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UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
DOUTORADO EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA
ARTICULAÇÃO ENTRE LABORATÓRIO INVESTIGATIVO E VIRTUAL
VISANDO A APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE CONCEITOS DE
ELETROMAGNETISMO
LUCIANO SOARES PEDROSO
Orientador: Prof. Dr. Mauro Sérgio Teixeira de Araújo Tese apresentada ao Doutorado em Ensino de Ciências e Matemática, da Universidade Cruzeiro do Sul, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Doutor em Ensino de Ciências e Matemática.
SÃO PAULO 2014
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL DA
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
P416a
Pedroso, Luciano Soares. Articulação entre laboratório investigativo e virtual visando a
aprendizagem significativa de conceitos de eletromagnetismo / Luciano Soares Pedroso. -- São Paulo; SP: [s.n], 2014.
224 p. : il. ; 30 cm. Orientador: Mauro Sérgio Teixeira de Araújo. Tese (doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Ensino de
Ciências e Matemática, Universidade Cruzeiro do Sul. 1. Eletromagnetismo – Engenharia civil 2. Aprendizagem
significativa – Eletromagnetismo 3. Simulação em computadores I. Araújo, Mauro Sérgio Teixeira de. II. Universidade Cruzeiro do Sul. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática. III. Título.
CDU: 537.8(043.2)
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
Articu lação entre Labora tório Inves tiga tivo e Virtua l
Vis ando a Aprendizagem Significa tiva de Conce itos de
Ele tromagnetis mo
Luciano Soares Pedroso Tese de doutorado defendida e aprovada pela Banca Examinadora em 28/03/2014
BANCA EXAMINADORA: Prof. Dr. Mauro Sergio Teixeira de Araújo Universidade Cruzeiro do Sul Presidente Prof. Dr. Ismar Frango Silveira Universidade Cruzeiro do Sul Prof. Dr. Juliano Schimiguel Universidade Cruzeiro do Sul Profa. Dra. Marisa Almeida Cavalcante Pontifícia Universidade Católica de São Paulo Profa. Dra. Adriana Pedrosa Biscaia Tufaile Universidade de São Paulo (USP-Leste)
À Minha Família Especialmente aos meus pais Lineu e Iracy
AGRADECIMENTOS
Ao professor Mauro Sérgio Teixeira de Araújo pela orientação, compreensão e incentivo dispensado ao desenvolvimento deste trabalho. Aos meus amigos Ronaldo e Josué que estiveram ao meu lado durante esta fase, pelo companheirismo, força e apoio em certos momentos difíceis. À CAPES – Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, pelo apoio financeiro. Por último, tendo consciência que sozinho nada teria sido possível, dirijo um agradecimento especial à minha esposa Silvania e meus filhos João Felipe e Ana Laura pelo apoio incondicional, incentivo, amizade e paciência demonstrados e total ajuda na superação dos obstáculos que ao longo desta caminhada foram surgindo. A eles dedico este trabalho!
“Os que se encantam com a prática sem a ciência são como os timoneiros que entram no navio sem timão nem bússola, nunca tendo certeza do seu destino”.
(Leonardo da Vinci)
PEDROSO, L. S. Articulação entre laboratório investigativo e virtual visando a aprendizagem significativa de conceitos de eletromagnetismo. 2014. 224 f. Tese (Doutorado em Ensino de Ciências e Matemática)-Universidade Cruzeiro do Sul, São Paulo, 2014.
RESUMO A presente tese trata do estudo sobre a articulação entre o laboratório real e virtual,
em busca de uma aprendizagem significativa de conceitos de eletromagnetismo.
Buscou-se elaborar, implementar e avaliar uma proposta didática sobre o ensino de
conceitos de eletromagnetismo em uma turma do curso de Engenharia Civil
utilizando a articulação entre o laboratório investigativo e simulações
computacionais. Desenvolveram-se atividades nas quais se utilizam simulações
computacionais e experimentações reais que podem ser utilizados em sala de aula
como complementação pedagógica à prática do professor, visando proporcionar
uma aprendizagem significativa. O principal objetivo foi investigar as contribuições
decorrentes da articulação entre o laboratório investigativo e as simulações
computacionais, buscando identificar sua capacidade em promover uma
aprendizagem significativa transformando o conhecimento prévio dos alunos em
conhecimento escolar qualificado. Utilizou-se a metodologia de Análise
Proposicional Quantitativa amparada pelos conceitos advindos da Pesquisa-ação e
na Análise de Conteúdo, finalizando com a entrevista semiestruturada. Entre os
principais resultados alcançados pode-se destacar que a articulação entre o
laboratório investigativo e as simulações computacionais pode proporcionar aos
alunos uma visão epistemológica mais adequada sobre os papéis da
experimentação e da simulação computacional, além de promover a interatividade e
o engajamento dos alunos em seu próprio aprendizado, transformando a sala de
aula em um ambiente propício a uma aprendizagem significativa.
Palavras-chave: Experimentos reais, Experimentos virtuais, Aprendizagem
significativa.
PEDROSO, L. S. The relationship between investigative and virtual laboratory aimed at meaningful learning of concepts of electromagnetism. 2014. 224 f. Tese (Doutorado em Ensino de Ciências e Matemática)-Universidade Cruzeiro do Sul, São Paulo, 2014.
ABSTRACT This thesis deals with the study about the link between the virtual and real
laboratories, in search of meaningful learning of electromagnetism concepts. It was
sought to elaborate, implement and evaluate a didactic proposal about the teaching
of electromagnetism concepts in a class of the Civil Engineering Course using the
link between investigative laboratory and computational simulations. Activities were
developed in which computational simulations and experiments are applied, which
can be used in classroom as pedagogical complements to the professor’s practices
in order to reach meaningful learning. The main objective was to investigate the
contributions deriving from the link between investigative laboratory and
computational simulations, looking for identifying the capacity of promoting
meaningful learning, so transforming students’ prior knowledge in a qualified
knowledge. The Propositional Quantitative Analysis methodology supported by
concepts of Research-Action and Analysis of Content was used, ending with the
semi-structured interview. Among the main results it can be noticed that the link
between investigative laboratory and computational simulations can provide to the
students a more adequate epistemological view about the roles of experiments and
computational simulation, besides promoting interactivity and engagement of
students in their own learning, transforming the classroom in a adequate environment
to meaningful learning.
Keywords: Real experiments, Virtual experiments, Meaningful learning.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Tipos de Aprendizagem, de acordo com a proposta de Ausubel, Novak e Hanesian, 1980..................................................... 32
Figura 2 – Modelo representativo da Assimilação. ........................................... 35
Figura 3 – Relação entre diferenciação progressiva e reconciliação integradora. ........................................................................................ 40
Figura 4 – Mapa conceitual sobre a Aprendizagem Significativa. ................... 40
Figura 5 - Caráter cíclico da pesquisa-ação.......................................................... 62
Figura 6 – Mapa síntese da disciplina de Física III. ........................................... 71
Figura 7 – Mapa conceitual representando os conteúdos de Eletromagnetismo de acordo com a ementa da disciplina de Física III do Curso de Engenharia Civil da FESP/UEMG. ................ 72
Figura 8 – Simulação sobre a lei de Faraday-Lenz. .......................................... 81
Figura 9 – Tela de abertura do software EJS. .................................................... 84
Figura 10 – Tela do Console do software EJS. .................................................... 85
Figura 11 – Tela da simulação Campo Magnético da Terra produzido com o software EJS. .................................................................................. 85
Figura 12 – Tela da simulação sobre a força de Lorentz. ................................... 86
Figura 13 – Esboço do campo magnético da Terra. ........................................... 92
Figura 14 – Aluno respondendo ao pré-teste sobre Eletromagnetismo. .......... 98
Figura 15 – Alunos, no laboratório de Física, manipulando material que foi utilizado no curso. ........................................................................ 98
Figura 16 – Verificação das linhas do campo magnético do ímã. ..................... 99
Figura 17 – Em (a) aluno manipulando virtualmente a IS1. Em (b) representa-se o campo magnético ao redor de um ímã em rotação e em (c) o campo magnético ao redor do planeta Terra. ................................................................................................. 100
Figura 18 – Alunos verificando a lei de Oersted e de Ampère através da IE2. ..................................................................................................... 101
Figura 19 – Em (a) experimento utilizado no laboratório investigativo e em (b) simulação com regra da mão direita. ................................. 101
Figura 20 – Em (a) sem corrente, em (b) e (c) corrente fluindo em sentidos opostos. ............................................................................................ 102
Figura 21 – Em (a) o aluno pode verificar as relações entre intensidade e sentido da corrente elétrica com o campo magnético e em (b) pode utilizar da regra da mão direita para comprovar observações. .................................................................................... 102
Figura 22 – Em (a) teste da “força” magnética e em (b) polaridade do eletroímã. .......................................................................................... 103
Figura 23 – Aluno manipulando virtualmente a simulação utilizada na IS3. ... 103
Figura 24 – Alunos utilizando a IE4 para demonstrar a força de Lorentz. Em (a) pêndulo e em (b) motor. ...................................................... 104
Figura 25 – IS4 demonstrando a força de Lorentz. Em (a) pêndulo e em (b) motor. ................................................................................................ 104
Figura 26 – Alunos verificando a lei de Faraday-Lenz utilizando um alicate-amperímetro. ........................................................................ 105
Figura 27 – Aluno beneficiando-se da IS5 que demonstra a lei de Faraday-Lenz. .................................................................................................. 105
Figura 28 – O termo Magnetismo usado em situações do cotidiano .............. 107
Figura 29 – Contato experimental com material magnético. ............................ 109
Figura 30 – Relato do aluno A11 no L2. ............................................................. 110
Figura 31 – Aparelhos eletromagnéticos. .......................................................... 111
Figura 32 – Magnetização por atrito. .................................................................. 112
Figura 33 – Verificação de polos magnéticos.................................................... 113
Figura 34 – Imantação do prego por atrito. ....................................................... 113
Figura 35 – Depoimento de aluno no (L2Q4A2). ................................................ 114
Figura 36 – Resposta do aluno A4 no (L2Q4A4). .............................................. 115
Figura 37 – Determinação da lei de Ampère. ..................................................... 115
Figura 38 – Compreensão da Lei de Ampère..................................................... 116
Figura 39 – Resposta da questão 5 no L2Q5A7. ............................................... 117
Figura 40 – Determinação da corrente induzida. ............................................... 117
Figura 41 – Compreensão da Lei de Faraday-Lenz. .......................................... 118
Figura 42 – Resposta do aluno A8 no L1Q6A8 em (a) e no L2Q6A8 em (b). ... 118
Figura 43 – Bobina e campo magnético. ............................................................ 119
Figura 44 – Compreensão do campo magnético ao redor de uma bobina. .... 120
Figura 45 – Resposta do aluno A5 à questão 7 no item b durante o L2. ......... 120
Figura 46 – Determinação da lei de Oersted. ..................................................... 121
Figura 47 – Compreensão do experimento de Oersted. ................................... 121
Figura 48 – Aluno A19 explicando o experimento de Oersted no L2. ............. 122
Figura 49 – Campo magnético ao redor de um fio que conduz corrente. ....... 123
Figura 50 – Compreensão da Indução Magnética – experimento de Oersted. ............................................................................................. 123
Figura 51 – Aluno A7 descrevendo o experimento de Oersted no L2. ............ 124
Figura 52 – Determinação do campo magnético ao redor de um ímã. ............ 125
Figura 53 – Desenho do A21 no L1 em (a) e no L2, em (b). .............................. 125
Figura 54 – Campo magnético ao redor do ímã. ............................................... 126
Figura 55 – Distorção da imagem de um monitor CRT (Cathodic Ray Tube). ................................................................................................ 126
Figura 56 – Ímã próximo de um monitor CRT. ................................................... 126
Figura 57 – Resposta do aluno A16 referente à interação de cargas em movimento nas proximidades de um ímã. ..................................... 127
Figura 58 – Síntese das respostas dos alunos sobre o que mais gostaram durante o curso de Física III. ........................................................... 128
Figura 59 – Síntese das respostas dos alunos sobre o que menos gostaram durante o curso de Física III. .......................................... 130
Figura 60 – Momento da entrevista. No plano menor o professor pesquisador e no maior aluno entrevistado. ................................. 132
Figura 61 – Síntese do desempenho conceitual dos alunos ao longo da entrevista. ......................................................................................... 153
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Sumarização das formas de integração utilizada nas mais recentes pesquisas. ........................................................................... 27
Quadro 2 – Súmula das vantagens e limitações do uso articulado entre as SC e o LF. ....................................................................................... 28
Quadro 3 – Síntese da APQ. ................................................................................. 59
Quadro 4 – Figuras do livro Física III: eletromagnetismo inspiradoras das simulações computacionais e dos experimentos. .......................... 95
Quadro 5 – Depoimento dos alunos sobre o que mais gostaram durante o curso de Física III. ............................................................................ 130
Quadro 6 – Depoimento dos alunos sobre o que menos gostaram durante o curso de Física III. ......................................................................... 131
Quadro 7 – Depoimento dos alunos sobre o aspecto motivacional, seguido de comentário do autor. .................................................... 144
Quadro 8 – Depoimento dos alunos sobre o papel da simulação, seguido de comentário do autor. .................................................................. 147
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Resumo da duração e datas das intervenções. ............................ 106
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO .................................................................................. 17
1.1 Questões de Investigação e Metodologia Adotada ................................. 19
1.2 Objetivos da Tese ...................................................................................... 20
1.3 Estrutura da Tese ....................................................................................... 22
CAPÍTULO 2 - REVISÃO DA LITERATURA ............................................................ 23
CAPÍTULO 3 - REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................... 31
3.1 Teoria de Aprendizagem Significativa de David Paul Ausubel............... 31
3.1.1 Aprendizagem Mecânica x Aprendizagem Significativa ......................... 32
3.1.2 Formação de Conceitos ............................................................................. 34
3.1.3 Assimilação de Conceitos ......................................................................... 34
3.1.4 Predisposição Para Aprendizagem Significativa ..................................... 37
3.1.5 Ocorrência de Conteúdo Mínimo na Estrutura Cognitiva do Aluno (Subsunçores)............................................................................................. 39
3.2 Mapas Conceituais ..................................................................................... 41
CAPÍTULO 4 - AS ORIENTAÇÕES CURRICULARES E O ENSINO DE FÍSICA ...................................................................................................................... 45
4.1 As Diretrizes Curriculares Nacionais Para o Ensino Médio .................... 45
4.1.1 Proposta dos PCN Para o Ensino de Física ............................................. 47
4.1.2 Laboratório de Física: Os PCN e o Laboratório de Física ....................... 51
4.2 O Projeto Pedagógico do Curso de Engenharia Civil ............................. 53
4.2.1 PPC da Engenharia Civil da Fundação de Ensino Superior de Passos (FESP/UEMG) ................................................................................. 54
4.2.2 Habilidades e Competências presentes no PPC do curso de Engenharia Civil da FESP/UEMG .............................................................. 56
CAPÍTULO 5 - ASPECTOS METODOLÓGICOS DA PESQUISA ........................... 57
5.1 Quanto à Abordagem ................................................................................. 57
5.2 A Pesquisa-Ação ........................................................................................ 60
5.2.1 Características Essenciais da Pesquisa-Ação ......................................... 61
5.2.2 As Fases da Pesquisa-ação ....................................................................... 62
5.2.3 Definição de Um Problema ........................................................................ 62
5.2.4 Pesquisa Preliminar ................................................................................... 63
5.2.5 Hipótese da Tese ........................................................................................ 64
5.2.6 Desenvolvimento de Um Plano de Ação .................................................. 64
5.2.7 Implementação do Plano de Ação ............................................................. 64
5.2.8 Avaliação do plano de intervenção ........................................................... 64
5.2.9 Comunicação dos Resultados................................................................... 65
5.3 Métodos de Coletas e Análise de Dados .................................................. 65
5.3.1 Análise de Conteúdo .................................................................................. 65
5.3.2 Entrevista .................................................................................................... 67
5.3.3 A Opção Pela Entrevista Semiestruturada ............................................... 67
5.3.4.1 Entrevistas Via Skype ................................................................................ 68
CAPÍTULO 6 - PLANEJAMENTO DAS INTERVENÇÕES PEDAGÓGICAS NA DISCIPLINA DE FÍSICA III ....................................................................................... 71
6.1 O Curso de Física III ................................................................................... 71
6.2 Articulação entre Simulações Computacionais e Laboratório de Física Investigativo ..................................................................................... 75
6.2.1 O Uso das TICs no Ensino ......................................................................... 75
6.2.2 O Laboratório no Ensino de Física ........................................................... 77
6.2.3 A Opção pelo Laboratório Virtual .............................................................. 79
6.2.3.1 O software Easy Java Simulations ............................................................ 83
6.2.3.2 Confecção das Simulações ....................................................................... 87
6.2.4 A Opção Pelo Laboratório de Física do tipo Investigativo (LFI) ............. 87
6.2.5 Material Para Apoio e Preparação da Disciplina de Física III ................. 90
CAPÍTULO 7 - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS DA PESQUISA ........ 97
7.1 A Sequência Didática Utilizada na Disciplina de Física III ...................... 97
7.1.1 Conversa inicial .......................................................................................... 97
7.1.2 Levantamento Prévio – Pré-teste (L1) ....................................................... 97
7.1.3 Intervenções Didáticas ............................................................................... 98
7.1.4 Pós-Teste (L2) ........................................................................................... 106
7.2 Análise dos Resultados dos Levantamentos 1 e 2 ................................ 107
7.2.1 Entrevista Semiestruturada ..................................................................... 132
7.2.1.1 Apresentação e Análise dos Resultados da Entrevista ........................ 132
7.2.1.1 Aspectos Epistemológicos ...................................................................... 133
7.2.1.2 Quanto aos Aspectos Epistemológicos ................................................. 137
7.2.1.3 Quanto aos Aspectos da Aprendizagem Significativa .......................... 139
7.2.1.4 Quanto aos Aspectos Negativos apontados no Processo de Aprendizagem ........................................................................................... 151
7.2.1.5 Quanto ao Desempenho Conceitual Demonstrado na Entrevista ........ 153
7.2.1.6 Quanto aos Aspectos Comportamentais, Atitudinais, Procedimentais e Conceituais dos Alunos ............................................ 154
CONCLUSÕES ....................................................................................................... 155
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 159
APÊNDICES ........................................................................................................... 167
ANEXOS ................................................................................................................. 225
17
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
É possível identificar no ensino de Física várias dificuldades de
aprendizagem entre os estudantes e pouco interesse destes por essa disciplina,
talvez pelas abordagens com uma dimensão fortemente conteudista, necessitando
de grande carga horária e com o seu conhecimento teórico descrito em diversos
eixos temáticos desconectados da realidade. Esta preocupação com a forma de se
ensinar conteúdos de Física demanda constantes reflexões e mudanças, sendo
ainda uma questão de grande relevância no cenário atual da educação e
responsável por provocar inquietações no exercício da docência nesta área do
conhecimento.
