uso de linguagem visual, propiciada
pela ferramenta Scratch, que viabiliza uma possível continuidade de estudo e melhoria
contextualizando para outros aspectos.
Esta pesquisa sugere, ainda, a possibilidade de continuidade dentro do mesmo contexto de
ensino, entretanto, ressalta-se a possibilidade de ser utilizado software matemático que
proporcione visualização em 3D, como por exemplo o GeoGebra. Tal processo poderia permitir
que o aluno visualizasse o campo irradiado pela antena de forma visual e as relações algébricas
necessárias ao mesmo tempo. Outra questão a ser abordada é o uso de tecnologia com maior
24
interação como a hiper-realidade, em que o aluno poderia interferir no efeito digital do OAD por
ações e interações reais com ambiente digital. Contudo, quanto ao OAD especifico desenvolvido
para esta pesquisa, uma questão importante de investigação futura seria a aplicação no 3º ano do
Ensino Médio, utilizando, dessa forma, a tecnologia conforme orienta o PCNEM III, no processo
de ensino-aprendizagem. Todavia, observando que a tecnologia deve estar dentro do contexto do
planejamento do conteúdo a ser explorado e o conteúdo sugerido pelo CM-RJ.
Electromagnetism teaching simulation in the course
telecommunications technician
Abstract
The teaching of electromagnetism is developed based on vector calculations studied in
university courses. However, electromagnetism is high school theme and an important issue
in technical courses that do not have in the curriculum the calculations that underly the laws
of electromagnetism. For that matter the purpose of this research is the electromagnetism
teaching-learning process using animated visual interfaces allowing the introduction of
bibliographic concepts and visual relation of algebra and telecommunications in technical
course. Using the theory to provide the meaningful learning through computational resources
a methodology using simple application software was developed. The Learning Object was
created and the learning was analyzed by questionnaires. It was identified that the interface
provided to the students gave the possibility to identify the relation of electromagnetic
spectrum with real operation devices, and not merely theoretical contexts. Therefore, the
availability of this proposal was considered and the possibility of continuity of the research by
applying also in high school.
Key words: Electromagnetism. Meaningful learning. Learning Object.
REFERÊNCIAS
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25
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26
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27
APÊNDICES E ANEXO
APÊNDICE A – Questionário com a atividade de sondagem
APÊNDICE B – Questionário com a atividade após aplicar o Objeto de Aprendizagem
APÊNDICE C – Questionário com a atividade após concluído o conteúdo
APÊNDICE D – Autorização
APÊNDICE E – Tabela com os dados quantitativos gerais
APÊNDICE F – Imagens do OAD
ANEXO A – Ementa da disciplina de Transmissão de Ondas Eletromagnéticas do Curso
técnico de Telecomunicações ofertado pelo IFFluminense campus Campos-
Centro
28
APÊNDICE A – Questionário com a atividade de sondagem
1 – Você já estudou alguma disciplina que envolve os conceitos de eletromagnetismo?
( ) Não ( ) Sim Qual? ___________________________________________ 2 – Você conhece a relação dos postulados de Maxwell com o eletromagnetismo?
( ) Não ( ) Sim ( ) Não sei
3 – Você conseguiria dizer que os aprendizados da física podem ajudá-lo a entender a emissão dos sinais de uma antena?
( ) Concordo ( ) Concordo Parcialmente ( ) Indiferente ( ) Discordo Parcialmente ( ) Discordo
4 – Qual a melhor representação de uma antena omnidirecional e seu campo de atuação?
a) ( ) Ondas eletromagnéticas a partir da antena geradora
b) ( ) Campo e ondas eletromagnéticas a partir da antena geradora
c) ( ) Campo eletromagnético a partir da antena geradora
5 – Como uma antena (Dipolo Elétrico) funciona?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
29
APÊNDICE B – Questionário com a atividade após aplicar o Objeto de Aprendizagem
1 – O objeto digital apresentado facilitou seu entendimento para compreender como as ondas eletromagnéticas são formadas?
( ) Concordo ( ) Concordo Parcialmente ( ) Indiferente ( ) Discordo Parcialmente ( ) Discordo
2 – Com o objeto digital apresentado você precisa de alguma fórmula matemática para compreender o campo eletromagnético de um Dipolo Elétrico?