Esta percepção sobre os processos de ensino e de aprendizagem costuma
ser frequente ao longo da formação acadêmica e também envolve os alunos. No
Ensino Superior, particularmente na Graduação em Engenharia Civil da Fundação
de Ensino Superior de Passos (FESP/UEMG) são observados problemas como a
não aprendizagem dos conteúdos trabalhados na disciplina de Física III por parte
dos alunos, aliada ao insucesso de algumas estratégias de ensino e aprendizagem e
a baixa receptividade das mesmas, provocando grande insatisfação. Durante as
aulas enquanto ocorria o curso de Física III, em anos anteriores, era possível
perceber que em diversos momentos a situação apresentava características
opostas, na medida em que eram empregadas estratégias de ensino diferenciadas
que, de forma geral, proporcionavam maior e melhor receptividade, ocasionando, em
consequência, o alcance dos objetivos propostos inicialmente.
Ainda nessa perspectiva, observa-se grande desarticulação transversal
(transdisciplinaridade) entre disciplinas privilegiando demasiadamente a aula
expositiva. O texto 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
18
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 parágrafo inteiro não. Afinal do que
se trata? Ao reler o texto, sabendo que o tema abordado refere-se a papagaios de
papel, consegue-se perceber a diferença e o escrito passa a ter significado, sendo
possível visualizar mentalmente tudo que é dito no excerto, sendo que essa
visualização é quase sempre sinônimo de entendimento. Quando se sabe do que se
trata e tendo conhecimento do tema em questão, há maiores possibilidades de se
compreender o significado de determinado conceito, facilitando assim a transposição
didática do assunto abordado e motivando os alunos, tornando assim a
aprendizagem mais significativa.
Assim, ao se planejar o ensino de Física na graduação enfatizando uma lista
extensa de conteúdos e tópicos de textos didáticos, nos quais constam questões
que não apresentam significado, que oportuniza apenas uma matematização dos
conceitos físicos, sem se considerar os conhecimentos prévios e o cotidiano dos
alunos, reproduz-se um ensino centrado nos conteúdos e nos processos como um
fim em si mesmo.
Neste sentido, fazem-se necessárias mudanças conceituais no ensino de
Física, valorizando assim as aprendizagens anteriores dos alunos e ajudando-os a
reestruturar seus conhecimentos prévios, pois nos dias atuais, torna-se primordial
oportunizar abordagens variadas que estimulem o crescimento individual e social do
aluno, condições fundamentais para que a aprendizagem significativa ocorra,
contemplando o uso de recursos tecnológicos como instrumento complementar do
processo. Sobre esse aspecto, Fiolhais e 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)
Percebe-se nos últimos anos o surgimento de novas tecnologias e a
democratização da informação através da Internet, provocando uma reviravolta nos
19
métodos utilizados na construção do conhecimento.
Segundo Fiolhais e Trindade (2003), no período em que vivemos,
sobrepujam posturas construtivistas onde se assume que cada aluno constrói sua
visão de mundo de acordo com suas próprias experiências individuais. Também é
característica deste período a promoção da capacidade de prever qualitativamente a
evolução dos fenômenos como um fator mais importante do que a manipulação de
fórmulas ou outras ferramentas formais. Os autores apontam as seguintes
implicações do construtivismo na concepção de ambientes de ensino:
- propiciar múltiplas representações da realidade;
- apresentar tarefas contextualizadas;
- propiciar a análise de situações em ambientes reais de aprendizagem, em vez de
sequências esquemáticas.
Ainda, segundo Fiolhais e Trindade (2003), as principais modalidades do
uso de tecnologias no ensino de Física, com uma visão construtivista, são: aquisição
de dados por computador, modelagem e simulação, materiais multimídia; realidade
virtual e busca de informações na internet.
Neste contexto, percebe-se que o ensino consubstanciado na mera
transmissão de conceitos, bem como a aprendizagem entendida apenas como o
acúmulo de informações, não se sustentam 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.
1.1 Questões de Investigação e Metodologia Adotada
Tendo em vista o panorama apresentado para o ensino de Física, propõe-se
a seguinte questão central da pesquisa: Experimentos reais, propostos em uma concepção investigativa, articulados com simulações computacionais, proporcionam uma aprendizagem significativa de conceitos de Eletromagnetismo?
Objetivando responder essa questão, nosso trabalho procura integrar as
Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs), amparadas por simulações
20
computacionais, com o laboratório de Física do tipo investigativo, visando
aperfeiçoar os processos de ensino e aprendizagem de tópicos de conteúdos
específicos da Física, articulando simulações computacionais com experimentos
reais.
O número substancial de publicações nas últimas décadas como, por
exemplo: Ronen e Eliahu (2000), Yamamoto e Barbeta (2001), Alves Filho, Amaral e
Medeiros Neto (2002), Macedo e Macedo (2002), Domingues (2003), Zacharias e
Anderson (2003), Lima et al. (2006), Zacharias (2007), Jaakkola e Nurmi (2008),
Zacharias, Olympio e Papaevripidou (2008), apontam a importância da utilização da
informática e do laboratório de Física no ensino presencial. Verifica-se, entretanto,
que poucas investigações como, por exemplo: Dorneles, Araujo e Veit (2006, 2008 e
2009) e Dorneles (2005 e 2010) analisam efetivamente as contribuições do uso das
simulações articuladas aos experimentos reais para a promoção da construção de
novos conhecimentos, em novas modalidades de aprendizagem. Nessa perspectiva,
optou-se por produzir um material para apoiar as aulas de Física no curso de
Graduação em Engenharia Civil (Física III), potencialmente adequado a promover a
aprendizagem significativa de conceitos de Física, sobretudo de Eletromagnetismo,
seguindo a concepção de Ausubel, Novak e Hanesian (1980). Nessa abordagem os
conceitos foram apresentados em situações problemas implementadas com
experimentos reais na vertente investigativa e simulações computacionais interativas
produzidas com o auxílio de software livre1.
1.2 Objetivos da Tese
A fim de buscar possíveis respostas à questão de pesquisa, ora
apresentada, alguns objetivos foram traçados como princípios condutores desta
tese.
• Objetivo Geral
O objetivo central deste trabalho é investigar as contribuições decorrentes da
articulação entre o laboratório de Física investigativo e as simulações
1 Software livre se refere à liberdade dos usuários executarem, copiarem, distribuírem, estudarem, modificarem e aperfeiçoarem o software. Fonte: http://www.fsf.org/. Acesso em 16 de fev. 2014.
21
computacionais, buscando identificar sua capacidade em promover uma
aprendizagem significativa de conceitos de Eletromagnetismo.
• Objetivos específicos
Entre os objetivos específicos desta investigação podem-se citar:
Aprimorar os conhecimentos prévios dos estudantes transformando-os
em conhecimento escolar qualificado;
Promover a articulação entre o laboratório de Física investigativo e as
simulações computacionais.
Produzir um material para apoiar as aulas de Física no curso de
graduação em Engenharia Civil.
Nesta investigação, propõe-se o desenvolvimento de atividades nas quais se
utilizam simulações computacionais e experimentações reais envolvendo conceitos
de Eletromagnetismo, que podem ser utilizados em sala de aula como
complementação pedagógica à prática do professor, visando proporcionar uma
aprendizagem significativa destes conceitos.
Os avanços da tecnologia da informação e o uso do laboratório de Física
investigativo têm provocado um amplo debate sobre sua inserção e uso em
pesquisas nas diversas áreas de conhecimento e, nessa perspectiva, considera-se
pertinente a ampliação desse debate para o contexto educacional onde são
questionados os modos de introdução desse ferramental nos processos de ensino e
aprendizagem em diversos níveis, principalmente na Educação Superior.
Procurou-se inicialmente compreender a teoria de aprendizagem significativa
segundo Ausubel, Novak e Hanesian (1980) bem como os trabalhos produzidos sob
esse aporte teórico com a utilização de recursos tecnológicos e experimentais,
sobretudo aqueles relacionados ao ensino de Física. Após esse estudo, propôs-se
como complementaridade ao ensino de Eletromagnetismo no Ensino Superior a
utilização das simulações computacionais e dos experimentos reais de forma
articulada.
22
1.3 Estrutura da Tese
Esta tese de Doutorado apresenta-se estruturada em 8 capítulos, a saber:
O capítulo 1 que trata dessa introdução, e teve como função contextualizar a
motivação da pesquisa; a justificativa; o tema e o problema; a hipótese; os objetivos
da investigação; bem como a relevância e contribuições do estudo.
A revisão da literatura compôs o capítulo 2.
No capítulo 3, descrevemos os referenciais teóricos utilizados na presente
pesquisa.
No capítulo 4, apontamos as orientações curriculares para o ensino de
Física presentes nas Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio, nos
Parâmetros Curriculares Nacionais e nas Diretrizes Curriculares Nacionais dos
Cursos de Engenharia Civil e encerramos analisando o Projeto Pedagógico do
Curso de Engenharia Civil da Fundação Educacional de Passos (FESP/UEMG).
A fundamentação metodológica adotada neste trabalho está descrita no
capítulo 5. No primeiro estudo, relata-se a metodologia de Análise Proposicional
Quantitativa amparada pelos conceitos advindos da Pesquisa-ação e na Análise de
Conteúdo, finalizando com a entrevista semiestruturada.
O capítulo 6 aborda os aspectos didáticos e metodológicos envolvidos na
pesquisa, acentuando a articulação entre as ferramentas computacionais e o
laboratório de Física investigativo.
No capítulo 7, apresentamos e analisamos os dados da pesquisa e no
capítulo 8, a título de conclusão, realizamos a síntese possível e propomos novas
questões de pesquisa.
23
CAPÍTULO 2 - REVISÃO DA LITERATURA
Neste capítulo buscou-se fornecer um cenário sobre as mais recentes
publicações na área de Ensino de Física associados a simulações computacionais e
ao laboratório de Física do tipo investigativo no ensino de Física em nível superior e
de estudos sobre a articulação entre essas atividades no ensino de
Eletromagnetismo.
Revisou-se a literatura em busca de publicações identificando trabalhos que
argumentam fatores associados a atividades computacionais e experimentais, em
especial sobre Eletromagnetismo, em nível superior no período de 2000 a 2013.
Incluíram-se nessa revisão dez periódicos especializados na área de Ensino de
Física, classificados pela CAPES com qualis A1, A2, B1 e B2, e na área da Ciência
da Computação, classificados pela CAPES com qualis A1, A2, B1 e B2: American
Journal of Physics, Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Computer and
Education, Investigações em Ensino de Ciências, International Journal of Science
Education, Journal of Computer Assisted Learning, Journal of Research in Science
Teaching, Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, Revista
Brasileira de Ensino de Física e Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias.
Além desses periódicos, utilizou-se também, o sistema ERIC2 (Education Resources
Information Center) e a base de dados WEBOFSCIENCE3.
O objetivo geral desta revisão da literatura é identificar algumas publicações
que utilizam a articulação entre o laboratório de Física e as simulações
computacionais de modo a torná-las complementares, se enquadrando nas linhas de
pesquisa desenvolvidas por Ronen e Eliahu (2000), Zacharia e Anderson (2003),
Hofstein e Lunetta (2004), Zacharia (2007), Jaakkola e Nurmi (2008), Zacharia,
Olympiou e Papaevripidou (2008), Dorneles, Araujo e Veit (2009) e Dorneles (2010),
mas se diferenciando dessas pelo fato de se utilizar explicitamente o laboratório de
Física do tipo investigativo, referenciais teóricos e epistemológicos de
2 http://www.ebscohost.com/us-high-schools/eric - Acesso em 25 fev. 2014. 3 http://www.webofknowledge.com/ - Acesso em 25 fev. 2014.
24
aprendizagem, tanto para conceber, elaborar e aplicar o material instrucional, quanto
na metodologia da entrevista semiestruturada e na avaliação dos dados coletados.
Devido às vantagens das simulações computacionais descritas a seguir, no
capítulo 6, elas se caracterizam como boas alternativas a promover uma
aprendizagem significativa de conceitos específicos. No entanto, muitos
pesquisadores4 e professores, incluindo o autor desta tese e seu orientador, não as
consideram substitutas do laboratório de Física. Para contemplar plenamente a
diferença substancial entre os experimentos realizados no laboratório de Física e as
simulações computacionais, acredita-se que os alunos precisam experienciar
ambas, ou seja, é necessário o gerenciamento articulado das simulações
computacionais (SC) e o laboratório de Física (LF). (HENNESSY; DEANEY;
RUTHVEN, 2006; DORNELES; ARAUJO; VEIT, 2009; DORNELES, 2010)
Diversos estudos conferem resultados obtidos pelo ensino baseado em SC e
LF de forma integrada5 com o ensino baseado em SC e LF de forma isolada,
conforme se descreve sucintamente a seguir.
Ronen e Eliahu (2000), num dos primeiros trabalhos de pesquisa tratando
dessa integração, mostraram diferenças significativas entre os resultados dos alunos
que utilizaram a integração SC/LF e os alunos que usaram LF de forma isolada. Os
autores afirmam nos relatos finais, que as simulações computacionais contribuíram
para gerar segurança nos alunos, motivando-os para continuar as atividades.
Zacharia e Anderson (2003) pesquisaram a influência da integração de SC
com LF no ensino de mecânica, ondas, óptica e física térmica. Na descrição final de
seus resultados, os autores afirmam que podem ser atribuídos às atividades
integradas os melhores resultados na promoção da mudança conceitual obtidos pelo
seu grupo experimental. Em outro trabalho, sobre as consequências da combinação
SC com LF no ensino de circuitos elétricos, Zacharia (2007) também obtém
resultados favoráveis à integração do LF e SC. O autor destaca que o objetivo final
4 Ronen e Eliahu (2000), Zacharia & Anderson (2003), Hofstein e Lunetta (2004), Zacharia (2007), Jaakkola e Nurmi (2008), Zacharia, Olympiou & Papaevripidou (2008). 5 Faz-se necessária a diferenciação entre o substantivo integração (com vista a um sistema harmonioso) e o substantivo articulação (coerente, usar com distinção e clareza) conforme Michaelis: Moderno Dicionário da Língua Portuguesa.
25
da integração deve ser o de aproveitar as potencialidades de ambos os métodos, a
fim de alcançar o nível mais elevado possível de eficácia da experimentação no LF.
Zacharia, Olympiou, Papaevripidou (2008) pesquisaram as diferenças entre
os resultados obtidos por alunos que utilizaram a integração de SC com LF e os
obtidos por alunos que utilizaram apenas o LF de forma isolada no contexto do
ensino de calorimetria. Seus resultados sugerem que a integração promove um
efeito importante na compreensão conceitual de calor e de mudanças de
temperatura do que o LF isoladamente. Com isso, os autores defendem que tais
resultados (maior eficácia com a integração entre SC e LF) provavelmente podem
ser replicados em qualquer domínio de ensino, ou seja, para qualquer conteúdo que
se pretenda ensinar. Isso porque outros estudos de Zacharia (2007) chegam às
mesmas conclusões, apesar de focarem os mais diversos conteúdos da Física.
Por sua vez, Jaakkola e Nurmi (2008), contemplaram um estudo mais amplo.
Utilizaram-se de três metodologias de ensino diferentes em três grupos distintos: i)
baseada em SC isoladamente; ii) baseada no LF isoladamente e iii) baseada na
integração entre SC e LF. Os resultados apontaram que os alunos que formaram o
último grupo obtiveram os melhores desempenhos. Não foram apresentadas
diferenças significativas entre os resultados dos dois primeiros grupos. É relevante
ressaltar que os alunos que trabalharam com as atividades de forma integrada
apresentaram desempenhos mais homogêneos. O relato da pesquisa evidencia que
isso não ocorreu nos outros grupos, revelando que a adoção dessa metodologia
didática de forma isolada é bastante diferente para os diversos alunos. De acordo
com os dados finais da pesquisa, alguns alunos se familiarizam mais facilmente com
experimentos realizados no LF enquanto que outros se habituam melhor com SC.
Com isso, a integração das duas metodologias abrange as características de um
grupo maior de alunos.
Dorneles, Araujo, Veit (2009) e Dorneles (2010) depreendem que quando os
alunos interagiram significativamente com as SC e LF demonstraram uma visão
mais geral dos experimentos, evidenciando terem alcançado significados relevantes
frente às grandezas físicas tratadas nas situações em estudo. No entanto, os
autores relatam que em sistemas dinâmicos mais simples alguns dos alunos
dispensaram a simulação computacional argumentando que os dados obtidos nos
26
experimentos reais eram suficientes para a compreensão dos conceitos sobre
eletromagnetismo.
Apesar dos muitos trabalhos que sugerem melhores resultados através da
integração entre SC e LF, deve-se ressaltar a necessidade de mais estudos
consolidando tal conclusão. (ZACHARIA; OLYMPIOU; PAPAEVRIPIDOU, 2008, p.
1034)
Hofstein e Lunetta (2004) afirmam que essa é uma área de pesquisa que
merece atenção por parte dos pesquisadores por tratar-se de uma nova perspectiva
para a inclusão de simulações computacionais de forma apropriada no ensino de
Ciências.
Como um dos motivos para o sucesso de usos integrados de SC e LF, Ronen
e Eliahu (2000) e Jaakkola e Nurmi (2008) afirmam que a simulação computacional
pode se constituir em uma conexão entre teoria e realidade.
Jaakkola e Nurmi (2008) e Zacharia e Anderson (2003) destacam que o
objetivo final da integração deve ser o de aproveitar as potencialidades de ambos os
métodos, a fim de alcançar o nível mais elevado possível de eficácia da
experimentação em laboratório. Cabe ressaltar que são muitas as possibilidades de
integração entre SC e LF. Alguns autores concretizam a combinação propondo
atividades em que fazem uso concomitante dos dois recursos; outros promovem
atividades em que o aluno usa um deles antes do outro. O quadro 1 sumariza as
formas como integrações entre SC e LF foram realizadas nas pesquisas consultadas
para essa revisão da literatura.
27
Estudo Conteúdo Forma de integração Amostra
RONEN & ELIAHU (2000) Eletrodinâmica.
Os alunos utilizaram um experimento real e uma simulação computacional concomitantemente para resolver um problema proposto.
63 duplas (Ensino
Fundamental)
ZACHARIA & ANDERSON (2003) Mecânica.
Os grupos utilizaram primeiramente simulações computacionais e logo após experimentos reais.
21 professores
de Física
ZACHARIA (2007) Eletrodinâmica – circuito elétrico
simples.
Os alunos utilizaram-se de experimentos reais em alguns tópicos de estudo e simulações computacionais em outros.
90 alunos (Ensino
superior)
JAAKKOLA & NURMI (2008)
Eletrodinâmica - circuito elétrico.
Os autores empregaram simulações computacionais inicialmente, a fim de compreender os princípios teóricos envolvidos, e após transferem os conhecimentos para um experimento real.
66 alunos (Ensino
Fundamental)
ZACHARIA, OLYMPIO &
PAPAEVRIPIDOU (2008)
Termodinâmica
Os autores utilizaram-se de experimentos reais em alguns tópicos de estudo e simulações computacionais em outros.
62 alunos (Ensino
Superior)
DORNELES, VEIT & ARAUJO (2009)
Circuitos elétricos simples, do tipo
RCL e eletromagnetismo.
Os autores ampararam sua pesquisa em experimentos reais seguidos de simulações computacionais modeladas com o software Modellus.
12 alunos (Ensino
Superior)
DORNELES (2010)
Circuitos elétricos simples, do tipo
RCL e eletromagnetismo.
Os alunos beneficiaram-se de experimentos reais seguidos de simulações computacionais modeladas com o software Modellus.
06 alunos (Ensino
Superior)
Quadro 1 – Sumarização das formas de integração utilizada nas mais recentes pesquisas. Fonte: Dados da pesquisa.
Nos artigos de Ronen e Eliahu (2000), Zacharia e Anderson (2003), Hofstein e
Lunetta (2004), Zacharia (2007), Jaakkola e Nurmi (2008), Zacharia, Olympiou,
Papaevripidou (2008), não se encontrou menções explícitas e significativas sobre o
referencial teórico adotado.
No entanto, no artigo de Dorneles, Veit e Araujo (2009) e na tese de
doutoramento de Dorneles (2010) utilizou-se o referencial teórico de Ausubel para a
aprendizagem significativa e Vigotsky para descrever a interação social entre os
alunos pesquisados.
Quanto às evidencias de limitações do uso da simulação computacional para
complementar o laboratório de Física, Ronen e Eliahu (2000) observam que apesar
28
de os experimentos em seu estudo terem auxiliado um bom número de alunos, de
alguma forma a ferramenta computacional não foi eficaz para determinados grupos,
pois:
Estudantes com um nível alto de compreensão conceitual (aproximadamente 10%) não precisaram do auxílio adicional. Alguns desses estudantes utilizaram a simulação mais tarde, quando uma tarefa avançada lhes foi apresentada. Estudantes com insuficiente nível de compreensão conceitual (aproximadamente 15%) executam um processo experimental aleatoriamente e, devido aos erros, não podem tirar proveito dos dados fornecidos pela simulação. Alguns poucos estudantes (aproximadamente 5%) não fazem nenhuma tentativa de usar a simulação, indicando ter “ódio” do computador. (RONEN; ELIAHU, 2000, p. 25)
Uma síntese das vantagens e limitações do uso integrado de SC e LF,
apontadas por Jaakkola e Nurmi (2008), Ronen e Elianhu (2000), Zacharia (2007),
Zacharia e Anderson (2003) e Zacharia, Olympiou e Papaevripidou (2008), pode ser
vista no quadro 2.
Vantagens Limitações Potencializa a exploração de ambos os
métodos. Evidenciam as diferenças substanciais
entre as teorias e a realidade. Promovem a compreensão conceitual
melhor do que os dois recursos isoladamente.
Influenciam a atitude dos alunos, motivando-os e promovendo seu engajamento nas atividades propostas.
Alunos com alto nível de compreensão conceitual não necessitam de ambos os recursos, SC e LF.
Alunos com insuficiente nível de compreensão conceitual executam um processo experimental aleatoriamente e, devido aos erros, não podem tirar proveito dos dados fornecidos pela simulação.
Assim como as atividades experimentais, demandar muito tempo na sua exploração.
Quadro 2 – Súmula das vantagens e limitações do uso articulado entre as SC e o LF. Fonte: Jaakkola e Nurmi (2008), Ronen e Elianhu (2000), Zacharia (2007), Zacharia e Anderson (2003) e Zacharia, Olympiou e Papaevripidou (2008).
A pesquisa descrita nessa tese diferencia-se daquelas realizadas por
Dorneles, Araujo, Veit (2009) e Dorneles (2010) por utilizar a metodologia de
articulação entre os experimentos realizados no laboratório de Física de modo
investigativo e simulações computacionais construídas com concepções empíricas,
caracterizadas por representações algébricas derivadas das medidas
experimentalmente observadas, além de serem disponibilizadas em ambiente web, o
que facilita sua distribuição e acesso. Procurou-se, ainda, utilizar-se dos
29
experimentos realizados no laboratório de Física do tipo investigativo como
organizador prévio dos conceitos de eletromagnetismo, conforme o referencial
teórico adotado nessa pesquisa descrito no capítulo a seguir.
30
31
CAPÍTULO 3 - REFERENCIAL TEÓRICO
Este capítulo aborda o referencial teórico, sendo discutida inicialmente a
teoria da Aprendizagem Significativa desenvolvida pelo psicólogo americano David
Paul Ausubel e colaboradores (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980), a qual
diferencia a aprendizagem significativa da aprendizagem mecânica e também são
apontados alguns de seus pressupostos. Posteriormente discutem-se os mapas
conceituais e sua utilização como recurso organizacional.
3.1 Teoria de Aprendizagem Significativa de David Paul Ausubel
No desenvolvimento deste trabalho, utilizou-se como aporte teórico a Teoria
de Aprendizagem Significativa proposta pelo psicólogo norte americano David Paul
Ausubel, amplamente empregada em muitos trabalhos (SANTOS, 2008;
DORNELES, 2005 e 2010; dentre outros), sobretudo naqueles relacionados ao
Ensino de Física. Essa teoria é compreendida por vários autores como pertencente
ao conjunto de 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).
Nesta linha cognitivista, David Ausubel estabelece uma fundamentação
teórica que explica o processo de aprendizagem tendo em vista a estrutura e o
funcionamento do eixo cognitivo daquele que aprende. Segundo Moreira (1999),
assim como para outros teóricos do cognitivismo, Ausubel se baseia na premissa de
que existe uma estrutura na qual essa organização e integração se processam. Esta
estrutura, por sua vez, pode ser entendida como o conteúdo total de ideias de certo
indivíduo e sua organização, incluindo-se os processos por meio dos quais se
adquire e utiliza o conhecimento.
Ausubel, Novak e Hanesian (1980) distinguem duas grandes categorias de
32
aprendizagem, a da aprendizagem por descoberta e da aprendizagem por recepção
ou receptiva (fig.1). Segundo estes autores, a principal característica na
aprendizagem por descoberta é o fato de que o conteúdo principal a ser aprendido
não é dado, mas deve ser descoberto pelo aluno, antes que possa ser
significativamente incorporado à sua estrutura cognitiva. Já na aprendizagem por
recepção, o conteúdo que vai ser aprendido é apresentado ao aluno sob a forma
final. Nesse sentido, exige-se somente que o aluno internalize o material, que é
apresentado de forma a tornar-se acessível ou reproduzível em alguma ocasião
futura. As aprendizagens por recepção e por descoberta, por sua vez, se subdividem
em aprendizagem automática (ou mecânica) e aprendizagem significativa (fig. 1).
Figura 1 – Tipos de Aprendizagem, de acordo com a proposta de Ausubel,
Novak e Hanesian, 1980. Fonte: Ausubel, Novak e Hanesian,1980, p. 102. (adaptado)
3.1.1 Aprendizagem Mecânica x Aprendizagem Significativa
A aprendizagem mecânica ocorre quando há apropriação de novas
informações, desencadeando pouca ou nenhuma interação do aprendiz com
conceitos relevantes existentes em sua estrutura cognitiva, conceitos estes que
Ausubel, Novak e Hanesian (1980) definem como subsunçores. O subsunçor é uma
estrutura específica por meio da qual uma nova informação pode se integrar ao
cérebro humano, que é altamente organizado e detentor de uma hierarquia
conceitual que armazena experiências prévias do aprendiz (SANTOS, 2008, p. 19).
Para Ausubel, no modelo de aprendizagem mecânica ocorrem associações
33
puramente arbitrárias, sem qualquer vínculo claro com subsunçores, tais como
aquelas “associações de pares, quebra-cabeça, labirinto, ou aprendizagem de séries
[...] ou como uma série arbitrária de palavras” (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN,
1980, p. 23). Santos (2008) acrescenta que, com a aprendizagem mecânica a
“pessoa decora fórmulas, leis, mas esquece após a avaliação ou não sabe o que
fazer com elas” (SANTOS, 2008, p. 53). Entretanto, Ausubel, Novak e Hanesian
(1980) ponderam sobre a necessidade de valorização da aprendizagem mecânica,
considerando que a mesma é inevitável no caso de conceitos inteiramente novos
para o aprendiz – aqueles conhecimentos que não têm como se “ancorar” em
conhecimentos prévios, que, por ausência de subsunçores, são aprendidos
mecanicamente. Quando o aluno, de forma autônoma, descobre algo novo, mas
esta nova informação não faz sentido para ele, ou seja, não se associa à sua
estrutura cognitiva, ocorre aprendizagem mecânica por descoberta.
A teoria da aprendizagem significativa se enquadra como um tipo de
aprendizagem por recepção ou por descoberta. Neste contexto, a “tarefa ou
conteúdo potencialmente significativo é compreendido ou tornada significativa
durante o processo de internalização” (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980, p.
20).
Uma questão importante relacionada às condições necessárias à
aprendizagem significativa é a disposição do aluno para a aprendizagem.
A aprendizagem significativa pressupõe que o aluno manifeste uma disposição para a aprendizagem significativa – ou seja, uma disposição para relacionar de forma não arbitrária e substantiva, o novo material à sua estrutura cognitiva – e que o material aprendido seja potencialmente significativo – principalmente incorporável à sua estrutura de conhecimento através de uma relação não arbitrária e não literal. (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980, p. 34).
A ideia central da teoria da aprendizagem significativa é a da valorização dos
conhecimentos prévios (subsunçores) do aluno. Sobre esta ideia, Ausubel, Novak e
Hanesian (1980, p. 23) afirmam que:
A aprendizagem significativa ocorre quando a tarefa de aprendizagem implica relacionar, de forma não arbitrária e substantiva (não literal), uma nova informação em outras com as quais o aluno já esteja familiarizado, e quando o aluno adota uma estratégia correspondente para assim proceder.
Esta relação não arbitrária e substantiva diz respeito a uma interatividade
34
entre os novos conhecimentos e novos conceitos com algum aspecto relevante pré-
existente na estrutura cognitiva do aluno. De acordo com Ausubel, Novak e
Hanesian (1980), estes aspectos relevantes da estrutura cognitiva do aluno podem
ser, por exemplo, uma imagem, um símbolo, um conceito ou uma proposição.
Moreira (1999) relata que na aprendizagem significativa de David Ausubel, “a nova
informação interage com uma estrutura de conhecimento específica, definida como
conceito subsunçor, ou simplesmente, subsunçor (subsumer), existentes na
estrutura cognitiva do indivíduo” (MOREIRA, 1999, p. 17).
3.1.2 Formação de Conceitos
Ausubel, Novak e Hanesian (1980) descrevem conceitos como ideias
categóricas, “objetos, eventos, situações ou propriedades que possuam atributos
essenciais comuns que são designados por algum signo ou símbolo”, que podem
ser representados por símbolos particulares. Assim, as “palavras combinam-se
comumente para formar sentenças e constituir proposições que representam
realmente conceitos e não objetos ou situações” (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN,
1980, p. 47).
Na formação de conceitos, seus atributos essenciais são adquiridos por
meio de experiência direta e através de estágios sucessivos de formulação de
hipóteses, teste ou generalização. Desse modo o suporte concreto-empírico auxilia
na assimilação de conceitos, especialmente no caso de crianças, logo, resulta em
aprendizagem por descoberta. Entretanto, em jovens e adultos é possível utilizar-se
de conceitos já adquiridos para acelerar o processo de definição dos atributos
essenciais dos novos conceitos, frutos da associação das novas informações com
estes conceitos, que já se encontravam presentes em sua estrutura cognitiva.
3.1.3 Assimilação de Conceitos
A assimilação de conceitos é o princípio utilizado por Ausubel, Novak e
Hanesian (1980) para tornar mais claro o processo de aquisição, fixação e de
organização dos significados na estrutura cognitiva do indivíduo, sendo também
chamada de teoria da assimilação. Estes autores sugerem que na aprendizagem
significativa o resultado da interação que ocorre entre o novo material a ser
35
aprendido e a estrutura cognitiva existente é uma assimilação de antigos e novos
significados que contribui para a modificação dessa estrutura. Na assimilação,
mesmo com o surgimento de novos significados, a relação entre os subsunçores –
como meios de ancoragem – e o que é assimilado permanece na estrutura cognitiva
do aluno. (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980, p. 104)
Para exemplificar o princípio da assimilação, Ausubel, Novak e Hanesian
propõem um modelo que representa este processo, onde a interação entre a nova
informação e o conceito de ancoragem gera um produto modificado desta interação,
conforme ilustrado na figura 2.
Quando uma nova ideia a é aprendida significativamente e relacionada à ideia relevante estabelecida A (subsunçor), tanto as ideias são modificadas como a é assimilada pela ideia estabelecida A. [...] A e a nova ideia a sofrem modificações, formando o produto da interação A’a’.
Figura 2 – Modelo representativo da Assimilação. Fonte: AUSUBEL, Novak e Hanesian (1980, p. 104) (adaptado)
É importante ressaltar que a assimilação não termina após a aprendizagem
significativa, mas continua, conforme propõem os autores, em etapas subsequentes,
levando à aprendizagem futura de uma nova ideia, como se percebe na seta da
figura 2.
Para Ausubel, Novak e Hanesian (1980), o envolvimento do aluno no
processo de aprendizagem passa pelo seu papel ativo, sua motivação para a
investigação, exploração e compartilhamento de suas descobertas, procurando a
construção significativa de seu conhecimento. Portanto, aprendizagem significativa é
um processo no qual uma nova informação é relacionada a um ponto relevante na
estrutura cognitiva do aluno.
A estrutura cognitiva, para Ausubel, Novak e Hanesian (1980), é o conteúdo
informacional organizado e armazenado por um aluno. Nesse sentido pode-se supor
36
que um determinado conteúdo previamente armazenado 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 com o conteúdo
apresentado. É nesse ponto que cabe ao professor buscar novas alternativas ao seu
método de ensino, levando para sala de aula atividades e avaliações que
contemplem habilidades e competências interligadas ao mundo real.
No curso de Física III, objeto desta pesquisa, os aparatos experimentais
objetivaram proporcionar uma visão investigativa, permitindo que a experimentação
alcançasse um caráter mais aberto, sendo possível enfatizar as concepções
espontâneas, o teste de hipóteses, a mudança conceitual, a capacidade de
observação e descrição de fenômenos e até mesmo de reelaboração de explicações
causais nos alunos.
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.
Para se verificar o conteúdo mínimo na estrutura dos alunos, foi planejada a
utilização de um pré-teste contendo onze questões conceituais sobre magnetismo e
eletromagnetismo. As questões visam a identificar conceitos sobre as leis de
Faraday-Lenz, o experimento de Oersted, a manipulação de ímãs, a formação de
campo magnético, inseparabilidade magnética, interação da carga elétrica em
movimento com o campo magnético, dentre outras.
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, como trabalhados
nesta proposta.
A construção dos experimentos e das simulações deve levar em
consideração as concepções prévias dos alunos acerca de conceitos do
37
Eletromagnetismo, de modo que a utilização do laboratório de Física investigativo
articulado às simulações computacionais, ambos embasados no livro didático,
formarão um arsenal metodológico capaz de oferecer condições favoráveis para que
ocorra a aprendizagem significativa dos conceitos de Eletromagnetismo abordados.
3.1.4 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, sendo que 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 aluno recebe a
informação pronta, devendo atuar ativamente sobre esse material. Ausubel, Novak e
Hanesian (1980) ainda consideram três formas de aprendizagem significativa:
• Aprendizagem por subordinação
Acontece quando a nova ideia 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, conceito que será esclarecido
adiante.
Como exemplo, pode-se 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 ideia 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
38
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, entre outros). 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 ideia leva a generalizações.
Por 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 relações 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.
• Aprendizagem combinatória
Este tipo de aprendizagem acontece quando a nova ideia não está
hierarquicamente acima nem abaixo da ideia já existente na estrutura cognitiva à
qual se relacionou de forma não-arbitrária e lógica. Ou seja, a nova ideia 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 significativa.
Um exemplo, deste tipo de aprendizagem, é o caso da metáfora que se faz
de um sistema elétrico com um sistema hidráulico. Nesse exemplo, 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, embora os sistemas elétricos não sejam uma generalização nem um
exemplo de sistemas hidráulicos, e vice-versa. No entanto, é muito mais fácil para a
maioria dos alunos começarem a lidar com os novos conceitos da eletricidade a
39
partir de conceitos com os quais já estão acostumados, relativos à hidráulica. É
imprescindível que, nessas situações, as semelhanças e diferenças entre um
conceito novo e a antigo que lhe serviu como âncora sejam progressivamente
explicitadas, a fim de que o aluno não misture, confunda ou reduza os conceitos
relativos de uma ideia aos da outra.
3.1.5 Ocorrência de Conteúdo Mínimo na Estrutura Cognitiva do Aluno (Subsunçores)
Para Ausubel, Novak e Hanesian (1980) é necessário que o aluno tenha
conhecimento prévio sobre o assunto a ser trabalhado, caracterizando que 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 ideias mais gerais e
inclusivas venham em primeiro plano, diferenciando-se principalmente pelos
detalhes e suas especificidades. A 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 apresentem
novos significados. O material a ser disponibilizado aos alunos deve ser estruturado
para facilitar esta organização de subsunçores, demonstrando de que maneira as
novas ideias são interligadas às antigas.
A figura 3 mostra a relação entre diferenciação progressiva e reconciliação
integradora para o caso do sistema hidráulico e elétrico demonstrando que, quando
40
uma nova ideia é assimilada à estrutura cognitiva de um aluno, isto é feito através do
estabelecimento de relações entre si e ideias 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 ideias, a inserção de algo novo
pode provocar a modificação destes conceitos e ideias, mesmo não estando
diretamente relacionados (circuito elétrico e resistência).