( ) Concordo ( ) Concordo Parcialmente ( ) Indiferente ( ) Discordo Parcialmente ( ) Discordo
3 – Você conseguiria dizer que os aprendizados da física podem te ajudar para entender a emissão dos sinais de uma antena?
( ) Concordo ( ) Concordo Parcialmente ( ) Indiferente ( ) Discordo Parcialmente ( ) Discordo
4 – Após a apresentação do objeto de aprendizagem você identificou a relação de (marque apenas as que conseguiu identificar):
( ) Indução do campo elétrico ( ) Campo capacitivo da corrente elétrica ( ) Polarização dos campos ( ) Relação do campo elétrico e magnético ( ) Relação do sentido da corrente alternada com a formação da onda ( ) Dispersão das ondas eletromagnéticas ( ) Desempenho das carga pontuais e as linhas de força do campo elétrico 5 – Qual a melhor representação de uma antena omnidirecional e seu campo de atuação?
a) ( ) Ondas eletromagnéticas a partir da antena geradora
b) ( ) Campo e ondas eletromagnéticas a partir da antena geradora
c) ( ) Campo eletromagnético a partir da antena geradora
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6 – Como uma antena (Dipolo Elétrico) funciona?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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APÊNDICE C – Questionário com a atividade após concluído o conteúdo 1 – Qual é a sua formação atual?
( ) 1º ano do Ensino Médio (EM) ( ) 2º ano do EM ( ) 3º ano do EM ( ) Curso técnico _________________________
2 – Antes da disciplina de Transmissão de Ondas, você já conhecia os conceitos sobre o eletromagnetismo?
( ) Sim ( ) Não ( ) Não me recordo 3 – Você entendia a aplicação do eletromagnetismo nas telecomunicações, antes de conhecer a disciplina de Transmissão de Ondas?
( ) Sim ( ) Não ( ) Indiferente
3.1 – E depois do contato com o conteúdo? ( ) Sim ( ) Não ( ) Indiferente
4 – Você acha que a simulação usada em sala facilitou o entendimento de campo eletromagnético? Considere “1” para a nota mínima e “5” para a nota máxima.
( ) 5 – Concordo ( ) 4 – Concordo Parcialmente ( ) 3 – Indiferente ( ) 2 – Discordo Parcialmente ( ) 1 – Discordo
5 – Em relação aos estudos de eletromagnetismo e a álgebra. A disciplina de Transmissão de Ondas pode ser desenvolvida com análise de fórmulas e cálculos, sem a utilização de simulação por imagens. Considere “1” caso você prefira a simulação por imagens e “5” caso prefira o uso de fórmulas.
( ) 5 – Concordo ( ) 4 – Concordo Parcialmente ( ) 3 – Indiferente ( ) 2 – Discordo Parcialmente ( ) 1 – Discordo
5.1 – Você prefere o conteúdo de Transmissão de Ondas por simulações ou fórmulas e cálculos? ( ) Simulação ( ) Fórmulas e cálculos ( ) Indiferente 6 – Em relação a seu aprendizado e às atividades desenvolvidas, avalie a importância de cada item da tabela. Considere “1” a nota mínima e “5” a nota máxima. Avalie uma linha independente da outra.
Opção Item 1 2 3 4 5
Apostila de transmissão de ondas Exposição do conteúdo em sala de aula Simulação (Objeto de Aprendizagem Digital) Interação com o colega
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7 – Avalie a importância do Objeto de Aprendizagem Digital utilizado na disciplina? Considere “1” a nota mínima e “5” a maior máxima.
( ) 1 ( ) 2 ( ) 3 ( ) 4 ( ) 5 8 – Comente sobre a importância e aplicação do eletromagnetismo e do estudo da antena dipolo. ___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
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APÊNDICE D – Autorização
CONSENTIMENTO DE LIVRE PARTICIPAÇÃO EM PESQUISA DE
CAMPO SOBRE OBJETO DE APRENDIZAGEM
Esta pesquisa desenvolvida por MARCO ANTONIO GOMES TEIXEIRA DA
SILVA, Identidade 019445803-0, tem o objetivo de identificar a viabilidade do emprego de
objeto de aprendizagem desenvolvido para o ensino do campo eletromagnético de um dipolo
elétrico.
Você está sendo convidado a participar do questionário que contribuirá nesta pesquisa.
O autor desta investigação identificado acima, dá garantia de sigilo nominal e anonimato para
todos que participarem.