Figura 3 – Relação entre diferenciação progressiva e reconciliação
integradora. Fonte: Moreira,1999, p. 96. (adaptado)
A figura 4 retrata um mapa conceitual da Aprendizagem Significativa
proposta por Ausubel, sendo que este recurso será caracterizado adiante (página
39).
Figura 4 – Mapa conceitual sobre a Aprendizagem Significativa.
Fonte: acervo do autor
41
A estrutura cognitiva é algo dinâmico, em constante modificação em função
das diversas experiências e aprendizados de cada aluno. Cabe ressaltar, entretanto,
que esse processo não é “automático”, ou seja, não basta uma nova ideia para
mudar toda a estrutura cognitiva do aluno. É preciso trabalho ativo do aluno para
que esta mudança possa “se processar”.
A diferenciação progressiva e a reconciliação integradora são processos que
resultam e ocorrem simultaneamente com a Aprendizagem Significativa, bem
caracterizando a dinamicidade da teoria de Ausubel.
Pretende-se, inicialmente, através da apresentação do mapa conceitual
representado na figura 4, promover uma visualização integradora da aprendizagem
significativa e, deste modo, gerar um primeiro contato com os principais pontos que
serão abordados nesta investigação.
3.2 Mapas Conceituais
Os mapas conceituais aqui apresentados foram utilizados exclusivamente
como auxílio na organização desta pesquisa e na distribuição dos conteúdos a
serem abordados ao longo do curso de Física III.
Baseando-se na Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel,
Novak define Mapa Conceitual como “uma representação gráfica, em duas
dimensões, de determinado conjunto de conceitos, sendo construído de tal forma
que as relações entre eles sejam evidentes” (NOVAK, 2002, p. 548)
A estrutura de um mapa conceitual, segundo Novak (2002), deve ser
composta de diferenciações progressivas, reconciliações integradoras e ligações
proposicionais.
Segundo Moreira (2010), os mapas conceituais são:
[...] apenas diagramas indicando relações entre conceitos. Mais especificamente, podem ser vistos como diagramas hierárquicos que procuram refletir a organização conceitual de uma disciplina ou parte dela, ou seja, derivam sua existência da estrutura conceitual de uma área de conhecimento. (MOREIRA, 2010, p. 1).
Por sua vez, Dutra (2006) destaca que os mapas conceituais:
42
[...] são representações gráficas de relações entre conceitos que baseado na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, é uma representação gráfica em duas dimensões de um conjunto de conceitos construídos de tal forma que as relações entre eles sejam evidentes. (DUTRA, 2006, p. 18).
Este autor sugere uma técnica de construção de um mapa conceitual,
utilizando as seguintes etapas:
a) ter, antes, uma boa pergunta inicial, cuja resposta estará expressa no
mapa conceitual construído;
b) escolher um conjunto de conceitos (palavras-chave), dispondo-os
aleatoriamente no espaço onde o mapa será elaborado;
c) escolher um par de conceitos para estabelecimento da(s) relação(ões)
entre eles;
d) decidir qual a melhor e escrever uma frase de ligação para esse par de
conceitos escolhidos;
e) a repetição das etapas c e d tantas vezes quanto o necessário.
Embora diversos autores e dentre eles pode-se citar Novak (2002), Moreira
(2010) e Dutra (2006) tenham trabalhos publicados sobre a consecução de mapas
conceituais, não existem regras rígidas para sua construção.
Entretanto, atribui-se destaque para algumas informações consideradas importantes:
Mapas conceituais são diagramas que indicam relações entre conceitos
Mapas conceituais podem seguir um modelo hierárquico com conceitos mais
inclusivos no topo, conceitos subordinados intermediários e conceitos mais
específicos na parte inferior. Esta distribuição é facilitadora para que os
conceitos sejam obtidos coerentemente com a aprendizagem significativa de
Ausubel.
O mapa conceitual é uma técnica flexível, e em razão disto, pode ser usado
em diversas situações para diversas finalidades: instrumento de análise de
currículo, técnica didática, recurso de aprendizagem, meio de avaliação
(MOREIRA, 2010, p. 13).
Pelo que foi descrito, pode-se apropriar de pontos positivos constituintes do
mapa e utiliza-los na estrutura organizacional de um curso de Física. O importante é
que o mapa conceitual seja um instrumento capaz de evidenciar significados
43
atribuídos a conceitos e relações entre eles no contexto de um corpo de
conhecimentos, de uma disciplina ou de um conteúdo de ensino.
44
45
CAPÍTULO 4 - AS ORIENTAÇÕES CURRICULARES E O ENSINO DE FÍSICA
Este capítulo trata inicialmente das Diretrizes Curriculares Nacionais para o
Ensino Médio e aborda os Parâmetros Curriculares Nacionais como geradores de
subsunsores para se discutir as Diretrizes Curriculares Nacionais dos Cursos de
Engenharia Civil e encerra-se analisando o Projeto Pedagógico do Curso de
Engenharia Civil da Fundação de Ensino Superior de Passos (FESP/UEMG) lócus
desta pesquisa.
4.1 As Diretrizes Curriculares Nacionais Para o Ensino Médio
As Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (DCNEM)
(BRASIL, 1998) surgiram devido à necessidade de mudança no Ensino Médio, cujo
currículo era baseado em um ensino descontextualizado e com acúmulo de
informações, o que contribuía para dificuldades de aprendizagem dos alunos.
Com a publicação da Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional
(LDBEN) em 1996 (BRASIL, 1996), começa a ser discutida a produção de
referenciais curriculares para as diversas etapas da educação básica, incluindo o
Ensino Médio, dando origem aos Parâmetros Curriculares Nacionais.
As DCNEM propõem a organização do currículo desta etapa de ensino em
três áreas de conhecimento, a saber: Linguagens, Códigos e suas Tecnologias;
Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias; e Ciências Humanas e suas
Tecnologias. Estas seriam fundamentadas no desenvolvimento de competências e
habilidades, que estariam inclusas em um ambiente interdisciplinar e
contextualizado. Cabe destacar que a Física está inserida na área de Ciências da
Natureza, Matemática e suas Tecnologias.
Segundo as DCNEM a aprendizagem das Ciências da Natureza deve
promover a construção e melhora do conhecimento de uma forma prática,
interdisciplinar e contextualizada, propondo uma aprendizagem com princípios
científicos do universo físico e natural atualizados, aproximando o aluno do mundo
46
da investigação científica e tecnológica. Nesta investigação esses princípios serão
aplicados na solução e resolução de problemas de forma contextualizada, seja real
ou simulada. Estabelecem também, competências e habilidades que devem servir
como referenciais pedagógicos na solução de problemas que promovam a
aprendizagem.
As DCNEM propõem a interdisciplinaridade, na qual o aluno passa a ver e
entender que as disciplinas escolares estão no seu cotidiano e se inter-relacionam.
A aprendizagem nessa área de conhecimento segundo as DCNEM (BRASIL,
1998, p. 223-224) mostra como compreender e utilizar os conhecimentos científicos,
para melhor entender o funcionamento do mundo, podendo executar, avaliar e
planejar as ações que se observa na realidade. Esta área de conhecimento objetiva
a construção de competências e habilidades que permitam ao educando:
Compreender as ciências como construções humanas, entendendo como
elas se desenvolvem por acumulação, continuidade ou ruptura de
paradigmas, relacionando o desenvolvimento científico com a transformação
da sociedade.
Entender e aplicar métodos e procedimentos próprios das ciências naturais.
Identificar variáveis relevantes e selecionar os procedimentos necessários
para a produção, análise e interpretação de resultados de processos ou
experimentos científicos e tecnológicos.
Compreender o caráter aleatório e não determinístico dos fenômenos naturais
e sociais e utilizar instrumentos adequados para medidas, determinação de
amostras e cálculo de probabilidades.
Identificar, analisar e aplicar conhecimentos sobre valores de variáveis,
representados em gráficos, diagramas ou expressões algébricas, realizando
previsão de tendências, extrapolações e interpretações.
Analisar qualitativamente dados quantitativos representados gráfica ou
algebricamente relacionados a contextos socioeconômicos, científicos ou
cotidianos.
47
Apropriar-se dos conhecimentos da física, da química e da biologia e aplicar
esses conhecimentos para explicar o funcionamento do mundo natural,
planejar, executar e avaliar ações de intervenção na realidade natural.
Identificar, representar e utilizar o conhecimento geométrico para o
aperfeiçoamento da leitura, da compreensão e da ação sobre a realidade.
Entender a relação entre o desenvolvimento das ciências naturais e o
desenvolvimento tecnológico e associar as diferentes tecnologias aos
problemas que se propuseram e propões solucionar.
Entender o impacto das tecnologias associadas às ciências naturais na sua
vida pessoal, nos processos de produção, no desenvolvimento do
conhecimento e na vida social.
Aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais na escola, no trabalho
e em outros contextos relevantes para sua vida.
Em decorrência de uma desarticulação entre o ensino proposto e o praticado
nas escolas, foram elaborados os Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino
Médio (PCNEM) (BRASIL, 1999), que vieram em complementação as DCNEM,
fazendo referências às disciplinas que são vinculadas nas três áreas de
conhecimento, de modo a fornecer uma visão integradora entre as disciplinas e uma
visão interdisciplinar entre as áreas.
4.1.1 Proposta dos PCN Para o Ensino de Física
A proposta dos PCN destaca que:
Não se trata, portanto, de elaborar novas listas de tópicos de conteúdos, mas, sobretudo, de dar ao ensino de Física novas dimensões. Isso significa promover um conhecimento contextualizado e integrado à vida de cada jovem. Apresentar uma física que explique a queda dos corpos, o movimento da lua ou das estrelas do céu, o arco-íris e também o raio laser, as imagens da televisão e as outras formas de comunicação. Uma física que explique os gastos da “conta de luz” ou o consumo diário de combustível e também as questões referentes ao uso das diferentes fontes de energia em escala social, incluída a energia nuclear, com seus riscos e benefícios. Uma física que discuta a origem do universo e sua evolução. Que trate do refrigerador ou motores a combustão, das células fotoelétricas, das radiações presentes no dia-a-dia, mas também dos princípios gerais que permitem generalizar todas essas compreensões. Uma física cujo significado o aluno possa perceber no momento que aprende, e não em um momento posterior ao aprendizado. (BRASIL, 1999, p. 23).
48
Para que esses objetivos sejam alcançados a Física deve ser encarada não
somente como um conjunto de conceitos, leis e fórmulas, mas como um meio de
compreensão prática do mundo, que contribua no desenvolvimento cognitivo do
aluno tanto no sentido prático como conceitual, levando em consideração seu
conhecimento prévio e a sua realidade, em que os objetos e fenômenos sejam algo
com que lidam, devendo-se criar problemas e questões que movam a curiosidade,
aprimorando o desenvolvimento cognitivo dos alunos.
Neste sentido, mesmo após o ensino médio, esses alunos em outras
instâncias profissionais ou no dia a dia irão se deparar com situações em que
poderão utilizar seus conhecimentos físicos adquiridos.
A Física é uma disciplina que favorece a construção de abstrações e
generalizações, e que possui uma maneira própria de lidar e entender o mundo.
Essa maneira não se expressa somente pela forma como se representa, como se
escreve e descreve a realidade, mas principalmente pela identificação da
regularidade na investigação de fenômenos, na conceituação de grandezas e suas
quantificações. As habilidades relacionadas à investigação estão intimamente
associadas aos conteúdos de Física, estimulando a observação e procurando
descobrir situações-problemas a serem enfrentados e resolvidos, classificando,
organizando e sistematizando os fenômenos e fatos, segundo aspectos físicos e
funcionais. Como exemplos pode-se citar a identificação de movimentos presentes
no cotidiano, segundo suas características, as diferenças dos materiais de acordo
com as propriedades elétricas, mecânicas, térmicas, magnéticas ou ópticas,
observação e identificação dos diferentes tipos de imagem e classificação segundo a
sua função.
As atividades que envolvem investigação, devido a seu sentido amplo e a
sua capacidade de estimular a necessidade de se aprofundar descobertas e
aprendizagens, desenvolvem habilidades para criar hipóteses, testes, pelas quais se
relacionam grandezas e medidas, quantificáveis com a utilização de réguas,
balanças, multímetros ou instrumentos próprios, aprendendo a identificar os
parâmetros que são relevantes e reuni-los para elaborar uma conclusão, que será
efetiva dependendo da compreensão das leis físicas e seus princípios, ou seja, do
conhecimento prático e conceitual adquirido.
49
A compreensão dos conhecimentos físicos deve ser desenvolvida por
passos, onde os elementos devem ser práticos, próximos da realidade dos alunos.
Os assuntos devem ser tratados cuidadosamente, de forma que deixem de ser
abstratos e passem a ser concretos, utilizando-se de situações reais. A utilização de
modelos torna-se essencial para se explicar alguns fatos na Física e devem ser
construídos de acordo com as necessidades de contorno que envolve o fenômeno
físico estudado. Como exemplo, cita-se o conceito de campo magnético ou os
processos de sua formação, que podem ser explicados e melhor compreendidos
através da utilização de modelos computacionais.
As habilidades desenvolvidas tendo como referência o mundo vivencial do
aluno possibilitam uma relação com outros conhecimentos e sua inter-relação, uma
vez que o mundo é interdisciplinar, podendo articular o conhecimento físico com
outras áreas do saber científico. A abordagem e o tema são aspectos dependentes,
onde é necessário observar, em cada caso, quais temas promovem um melhor
desenvolvimento das competências desejadas.
A Física é uma disciplina que desenvolveu, no seu processo de construção,
uma linguagem própria para suas representações, sendo composta de códigos
específicos. O entendimento e utilização dessa linguagem necessitam de
competências, que se referem à representação e comunicação, que serão
acompanhadas da expressão do saber conceitual. A utilização dessa competência
segundo os PCNEM (BRASIL, 1999, p. 29) propicia ao aluno:
Entender enunciados que envolvam códigos e símbolos físicos, como os valores
nominais de tensão ou potência dos aparelhos elétricos, os elementos indicados
em receitas de óculos, dentre outras coisas.
Compreender manuais de instalação e utilização de aparelhos e dispositivos
elétricos residenciais, identificando seus diferentes usos e o significado das
informações fornecidas pelos fabricantes sobre suas características.
Utilizar e compreender gráficos, relações matemáticas gráficas como expressão
do saber conceitual de física.
50
Expressar-se corretamente utilizando de forma adequada a linguagem física em
situações dadas, como saber distinguir massa de peso, calor de temperatura,
dentre outras coisas.
Saber utilizar elementos de representação simbólica, como exemplo, os vetores
e circuitos elétricos.
Saber descrever de forma clara e objetiva os conhecimentos físicos aprendidos,
como por exemplo, relatos dos resultados de uma experiência de laboratório
conversam com um profissional eletricista, sabendo assim descrever no contexto
do relato os conhecimentos físicos aprendidos de forma adequada.
Conhecer fontes e formas para obter informações relevantes, como vídeos,
programas de televisão, sites da internet ou notícias de jornal. Permitindo
acompanhar o ritmo das transformações do mundo em que vivemos, sendo um
leitor crítico que sabe interpretar as notícias científicas.
Desenvolver a capacidade de elaborar sínteses, através de esquemas
relacionados a diferentes conceitos, processos ou propriedades, através da
própria linguagem física trabalhada.
A construção da percepção das dimensões históricas e sociais na Física é
conseguida através da utilização da competência que, segundo os PCNEM
(BRASIL, 1999, p. 29), referindo-se à contextualização sociocultural, permite ao
aluno:
Reconhecer a Física como criação humana, que explica a influência dos
aspectos da história e sua relação no contexto cultural, social, político e
econômico. O surgimento das teorias físicas e sua relação e influência com o
contexto social que ocorreram.
Reconhecer-se como cidadão participante, tomando conhecimento das coisas ao
seu redor, e ter consciência de eventuais problemas e soluções, relacionando
com os conhecimentos aprendidos.
Entenda e faça relações de custo/benefício de coisas criadas pelo homem, como
a fabricação de bombas atômicas com participação dos físicos; as implicações de
um acidente que tenha envolvido a presença de radiações ionizantes; opção por
51
outras formas de energia. Sendo capaz de emitir juízos de valor em relações
sociais que envolvam aspectos relevantes a aspectos físicos e/ou tecnológicos.
Perceber e estabelecer relações entre o conhecimento da física e de diversas
formas de expressão da cultura humana, como obras literárias, peças de teatro
ou obras de arte.
Reconhecer a importância da física no processo produtivo, entendendo como
ocorreu a evolução das tecnologias e a relação com o desenvolvimento do
conhecimento científico.
Entender o aumento da capacidade do homem devido à evolução da tecnologia.
O conjunto dos aspectos citados pelos PCNEM procura de diferentes formas
a melhoria do ensino médio, onde além da reformulação da abordagem dos
conteúdos ou tópicos de ensino, visa promover mudanças de ênfase, favorecendo a
vida individual, social e profissional presente e futura do aluno que integra a escola.
4.1.2 Laboratório de Física: Os PCN e o Laboratório de Física
No que diz respeito ao uso do laboratório de Física no processo de ensino e
aprendizagem da disciplina de Física, os PCN sugerem atividades experimentais
que permitam desenvolver no aluno competências e habilidades que promovam o
interesse de investigar, tirar conclusões, formular hipóteses, propiciando um maior
desenvolvimento cognitivo, trazendo assim o aluno para a realidade tecnológica da
sociedade atual. Quando da realização dos experimentos este deverá ser
estimulado a criar situações-problema a partir de suas concepções prévias, do seu
mundo vivencial, evitando assim que pense que a aquisição do conhecimento
científico é uma verdade estabelecida e inquestionável.
Segundo este documento, o professor deve atuar como um agente que
interage com o aluno, potencializando o desenvolvimento dessas habilidades e
competências, propondo situações reais e próximas da realidade deles. Ainda
segundo os PCN:
[...] especialmente nas ciências, aprendizado ativo é, às vezes, equivocadamente confundido com algum tipo de experimentalismo puro e simples, que não é praticável nem sequer recomendável, pois a atividade deve envolver muitas outras dimensões, além da observação e das
52
medidas, como o diálogo ou a participação em discussões coletivas e a leitura autônoma. Não basta, no entanto, que tais atividades sejam recomendadas. É preciso que elas se revelem necessárias e sejam propiciadas e viabilizadas como partes integrantes do projeto pedagógico. Isso depende da escola, não só do professor. (BRASIL, 1999, p. 49).
Sobre o papel da experimentação no ensino de ciências, os PCN
recomendam:
[...] para o aprendizado científico, matemático e tecnológico, a experimentação, seja ela de demonstração, seja de observação e manipulação de situações e equipamentos do cotidiano do aluno e até mesmo a laboratorial, propriamente dita, é distinta daquela conduzida para a descoberta científica e é particularmente importante quando permite aos estudantes diferentes e concomitantes formas de percepção qualitativa e quantitativa, de manuseio, observação, confronto, dúvida e de construção conceitual. A experimentação permite ainda ao aluno a tomada de dados significativos, com as quais possa verificar ou propor hipóteses explicativas e, preferencialmente, fazer previsões sobre outras experiências não realizadas. (BRASIL, 1999, p. 52-53).
O laboratório de Física deverá servir como um recurso pedagógico a ser
utilizado pelo professor para melhorar a aprendizagem do aluno. Por trabalhar com
uma metodologia diferente, utilizando materiais concretos, seu papel como facilitador
da aprendizagem pode ajudar no entendimento de conceitos mais abstratos, como
no caso do Eletromagnetismo abordado nesta investigação e que compõe a área da
Física.
Segundo os PCN+ (BRASIL, 2006), criado com o intuito de complementar os
PCNEM (BRASIL, 1998) o laboratório de Física deve evitar experiências que se
reduzem à execução de listas de procedimentos pré-fixados. Propõe-se trabalhar
com materiais de baixo custo, tais como pedaços de fios, garrafas usadas, pequenas
lâmpadas e pilhas, ímãs, dentre outras coisas, como também instrumentos de
medidas mais sofisticados, tais como multímetros, osciloscópio, sendo a principal
preocupação a realização das competências com as atividades desenvolvidas.
Já, as Diretrizes Curriculares Nacionais dos Cursos de Engenharia (DCNE)
(BRASIL, 2002), apontam para uma necessidade de se articular Ciência e
Tecnologia, interpretando conceitos de nossa realidade:
O desafio que se apresenta o ensino de engenharia no Brasil é um cenário mundial que demanda uso intensivo da ciência e tecnologia e exige profissionais altamente qualificados. O próprio conceito de qualificação profissional vem se alterando, com a presença cada vez maior de componentes associadas às capacidades de coordenar informações, interagir com pessoas, interpretar de maneira dinâmica a realidade.
53
(BRASIL, 2002, p. 1).
Quase sempre esta articulação se faz com experimentações como aquelas
propostas nos PCN e PCN+, debates, situações modeladas no computador, leitura
de revistas especializadas da área, entre outros recursos didático-pedagógicos.
Ainda, segundo essas diretrizes, o perfil dos egressos de um curso de
Engenharia compreende uma sólida formação técnica científica e profissional geral
que o capacite a absorver e desenvolver novas tecnologias, estimulando a sua
atuação crítica e criativa na identificação e resolução de problemas, considerando
seus aspectos políticos, econômicos, sociais, ambientais e culturais, com visão ética
e humanística, em atendimento às demandas da nossa sociedade.
Essa formação desejada nas DCNE vai ao encontro do que propõe os PCN
para o Ensino de Física, uma vez que o perfil do egresso do curso de Engenharia
necessita de uma formação com habilidades e competências que passam por:
I - aplicar conhecimentos matemáticos, científicos, tecnológicos e instrumentais à
engenharia;
II - projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados;
III - conceber, projetar e analisar sistemas, produtos e processos;
IV - identificar, formular e resolver problemas de engenharia;
V - desenvolver e/ou utilizar novas ferramentas e técnicas;
VI - comunicar-se eficientemente nas formas escrita, oral e gráfica;
VII - atuar em equipes multidisciplinares;
Diante dessas competências e habilidades propostas pela DCNE faz-se
necessário conhecer o Projeto Pedagógico do Curso de Engenharia Civil.
4.2 O Projeto Pedagógico do Curso de Engenharia Civil
O Projeto Pedagógico do Curso (PPC) de graduação, expressa os principais
parâmetros para a ação educativa, fundamentando, juntamente com o Projeto
Pedagógico Institucional (PPI), a gestão acadêmica, pedagógica e administrativa de
cada curso, estando em permanente construção, sendo elaborado, reelaborado,
implementado e avaliado.
54
O PPC de graduação deve estar sintonizado com a nova visão de mundo,
garantindo a formação global e crítica para os egressos, como forma de capacitá-los
para o exercício de uma cidadania social e ambientalmente responsável. Para isto,
os egressos devem ser sujeitos de transformação da realidade, com respostas para
os grandes problemas contemporâneos, elementos que caracterizam e que
demandam um novo paradigma de sociedade e de educação.
O PPC deve ser construído em sintonia e/ou articulação com o Projeto de
Desenvolvimento Institucional (PDI) e o PPI, com as Diretrizes Curriculares
Nacionais (DCN) e em especial, um PPC voltado para construção do conhecimento
deve ser veiculado aos processos de pesquisa e extensão.
4.2.1 PPC da Engenharia Civil da Fundação de Ensino Superior de Passos (FESP/UEMG)
Em nossa pesquisa o público alvo foi formado por alunos matriculados no 3º
período do curso de bacharelado em Engenharia Civil da Fundação de Ensino
Superior de Passos (FESP/UEMG) e por esse motivo faz-se necessário a
abordagem do PPC do curso neste capítulo.
O PPC é um documento de orientação acadêmica onde consta, dentre
outros elementos: conhecimentos e saberes considerados necessários à formação
das competências estabelecidas a partir do perfil do egresso; estrutura e conteúdo
curricular; ementário, bibliografias básica e complementar; estratégias de ensino;
docentes; recursos materiais, serviços administrativos, serviços de laboratórios e
infraestrutura de apoio ao pleno funcionamento do curso.
O PPC do curso de bacharelado em Engenharia Civil (FESP/UEMG, 2013),
contempla os itens elencados acima.
Segundo o PPC da Engenharia Civil da FESP/UEMG (2013), os objetivos do
curso são:
a) Objetivos gerais
• Formar profissionais aptos a desenvolver, de forma plena e inovadora,
atividades na área de Engenharia, fornecendo aos futuros profissionais a
55
formação específica para a utilização correta das técnicas necessárias às
suas funções;
• Capacitar para o mercado de trabalho este profissional dotando-o de
habilidades técnicas e conhecimentos específicos, aliados à moderna visão
do mercado contemporâneo desenvolvendo e aperfeiçoando um perfil
empreendedor, criativo e dinâmico;
• Desenvolver competência profissional para a formação na área de
Engenharia, compreendendo ao seu final a Graduação, com a titulação de
Bacharel em Engenharia Civil.
b) objetivos específicos:
• Formar um profissional global e pluralista com formação
multidisciplinar;
• Preparar profissionais capacitados a exercer todas as funções
clássicas da Engenharia Civil como prevenir, planejar, calcular, projetar,
organizar, comandar, gerenciar e controlar;
• Formar profissionais criativos, inovadores, líderes, empreendedores e
que tenham visão de futuro;
• Preparar profissionais capazes de contribuir para o desenvolvimento de
novos modelos empregáveis à profissão;
• Formar profissionais com sólida formação humanística e consciente do
seu papel social.
Busca-se, portanto, formar profissionais para atuar no mercado de trabalho e
na sociedade tendo por base uma formação que supere a tradição pedagógica
tecnicista caracterizada pela separação do saber / fazer e da teoria / prática.
Para que o egresso do curso de Engenharia Civil da FESP/UEMG possa ser
capaz de prevenir, planejar, calcular, projetar, organizar, comandar e gerenciar suas
práticas, a disciplina de Física III propõe uma articulação entre o laboratório de
Física utilizado na modalidade investigativa e as simulações computacionais, com
objetivos definidos na introdução dessa pesquisa, tendo como aporte a teoria de
aprendizagem significativa de Ausubel, respeitando ainda a ementa da disciplina
observada no anexo “A”.
56
4.2.2 Habilidades e Competências presentes no PPC do curso de Engenharia Civil da FESP/UEMG
Segundo o artigo 4º da Resolução da Câmara de Educação Superior (CES)
do Conselho Nacional de Educação (CNE) Nº 11, de 11 de março de 2002 as
competências e habilidades esperadas ao aluno egresso do curso de Engenharia
Civil são:
• Aplicar conhecimentos matemáticos, científicos, tecnológicos e instrumentais
à Engenharia;
• Projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados;
• Conceber, projetar e analisar sistemas, produtos e processos;
• Identificar, formular e resolver problemas de Engenharia;
• Desenvolver e/ou utilizar novas ferramentas e técnicas;
• Comunicar-se eficientemente nas formas escrita, oral e gráfica;
• Atuar em equipes multidisciplinares;
A fim de desenvolver as competências elencadas acima, planejou-se utilizar
o laboratório de Física em uma vertente investigativa, visto que esta tem como
principal objetivo possibilitar ao aluno trabalhar com sistemas físicos reais,
oportunizando a resolução de problemas com questões desafiadoras. Além disso,
articulou-se as atividades experimentais investigativas com as simulações
computacionais, pois elas tornam o ensino dos conceitos de Física mais
interessante, autêntico e relevante, oportunizando implementar situações de
comunicação e colaboração. Assim, a articulação destes recursos instrucionais
revela um viés metodológico adequado aos objetivos da tese, tendo em vista que
ambos são estimulados a produzir, conduzir e interpretar resultados de
experimentos, utilizar novas ferramentas para a obtenção do conhecimento, atuar
em grupo de pesquisa, bem como comunicar-se de maneira eficiente nas formas
oral (na entrevista semiestruturada) e escrita (levantamentos 1 e 2).
57
CAPÍTULO 5 - ASPECTOS METODOLÓGICOS DA PESQUISA
Neste capítulo apresenta-se a fundamentação metodológica adotada nesta
pesquisa. No primeiro estudo, adota-se uma metodologia de Análise Proposicional
Quantitativa (CRESWELL, 2007), que é apresentada na primeira seção. Ampara-se
nos conceitos advindos da Pesquisa-ação (BARBIER, 2004; GIL, 2007),
apresentada na segunda seção, e também na Análise de Conteúdo (BADIN, 2000) e
finalizou-se descrevendo as vantagens e limitações da entrevista semiestruturada
(REAL; PARKER, 2000).
5.1 Quanto à Abordagem
A pesquisa científica é o resultado de um exame minucioso, realizado com o
objetivo de resolver um problema, recorrendo a procedimentos científicos. Ela
possibilita uma aproximação e um entendimento da realidade a investigar decorrente
de um processo permanentemente inacabado. Processa-se por meio de
aproximações sucessivas da realidade, fornecendo-nos subsídios para uma
intervenção no real.
A discussão sobre instrumentos de pesquisa no Ensino e seu papel nas
investigações científicas é crucial para garantir os objetivos traçados em uma
pesquisa.
O objetivo deste capítulo é descrever os principais elementos que embasam
o percurso metodológico utilizado nesta pesquisa, destacando, entre outros
aspectos, o instrumento de investigação qualitativa e, sobretudo, quantitativa,
desenvolvido para ser empregado nas entrevistas e nos levantamentos de pré e
pós-teste realizados, compostas de um conjunto de técnicas para a segmentação do
texto associado a análises de correspondências estatísticas, denominado Análise
Proposicional Quantitativa (APQ) (CRESWELL, 2007).
A APQ, segundo Creswell (2007), visa suprir a inexistência de um método
para análise quantitativa de variáveis de tipo qualitativo que surgem das falas em
entrevistas com questões abertas, nas quais as respostas não estão estruturadas ou
58
predefinidas. Esse fato pode dificultar ou impossibilitar análises por intermédio das
técnicas usuais. A utilização da APQ permite descobertas inesperadas de temas ou
assuntos que não foram necessariamente planejados, de início, em questionários ou
entrevistas.
Muitos caminhos diferentes podem ser adotados e cada um deles oferecerá
vantagens e restrições. Uma infinidade de possibilidades de procedimentos
metodológicos pode ser imaginada e empregada para a investigação de questões de
pesquisa na área de Ensino (CERVO; BERVIAN, 2006; RICHARDSON, 2008).
Creswell (2007, p. 117) apresenta a possibilidade de se escolherem métodos de
caráter quantitativos, qualitativos ou ainda mistos, e destaca que os métodos
“qualitativos diferem dos quantitativos em relação à ênfase e forma, mas que não se
pode afirmar que sejam opostos.”
Este mesmo autor (CRESWELL, 2007, p. 118) afirma ainda que o propósito
da pesquisa qualitativa é “promover a interação com o problema de pesquisa sem
ter a estatística como foco principal.” Nesse caso, o ambiente natural é a fonte direta
de dados e o pesquisador o seu instrumento fundamental. Os estudos qualitativos
apresentam certas características: os dados são coletados no contexto onde
acontecem os fenômenos, a análise de dados ocorre durante o processo de
levantamento, os estudos são apresentados em descrição, com foco na
compreensão e na interpretação dos fatos, e exige ainda uma interação entre
pesquisador e pesquisado (CRESWELL, 2007; DENZIN; LINCOLN, 2007).
Ainda, segundo Creswell (2007, p. 119), a pesquisa quantitativa permite “a
quantificação de dados e o seu tratamento por meio de técnicas estatísticas simples
ou complexas.” O objetivo é conferir exatidão aos resultados, redução de possíveis
distorções ocorridas a partir da análise e interpretação dos dados e consequente
ampliação da margem de segurança quanto às inferências (CRESWELL, 2007).
O uso de métodos múltiplos de investigação que combinam os dois tipos de
pesquisa – qualitativa e quantitativa – cria o chamado método misto de pesquisa
científica.
59
O método misto surge a partir da necessidade de se esclarecerem questões
e promover a compreensão de análises complexas a partir da reunião de dados
qualitativos e quantitativos em uma única pesquisa.
É nesse sentido que a Análise Proposicional Quantitativa (APQ) apresenta-
se como um instrumento que combina componentes da pesquisa qualitativa e da
quantitativa. Assim, de um lado, promove o entendimento de fatos sobre um
assunto, possibilita a interpretação de fenômenos e a atribuição de resultados
(aspecto qualitativo) e, de outro lado, permite a quantificação dos dados e o seu
tratamento por meio de técnicas estatísticas (aspecto quantitativo) (CRESWELL,
2007; DENZIN; LINCOLN, 2007; OLIVEIRA, 2002). O quadro 3 descreve os passos
adotados para a realização da coleta e descrição dos dados de nossa pesquisa,
considerando as categorias temáticas da APQ.
Quadro 3 – Síntese da APQ. Fonte: CRESWELL, 2007, p. 263 (adaptado)
Graças à consolidação de expressões recorrentes nos materiais explorados
em categorias temáticas, a APQ, segundo Creswell (2007, p. 125) “[...] reduz
60
possíveis distorções comumente introduzidas na análise e interpretação de dados,
ampliando a margem de segurança relacionada às inferências em uma pesquisa.”
5.2 A Pesquisa-Ação
A pesquisa-ação é um tipo de pesquisa participante engajada, em oposição
à pesquisa tradicional, que é considerada como independente e objetiva. Como o
próprio nome já diz, a pesquisa-ação procura unir a pesquisa à ação ou prática,
desenvolvendo o conhecimento e a compreensão como parte dessa prática. É,
portanto, uma maneira de se fazer pesquisa em situações em que também se é uma
pessoa da prática e se deseja melhorar a compreensão desta. Barbier (2004) afirma
que a:
[...] pesquisa-ação é uma forma de investigação baseada em uma autorreflexão coletiva empreendida pelos participantes de um grupo social de maneira a melhorar a racionalidade e a justiça de suas próprias práticas sociais e educacionais, como também o seu entendimento dessas práticas e de situações onde essas práticas acontecem. A abordagem é de uma pesquisa-ação apenas quando ela é colaborativa... (BARBIER, 2004, p. 25).
Por sua vez Gil (2007) afirma que:
[...] a pesquisa-ação pressupõe uma participação planejada do pesquisador na situação problemática a ser investigada. O processo de pesquisa recorre a uma metodologia sistemática, no sentido de transformar as realidades observadas, a partir da sua compreensão, conhecimento e compromisso para a ação dos elementos envolvidos na pesquisa (GIL, 2007, p. 143-144).
Ainda, segundo o autor:
[...] o objeto da pesquisa-ação é uma situação social situada em conjunto e não um conjunto de variáveis isoladas que se poderiam analisar independentemente do resto. Os dados recolhidos no decurso do trabalho não têm valor significativo em si, interessando enquanto elementos de um processo de mudança social. O investigador abandona o papel de observador em proveito de uma atitude participativa e de uma relação sujeito a sujeito com os outros parceiros. O pesquisador quando participa na ação traz consigo uma série de conhecimentos que serão o substrato para a realização da sua análise reflexiva sobre a realidade e os elementos que a integram. A reflexão sobre a prática implica em modificações no conhecimento do pesquisador (GIL, 2007, p. 144).
Uma das características deste tipo de pesquisa é que através dela se
procura intervir na prática de modo inovador já no decorrer do próprio processo de
pesquisa e não apenas como possível consequência de uma recomendação na
etapa final do projeto, conforme se buscou ao longo de nossas intervenções. Este
61
tipo de pesquisa possibilita avaliar empiricamente o resultado de crenças e práticas
em sala de aula tornando-se atrativa pelo fato de poder levar a um resultado
específico imediato, no contexto do ensino-aprendizagem. Segundo Barbier (2004):
[...] a pesquisa-ação reconhece que o problema nasce, num contexto preciso, de um grupo em crise. O pesquisador não o provoca, mas constata-o, e seu papel consiste em ajudar a coletividade a determinar todos os detalhes mais cruciais ligados ao problema, por uma tomada de consciência dos atores do problema numa ação coletiva. (BARBIER, 2004, p. 54).
Neste contexto, a pesquisa-ação é o instrumento ideal para uma pesquisa
relacionada à prática, que no nosso caso é a docência.
Além da área educacional, a pesquisa-ação pode ser aplicada em qualquer
ambiente de interação social que se caracterize por um problema, no qual estão
envolvidos pessoas, tarefas e procedimentos.
5.2.1 Características Essenciais da Pesquisa-Ação
A pesquisa-ação tem as seguintes características:
O processo de pesquisa deve tornar-se um processo de aprendizagem para
todos os participantes e a separação entre sujeito e objeto de pesquisa deve
ser superada.
Como critério de validade dos resultados da pesquisa-ação sugere-se a
utilidade dos dados para os alunos: as estratégias e produtos serão úteis para
os envolvidos se forem capazes de apreender sua situação e de modificá-la.
O pesquisador parece-se, neste contexto, a um praticante social que intervém
numa situação com o fim de verificar se um novo procedimento é eficaz ou
não.
No ensino, a pesquisa-ação tem por objeto de pesquisar as ações humanas
em situações que são percebidas pelo professor como sendo inaceitáveis sob
certos aspectos, que são suscetíveis de mudança e que, portanto, exigem
uma resposta prática.
A pesquisa-ação é situacional: procura diagnosticar um problema específico
numa situação também específica, atingindo uma relevância prática dos
resultados.