Sua PARTICIPAÇÃO É VOLUNTÁRIA, o que significa que terá o direito de decidir
se deseja participar ou não, bem como desistir a qualquer momento. Contudo é ressaltada a
importância de sua contribuição.
MARCO ANTONIO GOMES TEIXEIRA DA SILVA
Pesquisador
Eu ________________________(colocar somente as iniciais), declaro ter sido
esclarecido(a), a respeito da pesquisa e os termos desta e autorizo que o material e
informações obtidas possam ser publicados em aulas, seminários, congressos, palestras ou
periódicos científicos. Porém, não deve ser identificado por nome em qualquer uma das vias
de publicação ou uso. Para tal rubrico a seguir: ________________________
34
APÊNDICE E – Tabela com os dados quantitativos gerais
Tabela 1 – Visão geral dos dados
Fonte: Elaboração do autor
Análise das atividades desenvolvidas com as duas turmas considerando os levantamentos quantitativos
Questão Turma (%) Total
Tarde Noite % Qtde Atividade de sondagem
Conhecimento do eletromagnetismo
Ensino Médio Completo 36,36 100 56,25 9 Conhecimentos dos conceitos 45,46 100 62,50 10
Aprendizado da Física na disciplina de Tx. Ondas
Concordaram 18,18 80 37,50 6 Concordaram parcialmente 72,73 20 56,25 9 Indiferente 9,09 - 6,25 1
Representação gráfica do espectro de uma antena
Forma da sinalização de cartazes 72,73 80 75,00 12 Forma correta - 20 6,25 1 Sobreposição de sinais 27,27 - 18,75 3
Atividade imediatamente após o emprego do OAD
Compreensão com ajuda do OAD
Concordou 81,82 100 87,50 14 Concordaram parcialmente 18,18 - 12,50 2
Necessidade da álgebra para compreensão
Concordaram parcialmente 9,09 - 6,25 1 Indiferente 27,27 - 18,75 3 Discordaram parcialmente 9,09 - 6,25 1 Discordaram 54,45 100 68,75 11
Conceitos da Física no processo
Concordam 54,45 60 56,25 9 Concordam parcialmente 36,36 20 31,25 5 Indiferente 9,09 - 6,25 1 Discorda - 20 6,25 1
Identificação dos conceitos
Indução do campo elétrico 81,82 80 81,25 13 Capacitância 81,82 40 50 8 Polarização do campo eletromagnético 90,91 60 81,25 13 Relação do campo eletromagnético 100 100 100 16 Polarização da corrente 100 100 100 16 Dispersão da onda 81,82 80 81,25 13 Campo elétrico e linhas de força das cargas 63,64 20 50 8
Representação gráfica do espectro de uma antena
Forma correta 100 100
100 16
Atividade após conclusão do conteúdo
Ajuda do OAD no conteúdo
Concordam 90,91 80 87,50 14 Concordam parcialmente 9,09 20 12,50 2
Necessidade da álgebra para compreensão
Concordaram 90,91 100 93,75 15 Indiferente 9,09 - 6,25 1
Metodologia visual e sinestésica
Concordam com a apostila (5) 63,64 100 75 12 Concordam parcialmente com a apostila (4) 36,36 - 25 4 Exposição em sala 100 100 100 16 Concordam com a ajuda da simulação (OAD)
100 80
93,75 15
Concordam parcialmente com a ajuda da simulação (OAD)
- 20
6,25 1
Concordam com a interferência do colega 100 40 81,25 13 Concordam parcialmente com a interferência do colega
- 40
12,50 2
Indiferentes com a interferência do colega - 20 6,25 1
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APÊNDICE F – Imagens do OAD
Figura 1F – Menu inicial
Fonte: Elaboração do autor
A partir do menu inicial todos os eventos são acessados e em cada tela é possível
retornar ao menu inicial, com auxílio do botão “Menu” e desencadear novos eventos.
O botão “Conceitos” desenvolve atividades que relacionam a formação do campo
elétrico considerando os conceitos de carga pontual e a relação vetorial dos efeitos entre uma
carga positiva e negativa (Carga q). Logo após é demonstrado o efeito vetorial da polarização
da corrente elétrica alternada e as questões angulares (Onda ���) e seguindo conclui essa etapa
conceitual com os efeitos da capacitância do Dipolo Elétrico (Dipolo Capacitivo). Essas
etapas são demonstradas nas imagens a seguir das Figuras 2 F até 4F.