62
A pesquisa-ação é autoavaliativa, isto é, as modificações introduzidas na
prática são constantemente avaliadas no decorrer do processo de intervenção
e o feedback obtido do monitoramento da prática é traduzido em
modificações, mudanças de direção e redefinições, conforme necessário,
trazendo benefícios para o próprio processo.
A pesquisa-ação é cíclica: as fases finais são usadas para aprimorar os
resultados das fases anteriores.
O caráter cíclico da pesquisa-ação é evidenciado pela figura 5,
adaptado de BARBIER (2004).
Figura 5 - Caráter cíclico da pesquisa-ação.
Fonte: Barbier, 2004, p. 36. (adaptado)
5.2.2 As Fases da Pesquisa-ação
Cada uma das fases da figura 5 são detalhadas e exemplificadas a seguir,
com exemplos retirados desta pesquisa.
5.2.3 Definição de Um Problema
Por problema entende-se a consciência, por parte do pesquisador, de que
algo que o intriga, que pode ser melhorado na área de ensino, ou o reconhecimento
da necessidade de inovação em algum aspecto do programa de ensino. Esta
consciência pode ser resultado de um período anterior de observação e reflexão.
63
Como exemplo, pode-se citar o baixo rendimento dos alunos do curso de
Engenharia Civil da FESP/UEMG na disciplina de Física III constatados ao longo dos
últimos anos.
Após a identificação de um conjunto de situações-problema que podem ser
objeto de pesquisa, cada uma delas deve ser submetida a uma análise prévia para
verificação de seu grau de relevância prática ou viabilidade. Quando se inicia a
pesquisa, é preferível escolher objetivos ou hipóteses que sejam limitados em seu
âmbito.
5.2.4 Pesquisa Preliminar
A pesquisa preliminar subdivide-se em três etapas: revisão bibliográfica,
observação em sala de aula e levantamento das necessidades. A revisão
bibliográfica da literatura relacionada à situação-problema é feita com a finalidade de
verificar o que pode ser aprendido de pesquisas semelhantes realizadas
anteriormente, por exemplo, de seus objetivos, procedimentos ou problemas
encontrados. A observação em sala de aula é feita com a finalidade preliminar de
entender o que realmente está ocorrendo com relação à situação-problema. O
professor procura observar as ocorrências antes de sua intervenção, fazendo
registros de concepções alternativas sobre determinado conteúdo a ser estudado
pela turma pesquisada. A seguir, analisa estes dados interpretando-os. Como
próxima tarefa, poderá ser feito um levantamento das necessidades da turma de
alunos. Nessa pesquisa a situação-problema está relacionada com as dificuldades
de aprendizagem por parte dos alunos na disciplina de Física III, o que motiva a
verificar se a articulação entre o laboratório de Física investigativo e as simulações
computacionais assegura uma aprendizagem significativa de conceitos de
eletromagnetismo e, para esse fim, utilizou-se um levantamento inicial das
concepções que os alunos possuíam sobre eletromagnetismo e após as
intervenções realizou-se um novo levantamento e uma entrevista semiestruturada
para perceber as mudanças ocorridas.
64
5.2.5 Hipótese da Tese
Com base nas informações coletadas na pesquisa preliminar, passa-se,
então, à formulação de uma ou mais hipóteses, a serem testadas. A hipótese dessa
pesquisa está relacionada com as possíveis contribuições formativas decorrente da
articulação entre experimentos reais, propostos em uma concepção investigativa,
com simulações computacionais, possibilitando uma aprendizagem significativa de
conceitos de Eletromagnetismo.
5.2.6 Desenvolvimento de Um Plano de Ação
Para reverter a situação-problema e com base na hipótese levantada, o
professor decide, então, modificar seu modo de abordagem do conteúdo da
disciplina. Durante nossas intervenções optou-se por articular o laboratório de Física
investigativo com simulações computacionais utilizando questões e sequências de
atividades didáticas.
5.2.7 Implementação do Plano de Ação
A seguir, o plano esboçado no item anterior é posto em prática.
Para a coleta de dados e avaliação dos efeitos da implementação do plano
a fim de ter subsídios para a medição do nível de participação dos alunos nas
atividades de sala de aula, o professor pode recorrer à gravação de suas aulas
durante alguns dias e, a seguir, estabelecer um confronto entre o nível de
participação dos alunos antes da implementação do plano e depois dele.
Nessa pesquisa realizou-se um pré-teste para verificar o conhecimento
prévio dos alunos acerca do Eletromagnetismo.
5.2.8 Avaliação do plano de intervenção
De posse dos dados levantados na fase anterior, resta ao professor analisá-
los e interpretá-los, para deles tirar suas conclusões, verificando se o plano surtiu
efeito e em que medida e o que eventualmente precisa ser aperfeiçoado em um
novo ciclo de pesquisa.
65
Após as intervenções realizou-se um pós-teste e uma entrevista
semiestruturada, ambos individuais, para verificar o ganho conceitual sobre
Eletromagnetismo e o grau de receptividade da metodologia de ensino aplicada.
5.2.9 Comunicação dos Resultados
Caso o plano de intervenção tenha levado a resultados predominantes
positivos, o professor pode, a seguir, tornar pública a sua experiência. Em caso
contrário, pode aperfeiçoar sua pesquisa, iniciando um novo ciclo de pesquisa-ação.
Esse instrumento valioso, ao qual o professor pode recorrer com o intuito de
melhorar os processos de ensino e de aprendizagem, principalmente no ambiente
em que atua. O benefício da pesquisa-ação está no fornecimento de subsídios para
o ensino, apresentando ao professor subsídios razoáveis para a tomada de
decisões, embora, muitas vezes, de caráter provisório.
5.3 Métodos de Coletas e Análise de Dados
5.3.1 Análise de Conteúdo
De acordo com Bardin (2000, p. 18), a célebre definição de análise de
conteúdo surge no “final dos anos 1940, com Berelson, auxiliado por Lazarsfeld
afirmando que a análise de conteúdo é uma técnica de investigação que tem por
finalidade a descrição objetiva, sistemática e quantitativa do conteúdo manifesto da
comunicação.” Posteriormente, houve outras tentativas de aprimoramento,
aprofundando o significado, regras e princípios do método. Após esse
aprimoramento, a análise de conteúdo passou a ser 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.
Para Bardin (2000, p. 38), esse método de investigação é compreendido não
apenas como:
66
[...] um conjunto de técnicas de análise das comunicações, que utiliza procedimentos sistemáticos e objetivos de descrição do conteúdo das mensagens, mas principalmente com a intenção de inferência de conhecimentos relativos às condições de produção e de recepção das mensagens, inferência esta que recorre a indicadores (quantitativos ou qualitativos).
Como passos metodológicos, a autora descreve três etapas básicas:
1. A pré-análise: a organização de todos os materiais que serão utilizados para a
coleta dos dados, assim como 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 ideias.
3. Interpretação referencial: é a fase de análise propriamente dita. Nessa fase, os
dados brutos são submetidos a operações estatísticas, a fim de se tornarem
significativos e válidos e de evidenciarem as informações obtidas. De posse dessas
informações, o investigador propõe suas inferências e realiza suas interpretações de
acordo com o quadro teórico e os objetivos propostos, ou identifica novas dimensões
teóricas sugeridas pela leitura do pré e pós-teste. Os resultados obtidos, aliados ao
confronto sistemático com as respostas dos alunos e às inferências alcançadas,
podem servir a outras análises baseadas em novas dimensões teóricas ou em
técnicas diferentes.
Ainda, segundo a autora, deve ocorrer interação entre as respostas
coletadas durante a intervenção, não podendo o pesquisador restringir sua análise
ao conteúdo manifesto dos documentos. Deve-se ainda, tentar aprofundar a análise
e desvendar o conteúdo latente, revelando ideologias e tendências das
características dos fenômenos sociais que se analisam.
O pesquisador, tendo à sua disposição resultados significativos, pode então
propor inferências e adiantar interpretações a propósito dos objetivos previstos, ou
que digam respeito a novas descobertas.
67
5.3.2 Entrevista
A entrevista é uma técnica de coleta de dados bastante adequada para a
obtenção de informação sobre a opinião das pessoas (conhecimentos, vivências,
expectativas, explicações sobre determinado conceito ou opinião sobre
acontecimentos anteriores). Esta técnica permite ao entrevistador recolher
informações, esclarecer o conteúdo das questões, assim como adaptar-se às
pessoas e às circunstâncias em que se desenrola a entrevista. Possibilita presenciar
a expressão corporal, o tom da voz, e a ênfase atribuída às respostas pelo
entrevistado.
Enquanto técnica de coleta de dados, a entrevista é bastante adequada para
a obtenção de informações acerca do que as pessoas sabem, creem, esperam,
sentem ou desejam, pretendem fazer, fazem ou fizeram, bem como acerca das suas
explicações ou razões a respeito de conceitos prévios.
5.3.3 A Opção Pela Entrevista Semiestruturada
A entrevista semiestruturada aproxima-se mais de um diálogo, focada em
determinados assuntos, do que uma entrevista formal. Baseia-se no roteiro de
questões adaptável e não rígido ou pré-determinado.
Atualmente, na área da pesquisa qualitativa, as entrevistas semiestruturadas
têm atraído interesse dos pesquisadores e de quem trabalha com pesquisas
qualitativas, sendo amplamente utilizadas. Tal interesse está vinculado à expectativa
de que é mais provável que o ponto de vista dos sujeitos entrevistados seja
expresso em uma situação de entrevista com um planejamento relativamente aberto
do que em um questionário. A escolha da entrevista semiestruturada, nesta
pesquisa, para formalizar o final de uma coleta de dados deve-se a, de acordo com
Real e Parker (2000), ser este um dos principais recursos que o investigador pode
se utilizar como técnica de coleta de informação:
Podemos entender por entrevista semiestruturada, em geral, aquela que parte de certos questionamentos básicos, apoiados em teorias e hipóteses, que interessam à pesquisa, e que, em seguida, oferecem amplo campo de interrogativas, fruto de novas hipóteses que vão surgindo à medida que se recebem as respostas do informante. Desta maneira, o informante, seguindo espontaneamente a linha de seu pensamento e de suas
68
experiências dentro do foco principal colocado pelo investigador, começa a participar da elaboração do conteúdo da pesquisa. (REAL e PARKER, 2000, p. 38).
A entrevista semiestruturada é caracterizada pela “formulação da maioria
das perguntas previstas com antecedência e sua localização é provisoriamente
determinada” (REAL; PARKER, 2000, p. 39). Na entrevista semiestruturada, o
entrevistador tem uma participação ativa, apesar de seguir um roteiro, ele pode fazer
perguntas adicionais para esclarecer questões para melhor compreender o contexto.
Este tipo de entrevista baseia-se apenas em uma ou poucas questões/guias,
quase sempre dissertativas, onde nem todas as perguntas elaboradas são
utilizadas. Durante a realização da entrevista pode-se introduzir outras questões que
surgem de acordo com o que acontece no processo em relação às informações que
se deseja obter. Os pontos eventualmente considerados fortes da entrevista
semiestruturada são:
Otimização do tempo disponível;
Tratamento mais sistemático dos dados;
Seleção de temas para aprofundamento;
Introdução de novas questões;
Possibilidade de análise qualitativa dos dados.
5.3.4.1 Entrevistas Via Skype
O serviço oferecido pelo software Skype6 permite que os usuários se
comuniquem com os seus pares por voz usando um microfone, imagem em vídeo
usando um webcam e mensagens de texto instantâneas utilizando conexão através
da Internet. Optou-se por entrevistar os alunos por meio da gravação de áudio e
vídeo para posterior coleta e análise dos dados.
Dentre as principais vantagens da entrevista via Skype, em relação às
entrevistas pessoais estão:
6 O Skype é um programa de realização de chamadas de voz e/ou vídeo pela Internet. Para os usuários que tenham o Skype instalado em seus dispositivos, como smartphones/tablets (iOS, Windows Phone e Android) e computadores (Windows, Linux e Mac OS), as conversas são gratuitas.
69
a) Redução de custos com deslocamento do professor entrevistador e do aluno;
b) Rapidez e qualidade nos vídeos gravados;
c) Maior aceitação dos alunos, pois em sua maioria já possuíam o software
instalado e uma conta habilitada;
d) Possibilidade de agendar o momento mais apropriado para a realização da
entrevista;
e) Facilidade de conversão dos áudios em texto, com boa qualidade, utilizando um software7 específico para esse fim.
O software Skype possui um plugin para a gravação dos vídeos. A nossa
pesquisa utilizou-se do Free Video Call Recorder for Skype, disponível para
download gratuito em http://www.dvdvideosoft.com/br/products/dvd/Free-Video-Call-
Recorder-for-Skype.htm#.U0AABqhdV0Y8
7 IBM ViaVoice 9.0 pro. 8 Acesso em 20 de jul. de 2012.
71
CAPÍTULO 6 - PLANEJAMENTO DAS INTERVENÇÕES PEDAGÓGICAS NA DISCIPLINA DE FÍSICA III
Este capítulo aborda os aspectos didáticos e metodológicos envolvidos na
pesquisa, com ênfase para a articulação entre as simulações computacionais e o
laboratório de Física investigativo, bem como os critérios de seleção do material
utilizados para oferecer apoio e preparação das atividades desenvolvidas na
disciplina de Física III.
6.1 O Curso de Física III
A estrutura hierárquica da disciplina de Física III, que integra a grade
curricular do curso e que foi utilizada como espaço de investigação desta pesquisa,
é apresentada na formatação de mapa conceitual contendo, na figura 6, o mapa
síntese do trabalho.
Figura 6 – Mapa síntese da disciplina de Física III.
Fonte: Acervo do autor.
A figura 7 mostra o mapa relacionando os conceitos de Eletromagnetismo de
acordo com a ementa (anexo A) que consta no Projeto Pedagógico de Curso, e no
Plano de Curso do bacharelado em Engenharia Civil da Fundação de Ensino
Superior de Passos (FESP/UEMG).
72
Figura 7 – Mapa conceitual representando os conteúdos de Eletromagnetismo de acordo com a ementa da disciplina de Física III do Curso de Engenharia Civil da FESP/UEMG.
Fonte: Acervo do autor.
A intervenção foi realizada no terceiro período do curso de bacharelado em
Engenharia Civil da Fundação de Ensino Superior de Passos (FESP/UEMG) no ano
de 2012, sendo sujeitos da pesquisa os 28 alunos regularmente matriculados na
referida disciplina. Esta turma foi dividida em dois grupos de 14 alunos para facilitar
as observações e a coleta de dados. Os dois grupos foram expostos às mesmas
atividades de experimentação e simulação, mantendo sempre a mesma ordem de
73
apresentação dos experimentos no laboratório de Física investigativo e das
simulações no laboratório de informática.
No desenvolvimento das atividades da disciplina de Física III, as
intervenções foram estruturadas em três etapas distintas:
a) A primeira envolveu um Pré-teste para verificação das concepções prévias dos
alunos sobre Eletromagnetismo. Durante este momento os 28 alunos foram
submetidos a um questionário (Apêndice E) com onze questões dissertativas que
versavam sobre suas experiências pessoais com o Magnetismo e leis do
Eletromagnetismo, em um mesmo ambiente, com duração de 50 minutos.
b) Na segunda etapa foram feitas intervenções usando as simulações e o laboratório
de Física do tipo investigativo. Nesta etapa a turma foi dividida em dois grupos de 14
alunos.
c) A terceira e última etapa consistiu na aplicação de um Pós-teste e uma entrevista
semiestruturada.
Durante a aplicação do Pré-teste, os alunos foram questionados sobre
experiências pessoais com ímãs, reconhecimento sobre equipamentos que utilizam
eletromagnetismo, inseparabilidade magnética, leis de Faraday, Lenz e Oersted.
Nesta fase os 28 alunos, em sua sala de aula e durante 50 minutos, foram
submetidos a um questionário contendo 11 questões discursivas onde o objetivo
principal foi identificar os conhecimentos prévios desses alunos acerca do tema
Eletromagnetismo. Buscou-se, portanto, caracterizar os subsunçores que serviram
como base para a aquisição dos futuros conhecimentos sobre o conteúdo abordado.
Após essa etapa aconteceram as intervenções, utilizando como aporte as
simulações e o laboratório de Física investigativo.
Neste momento a turma foi dividida em dois grupos (de acordo com suas
afinidades) de 14 alunos, que durante 50 minutos manipularam, livremente e no
mesmo ambiente, os experimentos que seriam utilizados no laboratório de Física do
tipo investigativo. Após a manipulação do material os grupos foram levados a
ambientes diferentes. Não houve distinção entre os grupos uma vez que cada um
deles foi submetido aos mesmos experimentos e simulações.
74
Foram disponibilizados dois laboratórios com equipamento apropriado aos
experimentos propostos. Posteriormente, dividiu-se a turma em pequenos grupos
em cada laboratório, sendo dois grupos de cinco alunos e um grupo de quatro
alunos.
Esses alunos foram envolvidos em uma sequência didática contendo a
montagem da experimentação e as perguntas que deveriam responder ao longo da
realização do experimento, conforme apêndice “A”. A intervenção via laboratório de
Física investigativo, teve duração de 08 aulas e foram realizadas concomitantes,
com as simulações computacionais. Ao final da realização de cada experimento os
alunos eram levados ao laboratório de Informática onde manipulavam, virtual e
individualmente, a simulação computacional correspondente ao experimento
realizado, permitindo com isso a articulação desejada entre os dois recursos
didático-metodológicos.
Por fim, um pós-teste e uma entrevista semiestruturada avaliaram como se
modificaram os subsunçores dos alunos, como os conteúdos aprendidos se
relacionaram com outras situações físicas e qual a visão que os alunos obtiveram do
processo. O pós-teste foi realizado três meses após as intervenções, minimizando-
se, assim, o efeito de simples memorização dos conceitos abordados anteriormente.
O que se buscou identificar no pós-teste é se o uso articulado do recurso do
laboratório virtual e dos experimentos no laboratório investigativo foi capaz de
modificar a estrutura cognitiva dos alunos da forma desejada.
As fases desta pesquisa consistiram em investigar as contribuições
formativas decorrentes de uma sequência de atividades que buscavam
recontextualizar o saber físico de Eletromagnetismo, tornando possível acompanhar
minuciosamente a evolução dos alunos em termos dos efeitos de atividades
experimentais e simulações computacionais, privilegiando os aspectos qualitativos.
As intervenções foram realizadas no laboratório de Física da Instituição de
Ensino Superior na vertente investigativa articulado com as simulações
computacionais, pelas razões que serão justificadas a seguir.
75
6.2 Articulação entre Simulações Computacionais e Laboratório de Física Investigativo
6.2.1 O Uso das TICs no Ensino
Vários pesquisadores tratam da importância das Tecnologias da Informação
e Comunicação (TICs) no ensino, entre eles pode-se citar Martinho e Pombo (2009),
Sanches (2012) e Schimiguel et al. (2013). De acordo com estes autores a
implementação das TICs motiva os alunos, criando assim um ambiente de trabalho
onde demonstram melhor empenho e responsabilidade, melhorando assim o
resultado nas avaliações.
Cavalcante e Tavolaro (2000, p. 421) defendem que computador pode
desempenhar um papel importante na tarefa de facilitar o ensino e aprendizagem,
“pois quando empregado criteriosamente, se transforma numa ferramenta auxiliar de
valor inestimável para o aprendizado e numa fonte de estímulo à criatividade
inesgotável”.
Por sua vez, Santos (2007) argumenta que os principais benefícios do uso
das TICs no ensino das ciências são: (i) o ensino das ciências torna-se mais
interessante, autêntico e relevante; (ii) há mais tempo dedicado à observação,
discussão e análise e (iii) existem mais oportunidades para implementar situações
de comunicação e colaboração.
Schimiguel et al. (2013) asseveram que:
Ao possibilitarmos que os estudantes se envolvessem com ferramentas computacionais interativas e pudessem manipular e testar os parâmetros físicos envolvidos acreditamos estar proporcionando meios para que pudessem construir novos conhecimentos e, com isso, ampliar a sua capacidade de atuação autônoma diante das situações exploradas. (SCHIMIGUEL; SANCHES; ANDREASI, 2013, p. 9)
Ainda neste aspecto, Cavalcante et al. (2009) salientam que a inserção
desta tecnologia possibilita dentre outras coisas transformar a sala de aula em um
ambiente de investigação, valorizando os objetivos educacionais.
Objetivos, que nos últimos anos, vem se modificando com a inserção de
76
simulações computacionais cada vez mais elaboradas, pautados em pesquisas
realizadas em sala de aula, concebidas na tentativa de facilitar a construção do
conhecimento por parte dos alunos.
Dentre elas pode-se citar: PhET (Physics Education Tecnology)9 e
PHYSLETS (Applets of Physics)10 .
As simulações do PhET são baseados em muitas pesquisas como aquelas
descritas por Adams et al. (2008a, 2008b e 2009), Brekke e Hogstad (2010) e
Podolefsky et al. (2010). Essas pesquisas relatam como os alunos aprendem um
conceito específico utilizando as simulações disponíveis na página da Web descrita
a seguir. Cada simulação passa por um processo de design interativo onde os
alunos são entrevistados para explorarem a usabilidade e a aprendizagem
conceitual, além das simulações serem testadas em sala de aula. Algumas dessas
pesquisas (Adams et al., 2008a e 2008b) mostra que o uso eficaz das simulações do
PhET pode levar os alunos a uma aprendizagem significativa de conceitos de Física.
Por sua vez os Physilets compõem uma coleção de simulações
computacionais interativas que segundo Christian e Belloni (2001) são
desenvolvidos com um bom apoio pedagógico, além de serem adaptáveis quanto à
utilização em ambientes de sala de aula. As simulações do Physilets são livres para
uso não comercial e são baseadas em HTML (HyperText Markup Language). De
acordo com Belloni e Christian (2003), as simulações do Physilets, desde a sua
criação no Davidson College em 1998, mais de 2.000 exercícios individuais já foram
criados utilizando-as para o ensino e aprendizagem de Astronomia e Física em uma
variedade de níveis e uma grande diversidade de configurações. Em julho de 2013
toda a versão eletrônica do livro, Physlets Physics 2E, foi liberado sob a
licença Creative Commons (Attribution-NonCommercial-NoDerivs) na Biblioteca
Digital Nacional de Ciência, disponível em http://www.compadre.org/Physlets/11.
Entretanto, são raras (DORNELES, 2005 e 2010) as pesquisas educacionais
que se ocupam em investigar de que forma o aluno relaciona e compreende os
9 Disponível em <http://phet.colorado.edu/>. Acesso em 04 nov. 2013. 10 Disponível em <http://webphysics.davidson.edu/Applets/Applets.html> Acesso em 04 nov. 2013. 11 Acesso em 13 de fev. de 2014.
77
conceitos físicos trabalhados com o uso de simulação articulado com o laboratório
de Física (ressalta-se aqui que não se trata do laboratório de Física do tipo
investigativo) e como potencializar a utilização destes tipos de ferramentas
trabalhadas de maneira complementar.
A realização de pesquisas com foco na articulação entre as simulações
computacionais e o laboratório de Física do tipo Investigativo é indispensável para
se alcançar indicadores mais consistentes acerca das potencialidades dessa
articulação, possibilitando contribuições significativas para o ensino de Física, assim
como para desenvolver materiais e métodos que explorem os recursos propiciados
pelas TICs.
6.2.2 O Laboratório no Ensino de Física
A utilização de atividades experimentais no ensino de Física tem sido objeto
de investigação em diversos trabalhos, como em Hodson (1994), Gil-Pérez e Castro
(1996), Alves Filho (2002), Borges, (2004), entre outros. Essas pesquisas possuem
enfoques e objetivos diferentes, mas todas apresentam um ponto comum, a
importância da atividade experimental como forma de melhorar a qualidade da
transposição didática dos conceitos científicos. Quando bem empregadas, as
situações concretas fornecidas pelos experimentos possibilitam a contextualização e
a problematização do conteúdo a ser desenvolvido na sala de aula e, ao mesmo
tempo, permitem a construção dos conceitos necessários na solução de possíveis
problemas que surgem quando os alunos são expostos à atividade experimental.
Há diversos tipos de classificação dos laboratórios didáticos no ensino de
Física. As principais ideias e argumentações de autores como Alves Filho (2002),
Borges (2004) e Carvalho (2010) demonstrando algumas concepções, abordagens e
enfoques, categorizando os laboratórios são listado abaixo:
Laboratório de Demonstração
São aqueles onde as atividades são de responsabilidade do professor. O
papel ativo é do professor, enquanto ao aluno cabe a atribuição de observação e
reflexão. Sua função básica é ilustrar o corpo teórico trabalhado em sala podendo
78
facilitar a compreensão, tornar o conteúdo agradável e interessante e também em
uma abordagem investigadora, pode ser feita para mostrar a gênese de um
problema a ser resolvido pela turma, podendo neste caso ser denominado de
demonstração investigativa (CARVALHO, 2010, p. 56).
Laboratório Tradicional ou Convencional
Neste tipo de laboratório ocorrem trabalhos em grupos de alunos onde estes
manipulam os equipamentos e dispositivos experimentais em atividades práticas que
envolvem observações e medidas acerca de fenômenos previamente determinadas
pelo professor. Geralmente a atividade é acompanhada por um texto-guia, altamente
estruturado e organizado, servindo de roteiro para o aluno, com ênfase na
comprovação e verificação de uma lei ou teoria, sendo previsto um tempo pré-
estabelecido para a sua realização (CARVALHO, 2010, p. 57).
Laboratório Investigativo
Nesta modalidade de laboratório não se enfatiza a comprovação e
verificação de leis ou teorias, sendo o foco possibilitar ao aluno trabalhar com
sistemas físicos reais, oportunizando a resolução de problemas cujas respostas não
são pré-concebidas, cabendo ao aluno decidir quanto ao esquema e procedimento
experimental a ser adotado. É composto por um problema desafiador a ser resolvido
pelos alunos (CARVALHO, 2010, p. 57).
Laboratório de Projetos
Nesse laboratório a atividade tem ênfase na criação de projetos
experimentais normalmente realizados com futuros professores, sendo utilizado para
alunos dos cursos de licenciatura, normalmente na segunda metade do curso de
graduação. Às vezes são utilizados também para alunos de nível médio, pois
envolve uma aproximação de habilidades artesanais com os aspectos conceituais
utilizando materiais de fácil acesso, sendo possível ser feita independentemente da
infraestrutura da escola (BORGES, 2004, p. 12).
79
Laboratório Biblioteca
Contempla experimentos de rápida execução e de fácil manipulação, sendo
montados e disponíveis como uma biblioteca de livros para os alunos e professores
(BORGES, 2004, p. 12).
Os objetivos do Laboratório para o ensino de Física, segundo Borges (2004),
não é só verificar e comprovar leis e teorias científicas. Segundo o autor o produto é
menos importante que o processo, e a ênfase não pode estar nos resultados prontos
e acabados. Além disso, é função do laboratório de Física: ensinar o método
científico, facilitar aprendizagem de conceitos, ensinar habilidades práticas, discutir
os modelos, testar hipóteses e investigar problemas.
Nessa perspectiva, Borges (2004) faz uma síntese comparativa de suas
pesquisas onde relaciona os aspectos das atividades experimentais tradicionais e o
de investigação. Em suas pesquisas o autor atesta que o laboratório tradicional com
roteiro predefinido tem um pequeno grau de abertura, cujo objetivo principal é
comprovar leis e que a atitude do aluno está relacionada ao compromisso de
encontrar determinado resultado. Já nas atividades investigativas há um variado
grau de abertura, dando liberdade no planejamento visando explorar os fenômenos
com compromisso no processo de investigação. Segundo Borges (2004, p. 305):
Quanto maior o grau de abertura da investigação, mais ela possibilita articular as ideias prévias dos estudantes com a observação empírica, formulando hipóteses, aproximando assim os estudantes do entendimento da natureza do trabalho científico ao perceber que as dimensões teóricas e empíricas fazem parte de um mesmo contexto não podendo ser isolada uma da outra. (BORGES, 2004, p. 305)
6.2.3 A Opção pelo Laboratório Virtual
Os laboratórios virtuais utilizam simulações computacionais, on-line ou off-
line que permitem a visualização de fenômenos através de uma interface gráfica
onde se tem objetos manipuláveis com possibilidade de interação e manipulação de
variáveis envolvidas no fenômeno. Os laboratórios virtuais são baseados em
simulações computacionais que transpõem o fenômeno natural para o computador
reproduzindo as leis físicas, utilizando-se de linguagens de programação.
80
Segundo Giordan (2008, p. 127) o designer instrucional tem três
possibilidades de escolha das leis a serem codificadas:
Aquelas que interpretam os fenômenos a partir de representações algébricas derivadas de modelos teóricos stricto sensu, ou seja, sem a participação de medidas experimentais, as quais chamamos simulação por primeiro princípio. A segunda categoria de programação codifica leis que contêm parâmetros ajustados para reproduzir medidas experimentais, que denominamos semiempíricas. Finalmente, o código de simulação pode se basear em leis puramente empíricas, ou seja, em representações algébricas derivadas das medidas experimentalmente observadas, que chamamos de simulação empírica.
Para possibilitar uma articulação entre o laboratório de Física investigativo e
o laboratório virtual utilizaram-se as simulações empíricas, pois proporcionam uma
melhor interação entre o experimento realizado, os dados coletados na
experimentação e o usuário. As simulações têm origem no próprio saber produzido
pelo trabalho científico, pois, segundo Lévy (1998, p. 122):
Cientistas de todas as disciplinas recorrem cada vez mais a simulações digitais para estudar fenômenos insensíveis à experiência (nascimento do universo, evolução biológica ou demográfica) ou simplesmente para avaliar de maneira menos custosa o interesse de novos modelos, mesmo quando a experimentação é possível.
Com a presença das tecnologias digitais nas Universidades, as simulações
computacionais estão cada vez mais frequentes nas aulas de Física (MIRANDA,
2004; KHALIL, 2012). Segundo esses autores, muitas vezes as simulações são
utilizadas como demonstração, tendo como função básica ir além da simples
ilustração visual do conteúdo a ser trabalhado em sala, pois facilita a compreensão e
torna esse conteúdo agradável, estimulando o envolvimento dos estudantes e os
auxiliando a desenvolver habilidades básicas de observação e reflexão em um
ambiente virtual.
A repetição do fenômeno em menor tempo do que no meio natural e seu uso
quer na sala de aula, em casa ou no laboratório de informática, das simulações
produzidas no laboratório virtual, possibilita a execução da mesma atividade em
outro momento e local que transcendem o tempo e espaço pré-determinado da aula.
As simulações podem ser executadas de maneira rápida, estando disponíveis em
repositórios virtuais tanto para professores quanto para os alunos.
81
O controle dos parâmetros ou variáveis do fenômeno simulado no
computador permite ao aluno exercitar a observação buscando regularidades nos
acontecimentos, servindo de referência para estabelecer premissas, fazer previsões
e explicar o acontecimento visto na tela do computador. A figura 8 revela uma
simulação onde se apresenta a lei de Faraday-Lenz. O aluno pode aproximar o ímã
da bobina e verificar a proporcionalidade quanto ao número de espiras, velocidade
de aproximação ou afastamento do ímã e a indicação do galvanômetro. Além disso,
ele observa o surgimento de linhas de indução do campo magnético opondo-se ao
campo magnético do ímã e tem a possibilidade de variação do número de espiras e
a troca do galvanômetro por uma lâmpada, sendo um bom exemplo de uma
simulação empírica.
Figura 8 – Simulação sobre a lei de Faraday-Lenz.
Fonte: Acervo do autor.
Nos laboratórios virtuais, as simulações possibilitam ainda a modelagem de
sistemas físicos naturais onde os alunos trabalham na resolução de problemas
propostos pelo professor ou por eles mesmos, cujas respostas não são pré-
concebidas. Veit (2005) e Vasconcelos (2005) mostram em suas pesquisas como
uma atividade investigativa que possui alto grau de interatividade aproxima-se muito
da atividade científica, principalmente na criação e teste de hipóteses que visam à
solução do problema proposto sem necessariamente seguir uma rotina de
procedimentos experimentais previamente estabelecidos.
Medeiros e Medeiros (2002) fazem uma lista de pontos onde destacam as
contribuições da utilização das simulações computacionais no ensino de Física, são
elas:
82
Estudo de fenômenos que sejam muito caros, ou perigosos de se produzir
nos laboratórios escolares;
Redução do ruído12 cognitivo de modo que os estudantes possam concentrar-
se nos conceitos envolvidos nos experimentos;
Realização de experimentos que envolvam medições de eventos que ocorram
em uma escala de tempo muito reduzida, ou muito demorada;
Elaboração e teste de hipóteses, por parte dos alunos, sobre os fenômenos
estudados;
Explicitação de elementos que fazem parte do trabalho científico
contemporâneo;
Promoção de habilidades de raciocínio crítico;
Retificação de conceitos altamente abstratos, facilitando seu entendimento;
Atendimento individualizado aos alunos, fornecendo feedback no momento
em que as dúvidas aparecem.
Nessa lista percebe-se que há uma redução do ruído cognitivo de modo que
os alunos possam concentrar-se nos conceitos envolvidos nos experimentos. Como
exemplos, além daquele citado na nota de rodapé, têm-se: o excesso de tratamento
matemático e construções gráficas manuais que em geral demandam um grande
tempo da atividade em relação à discussão dos conceitos e hipóteses. Enfim, com
as simulações computacionais é possível centrar atenção na discussão sobre o
trabalho experimental propriamente. Dessa forma consegue-se envolver os alunos
em tarefas com alto nível de interatividade, pois permitem gerar hipóteses e devido à
12 A carga cognitiva é um fator sempre presente no design de telas e interfaces de computador porque cada um dos elementos ou dos objetos da tela deve ser interpretado pelo aluno e consequentemente ocupa parte de sua energia mental. Um design de tela complexo ou não-convencional que usa diferentes fontes, objetos, ferramentas da navegação, e padrões de layout terá geralmente uma carga cognitiva processual ou funcional elevada porque cada componente necessitará ser percebido e interpretado pelo aluno. Uma tela que use convenções padrão no texto, gráficos, navegação e layout serão mais facilmente interpretados e consequentemente terá uma carga cognitiva muito mais baixa. O objetivo de um bom design de página para uso educacional é, naturalmente, reduzir a quantidade de processamento direcionado à interação com o sistema e maximizando o processamento do conhecimento que está sendo ensinado. Neste sentido, a investigação dos efeitos decorrentes do uso de simulações precisa também ser analisada para que o uso de tais recursos não aumente a carga cognitiva desnecessária promovendo ruído na cognição em lugar de contribuir para facilitar a aprendizagem. Fonte: <http://penta3.ufrgs.br/midiasedu/> Acesso em fev. 2014.
83
rapidez na coleta e quantidade de dados experimentais fornecem um feedback para
aperfeiçoar a compreensão dos conceitos e reformulação das hipóteses geradas.
Assim, as atividades propostas envolvem os alunos de modo a fazê-los
compreender alguns aspectos sobre a natureza da pesquisa científica, objetivo
fundamental para a obtenção e solidificação dos conteúdos trabalhados ao longo do
curso de Física III.
6.2.3.1 O software Easy Java Simulations
Durante a criação das simulações contidas nas intervenções simuladas,
preocupou-se na sua utilização não só como recurso tecnológico, mas na maneira
de beneficiar-se das suas potencialidades durante as intervenções. Apenas desse
modo é possível realçar o seu papel como ferramenta facilitadora da aprendizagem
significativa, através de sua utilização em certos momentos de forma complementar
pelo aluno, facilitando a integração e o compartilhamento de ideias entre alunos e
aluno/professor.
Nesse sentido pretende-se verificar algumas das possibilidades
metodológicas intensificadas pelos recursos que o software livre EASY JAVA
SIMULATIONS (EJS) nos oferece em prol de um objetivo operacional embasado na
teoria de aprendizagem de Ausubel, Novak e Hanesian (1980).
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,
MacOSX, ou Linux/Unix. Isto significa que o EJS e as simulações nele criadas
podem ser empregadas como programas independentes em diferentes sistemas
operacionais além de serem distribuídas pela Internet e executadas em páginas da
Web por qualquer navegador, como 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).
84
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 9
apresenta a tela de abertura do software EJS em que é possível criar uma página
em linguagem HTML para acompanhar as simulações.
Figura 9 – Tela de abertura do software EJS.
Fonte: Acervo do autor.
Com opções de instalação em espanhol ou inglês, a interface do software
disponibiliza um conjunto de componentes, sendo possível construir e configurar
uma simulação utilizando apenas o 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 10. Nesse controle
configura-se a linguagem utilizada na construção das simulações, e também se
verifica a qualidade da instalação do kit de desenvolvimento JAVA.
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.
85
Figura 10 – Tela do Console do software EJS.
Fonte: Acervo do autor.
O EJS possibilita 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 11 ilustra uma simulação do campo
magnético do planeta Terra e uma bússola que o aluno pode manipular virtualmente
ao redor das linhas de campo magnético além da janela de plotagem da simulação
no software EJS.