O botão “Conceitos” trabalha as questões elétricas relacionadas ao Dipolo Elétrico. Após
essa fase são realizadas considerações sobre o efeito da indução da carga elétrica pontual e o
campo magnético pelo evento “Onda”. Nesse evento aproveitou-se para introduzir a possibilidade
de alterações na frequência e amplitude da onda elétrica, considerando o padrão senoidal.
Essas etapas são encerradas com a visualização do efeito vetorial, considerando a onda
elétrica senoidal, sobre o Dipolo Elétrico. Sendo na sequência, apresentada a relação do efeito
e formação do espectro eletromagnético.
36
As imagens seguintes demonstram a evolução dos eventos iniciais, os quais
foram discutidos na quinta seção do artigo. Os demais eventos do OAD foram
discutidos e apresentadas as imagens, por serem a finalidade principal desse estudo.
Figura 2F – Evento Conceitos (Carga q)
Fonte: Elaboração do autor
Figura 3F – Evento Conceitos (Onda ����)
Fonte: Elaboração do autor
Evolução da animação
Evolução da animação
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Figura 4F – Evento Conceitos (Dipolo Capacitivo)
Fonte: Elaboração do autor
Figura 5F – Evento Onda
Fonte: Elaboração do autor
Evolução da animação
Evolução da animação
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ANEXO A – Ementa da disciplina de Transmissão de Ondas Eletromagnéticas do Curso técnico de Telecomunicações ofertado pelo IFFluminense campus Campos-Centro
PLANO DE ENSINO
Disciplina: Transmissão de Ondas Eletromagnéticas Carga Horária: 40h Módulo: II Ementa
Espectro eletromagnético. Tipos de propagação. Propagação no espaço livre. Propagação na
atmosfera. Influência do solo e de obstáculos. Propagação por difração. Propagação ionosférica e troposfera. Efeitos da atmosfera na propagação de micro-ondas e de ondas milimétricas. Comunicação via satélite. Desvanecimento.
Linhas de transmissão: características, parâmetros primários e secundários. Guias de ondas. Ressonância em micro-ondas. Linhas de fita. Parâmetros de espalhamento. Dispositivo passivos de micro-ondas. Dispositivos anisotrópicos de micro-ondas. Transformadores de impedância.
Objetivos
Compreender as características das ondas eletromagnéticas. Conhecer o espectro de frequência e suas utilizações. Proporcionar aos alunos conhecimentos sobre os fundamentos teóricos ao tratamento da propagação de ondas eletromagnéticas, bem como a reflexão, refração e difração. Conhecer as regiões ou as camadas da atmosfera (troposfera, estratosfera e ionosfera) e suas características. Conhecer as variações regulares e as variações irregulares da ionosfera, capacitando o entendimento desta influência nas comunicações. Compreender as influências das condições do tempo, fenômenos meteorológicos, na comunicação. Conhecer como ocorre a comunicação via satélite. Conteúdo
• Características das ondas eletromagnéticas. • Espectro de frequência e suas utilizações. • Tipos de propagação das ondas eletromagnéticas: ondas terrestres, ondas ionosféricas e ondas em
visada direta. • Propriedades da reflexão, refração e difração. • Composição da Atmosfera. • Comunicação via satélite. • Canais de Comunicações: canal fio, canal rádio e canal fibra óptica. • Distúrbios específicos de canal rádio: ondas de multipercurso, desvanecimento, ação da chuva
sobre as ondas de rádio, efeito Doppler e formação de dutos no percurso das ondas. • Recepção em diversidade. Bibliografia Básica
- MEDEIROS, Júlio César de O. Princípios de Telecomunicações – Teoria e Prática. Érica, 1ª edição. - MIYOSHI, Edson M. e SANCHES, Carlos A. Projetos de Sistemas Rádio. Érica. - NASCIMENTO, Juarez do. Telecomunicações. Ed. Makron Books, 2ª edição. - RIBEIRO, José Antônio J. Propagação das Ondas Eletromagnéticas: Princípios e Aplicações. Érica. - BRODHAGE, Helmut e HORMUT, Wilhelm. Planejamento e Cálculo de Rádio Enlaces. Pedagógica e Universitária. Tradução da 10ª edição alemã completamente revisada. - SILVA, Gilberto V. F. da. Sistemas rádio visibilidade. Livros Técnicos e Científicos Editora.