Figura 11 – Tela da simulação Campo Magnético da Terra produzido com o
software EJS. Fonte: Acervo do autor
A figura 12 mostra uma simulação com mais recursos interativos, no entanto,
com menos iconicidade14. Nessa simulação percebe-se a força exercida pelo campo
magnético entre dois ímãs sobre um fio conduzindo corrente elétrica. O fio é
suspenso por uma mola e oscilará quando a bateria (que está conectada à
14 Iconicidade: Propriedade que tem o signo icônico ou ícone de representar por semelhança o mundo objetivo ou de ser a imagem de um objeto real. (Michaelis: Moderno Dicionário da Língua Portuguesa)
86
extremidade do fio) é ligada ou desligada. O ângulo do fio em relação ao campo
magnético pode ser alterado, bem como os polos do ímã.
Figura 12 – Tela da simulação sobre a força de Lorentz.
Fonte: Acervo do autor.
Para o desenvolvimento das simulações contidas nas intervenções
simuladas descritas no apêndice “B”, utilizou-se o software EJS na versão 5.0 BETA,
atualizado em 30 de setembro de 2012, sendo que o seu download pode ser feito
gratuitamente em sua página na internet15.
Esse software é parte do projeto Open-Source Physics Education16, portanto
utiliza um conjunto de bibliotecas com código aberto.
Diversos projetos estão sendo desenvolvidos com o objetivo de integrar um
conjunto de bibliotecas usando Open-Source. Dentre esses projetos destacam-se os
trabalhos do pesquisador Wolfgang Christian17 destinados à melhoria da qualidade
do ensino de ciências. Além do seu livro “Creación de Simulaciones Interactivas en
Java: Aplicación a La Enseñanza de La Física”18 disponível em livrarias virtuais,
encontra-se um curso online gratuito intitulado “Virtual-lab Implementation With EJS -
Application in Education, and System Design e Analysis”19, oferecido pelo
Departamento de Informática e Automática (UNED) da Universidade de Madrid, na
Espanha.
15 <http://www.um.es/fem/EjsWiki/Main/Download> Acesso em: 15 de fev. de 2014. 16 <http://www.opensourcephysics.org/modeling/tpt_modeling.html> Acesso em: 10 de fev. 2014. Este projeto visa criar e distribuir gratuitamente material curricular computacional para o ensino de física para todos os níveis. 17 Alguns de seus trabalhos dedicados ao ensino de ciências podem ser encontrados em <http://webphysics.davidson.edu/> Acesso em 10 de fev. 2014. 18 Esquembre, Francisco Martínez, 1a edição – Madrid – Espanha - Editora Pearson Educación, 2004. 19 < http://www.euclides.dia.uned.es/ > Acesso em 10 de fev. 2014.
87
6.2.3.2 Confecção das Simulações
Uma vez motivados pelas potencialidades oferecidas pelas TICs, apoiados
nos experimentos utilizados no laboratório de Física investigativo e auxiliados pela
teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, Novak e Hanesian (1980), produz-
se (apêndices B e F) as simulações utilizadas ao longo do curso de Física III na área
de Eletromagnetismo, disponibilizadas pelo pesquisador para os alunos no website
www.fisicainterativa.xpg.com.br20, empregadas como ferramenta complementar às
aulas destinadas aos alunos do curso de Engenharia Civil da FESP/UEMG.
Para esse trabalho desenvolveu-se 13 (treze) simulações utilizando o
software EJS, das quais 5 (cinco) estão descritas no apêndice “B” e 1 (uma) está
contida no apêndice “F” com seu código fonte.
6.2.4 A Opção Pelo Laboratório de Física do tipo Investigativo (LFI)
Moreira e Levandowski (1983, p. 21) ressaltam que a atividade experimental
investigativa “é componente indispensável no ensino de Física e que esse tipo de
atividade pode ser orientada para a consecução de diferentes objetivos”. Segundo
os autores, é preciso realizar diferentes atividades que devem estar acompanhadas
de situações-problema, questionadoras e de diálogo, envolvendo a resolução de
problemas e levando à introdução de conceitos para que os alunos possam construir
seu conhecimento. Para estes autores a resolução de problemas que leva a uma
investigação deve estar fundamentada na ação do aluno, que deve ter oportunidade
de agir, devendo o ensino ser acompanhado de ações e demonstrações que o
levam a um trabalho prático.
Para que uma atividade experimental possa ser considerada de
investigação, a ação do aluno não deve se limitar apenas ao trabalho de
manipulação ou observação, pois ela deve também conter características de um
trabalho científico. Neste sentido, o aluno deve refletir, discutir e explicar, o que dará
ao seu trabalho as características de uma investigação científica. Essa investigação,
porém, deve ser fundamentada, ou seja, é importante que uma atividade de
20 Acesso em 19 de fev. de 2014.
88
investigação faça sentido para o aluno, de modo que ele saiba o porquê de estar
investigando o fenômeno que a ele é apresentado. Para isso, é fundamental nesse
tipo de atividade que o professor apresente um problema sobre o que está sendo
estudado. A colocação de uma questão ou problema aberto como ponto de partida é
ainda um aspecto fundamental para a criação de um novo conhecimento. Para
Lewin e Lomascólo (1998, p. 149):
A situação de formular hipóteses, preparar experiências, realizá-las, recolher dados, analisar resultados, quer dizer, encarar trabalhos de laboratório como ‘projetos de investigação’, fornece fortemente a motivação dos alunos, fazendo-os adquirir atitudes tais como curiosidade, desejo de experimentar, acostumar-se a duvidar de certos resultados, a confrontar resultados, a obterem profundas mudanças conceituais, metodológicas e atitudinais.
Pode-se afirmar que a aprendizagem de procedimentos e atitudes se torna,
dentro do processo de aprendizagem, tão importante quanto a aprendizagem de
conceitos e ou conteúdos. No entanto, só haverá a aprendizagem e o
desenvolvimento desses conteúdos - envolvendo a ação e o aprendizado de
procedimentos - se houver a ação do aluno durante a resolução de um problema.
Diante de um problema colocado pelo professor, o aluno deve refletir, buscar
explicações e participar com mais ou menos intensidade (dependendo da atividade
didática proposta e de seus objetivos) das etapas de um processo que leve à
resolução do problema proposto, enquanto o professor muda sua postura, deixando
de agir como transmissor do conhecimento, passando a agir como um mediador.
As atividades investigativas possibilitam a percepção que o conhecimento
científico se dá por meio de um processo dinâmico e aberto que convida o aluno a
participar da construção do próprio conhecimento. Gil-Pérez e Castro. (1996, p. 158)
descrevem alguns aspectos importantes da atividade científica que podem ser
explorados em uma atividade experimental de investigação:
1. Apresentar situações-problema abertas;
2. Favorecer a reflexão dos alunos sobre a relevância e o possível interesse das
situações propostas;
3. Potencializar análises qualitativas, significativas, que ajudem a compreender e
acatar as situações planejadas e a formular perguntas operativas sobre o que se
busca;
89
4. Considerar a elaboração de hipóteses como atividade central de investigação
científica, sendo este processo capaz de orientar o tratamento das situações e de
fazer explícitas as preconcepções dos alunos;
5. Considerar as análises, com atenção para os resultados (sua interpretação física,
confiabilidade, etc.), a partir dos conhecimentos disponíveis, das hipóteses
manejadas e dos resultados das demais equipes de alunos;
6. Conceder uma importância especial às memórias científicas que reflitam o
trabalho realizado e possam ressaltar o papel da comunicação e do debate na
atividade científica;
7. Ressaltar a dimensão coletiva do trabalho científico, por intermédio de grupos de
trabalho, que interajam entre si.
Outro objetivo na resolução de problemas, durante uma experimentação
investigativa, é proporcionar a participação do aluno de modo que ele comece a
produzir seu conhecimento por meio da interação entre pensar, sentir e fazer. A
solução de problemas pode ser, portanto, um instrumento importante no
desenvolvimento de habilidades e capacidades como: raciocínio, flexibilidade,
argumentação e ação, conforme descrito nos objetivos da pesquisa. Além do
conhecimento de fatos e conceitos, adquirido nesse processo, há a aprendizagem
de outros conteúdos, atitudes, valores e normas que favorecem a aprendizagem de
novos fatos e conceitos. Não se pode esquecer que, se pretende uma aprendizagem
significativa, o processo é mais importante que o produto.
Utilizar atividades investigativas como ponto de partida para desenvolver a
compreensão de conceitos de Eletromagnetismo é uma forma de levar o aluno a
participar de seu processo de aprendizagem, sair de uma postura passiva e começar
a perceber e a agir sobre o objeto de estudo, relacionando-o com acontecimentos e
buscando as causas dessa relação, procurando, portanto, uma explicação causal
para o resultado de suas ações ou interações.
No apêndice “A” encontram-se cinco exemplos de sequências didáticas
experimentais realizadas no LFI e, no apêndice “B”, cinco exemplos de sequência
didática que os alunos utilizaram durante a manipulação das simulações
computacionais.
90
Considerando os objetivos desta pesquisa, entende-se que o laboratório de
Física investigativo e o laboratório virtual, com as simulações computacionais
criadas no EJS, sejam os mais adequados para a disciplina de Física III, pois dessa
forma as atividades propostas ao longo do curso, com características elencadas nas
páginas 77 e 78, utilizadas de forma articulada e complementar, podem levar os
alunos a uma aprendizagem significativa dos conceitos de Eletromagnetismo.
6.2.5 Material Para Apoio e Preparação da Disciplina de Física III
Durante a busca de material para apoiar as atividades propostas na
disciplina de Física III, percebeu-se 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 a conclusão do Ensino Superior, auxiliando os alunos na compreensão
e interpretação do mundo. Notou-se, 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.
Objetivando estruturar um conjunto de atividades para fornecer apoio ao
ensino de Física no Ensino Superior, com o conteúdo disponibilizado aos alunos de
maneira desafiadora e significativa, buscou-se também em Salém e Kawamura
(1996) o suporte teórico necessário para a escolha do livro-texto a ser utilizado com
os alunos.
Salém e Kawamura (1996) realizaram uma pesquisa em que procuraram
determinar um referencial de análise dos livros didáticos de Física, tentando
explicitar potencialidades para a sua utilização em sala de aula. Segundo as autoras,
a utilização desses tipos de livro deve contribuir para enriquecer o ensino:
[...] trazendo novas questões, abrindo a visão de ciência e de mundo do aluno e professor, criando novas metodologias e recursos de ensino, localizando o conteúdo ensinado em contexto mais abrangente, motivando, e aprofundando determinados assuntos. (SALÉM; KAWAMURA, p. 595).
Ainda, segundo as autoras:
91
[...] Não se pretendeu apontar materiais bons ou limitados, mas essencialmente explicitar os elementos que possibilitem a um professor a caracterização e seleção de diferentes tipos de materiais segundo seus próprios objetivos. (SALÉM; KAWAMURA, 1996, p. 217).
Para apoiar a preparação do conteúdo previsto utilizou-se como livro texto o
clássico Sears e Zemansky (YOUNG; FREEDMAN, 2009) que visa o questionamento e a
investigação dos fenômenos físicos partindo de situações vivenciadas no dia a dia.
Este livro foi escolhido por ajudar o estudante a desenvolver a intuição Física e a
adquirir as habilidades necessárias para solução de problemas.
Tendo como referência a proposta pedagógica do livro Física III –
Eletromagnetismo (YOUNG; FREEDMAN, 2009), o conteúdo de eletromagnetismo
previsto para a disciplina de Física III 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 presentes neste livro de Física III fundamenta-se na
estrutura de análise desse livro didático, que pressupõe um aprendizado científico
significativo para alunos cujo futuro profissional dependa diretamente da Física.
Após esta análise constatou-se que sua estrutura curricular está em consonância
com o que afirmam Salém e Kawamura (1996) e para justificar essa escolha
analisou-se o livro sobre vários aspectos, a saber:
a) Ênfase Curricular:
Ênfase na ciência do cotidiano: a proposta do livro Física III:
Eletromagnetismo 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. (YOUNG; FREEDMAN, 2009, prefácio).
92
b) Linguagem
Os textos possibilitam uma leitura agradável onde a linguagem coloquial é
usada, mas os termos técnicos são adicionados a partir da interpretação de
situações do cotidiano. Caminha-se, portanto, de um vocabulário mais simples para
um vocabulário mais específico.
Todas as pessoas utilizam a força magnética. Ela está presente em motores elétricos, nos cinescópios da TV, nos fornos de micro-ondas, em alto-falantes, nas impressoras e nos discos magnéticos usados nos computadores. (YOUNG; FREEDMAN, 2009, p. 202).
c) 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. O
poder instrutivo, como demonstra a figura 9 é potencializado por meio da
comprovada técnica de “anotação” e comentários, no estilo quadro-negro integrado
às figuras, para orientar os alunos em sua interpretação.
Figura 13 – Esboço do campo magnético da Terra.
Fonte: Young e Freedman, 2009, p. 203.
d) Tratamento Matemático
O material apresenta uma ênfase maior na compreensão do fenômeno físico
em situações do cotidiano com uma boa dosagem de fórmulas matemáticas. As
93
fórmulas estão presentes e associadas ao desenvolvimento qualitativo das ideias 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 é complementada por um instrumental matemático. (YOUNG; FREEDMAN, 2009, prefácio).
e) Aspectos Experimentais
Os experimentos propostos no livro, inspiradores do laboratório por
investigação, 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 apenas 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. (YOUNG; FREEDMAN, 2009, p. 205).
f) 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. (YOUNG; FREEDMAN, 2009, p. 208).
g) Organização dos capítulos
A introdução da cada capítulo fornece exemplos específicos do conteúdo e
faz a conexão com os assuntos abordados em capítulos anteriores. Há também uma
pergunta de abertura do capítulo e uma lista de objetivos de aprendizagem para que
o aluno reflita sobre os conteúdos abordados no capítulo, além de terminar o
capítulo com um teste de compreensão, que apresenta perguntas simples
relacionadas ao conteúdo estudado.
O sistema de imagens por ressonância magnética torna possível a visualização de detalhes do tecido humano, que não são visíveis em imagens de Raio X. Entretanto, o tecido humano não é constituído de
94
material magnético (portanto não é atraído por ímã). Então como a ressonância magnética funciona? Ao estudar este capítulo, você aprenderá: As propriedades dos ímãs; a natureza da força que um campo magnético exerce sobre uma partícula carregada em movimento; [...]. (YOUNG; FREEDMAN, 2009, p. 202).
Em função da análise realizada sobre o livro Física III - Eletromagnetismo (YOUNG; FREEDMAN, 2009), em relação aos itens de I a VII optou-se pela sua
utilização exaustiva como modelo inspirador das montagens experimentais no
laboratório investigativo, bem como das simulações computacionais, tornando-os
recursos pedagógicos complementares.
Os recursos de experimentos e simulações utilizados na disciplina de Física
III foram inspirados no livro Física III: eletromagnetismo (páginas 202 a 315)
conforme ilustrados no quadro apresentado a seguir:
95
Figuras do livro Física III: eletromagnetismo.
(YOUNG E FREEDMAN, 2009)
Simulações Computacionais produzidas com o software EJS.
(Apêndice “B”)
Experimentos utilizando no laboratório de Física.
Quadro 4 – Figuras do livro Física III: eletromagnetismo inspiradoras das simulações computacionais e dos experimentos. Fonte: Dados da pesquisa
96
97
CAPÍTULO 7 - APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS DA PESQUISA
Neste capítulo apresenta-se os instrumentos utilizados na coleta de dados
da pesquisa, bem como os resultados obtidos. Na primeira seção descreve-se a
apresentação da pesquisa aos alunos e a realização do pré-teste; na segunda seção
aborda-se os procedimentos e a sequência da intervenção com o laboratório
investigativo e as simulações computacionais e na terceira seção analisa-se os
dados do pós-teste e os ganhos conceituais acerca do Eletromagnetismo. Por fim,
na última seção discorre-se sobre os relatos observados na entrevista
semiestruturada.
7.1 A Sequência Didática Utilizada na Disciplina de Física III
7.1.1 Conversa inicial
No dia sete de maio de 2012 às 19:00 horas reuniu-se na sala 206 do prédio
principal da Fundação de Ensino Superior de Passos (FESP/UEMG) o 3º período do
curso de bacharelado em Engenharia Civil para iniciar essa pesquisa. Neste primeiro
contato abordaram-se as intenções de nossa pesquisa de doutorado e da sua
aceitação junto ao Núcleo Docente Estruturante do Curso de Engenharia Civil. Logo
após alguns questionamentos da turma expôs-se, com detalhes, a metodologia que
seria utilizada nas aulas durante a disciplina de Física III (figura 6). Como o
pesquisador já havia lecionado para essa turma durante três meses os conteúdos de
Eletrodinâmica, a turma não hesitou em concordar com a proposta da pesquisa.
7.1.2 Levantamento Prévio – Pré-teste (L1)
Na aula seguinte, durante 50 minutos, aplicou-se um pré-teste, chamado de
L1, (Apêndice E) contendo onze questões de sondagem conceitual visando
conhecer, ainda que de modo preliminar, os conceitos de Magnetismo e
Eletromagnetismo presentes na estrutura cognitiva dos alunos com o intuito de
98
levantar conceitos prévios sobre o conteúdo. A figura 10 demonstra um aluno
durante aplicação do pré-teste.
Figura 14 – Aluno respondendo ao pré-teste sobre Eletromagnetismo.
Fonte: Acervo do autor.
7.1.3 Intervenções Didáticas
Durante as próximas 08 aulas (quatro semanas), os alunos foram
submetidos às intervenções didáticas propostas na pesquisa onde se denomina IE1
a primeira Intervenção Experimental e IS1 a primeira Intervenção Simulada no
computador.
Antes de ocorrer as IE, os alunos manipularam livremente, no LFI, o material
que seria utilizado durante a montagem dos experimentos. A figura 15 demonstra
esse momento.
Figura 15 – Alunos, no laboratório de Física, manipulando material que foi
utilizado no curso. Fonte: Acervo do autor.
99
A finalidade dessa manipulação é colocá-los em contato com ímãs de
variados formatos e tamanhos, bobinas com diferentes números de espiras,
bússolas, amperímetros, voltímetros e limalhas de ferro.
Após a manipulação livre dos materiais, a turma foi dividida de acordo com
sua afinidade, devido ao número pequeno de experimentos contidos no laboratório
de Física da instituição e a fim de favorecer a coleta de dados durante as IE e IS, em
dois grupos de 14 alunos cada.
As IE ocorreram em dias seguintes à manipulação do material e sua
sequência está descrita abaixo:
1º) Dividimos o grupo de 14 alunos em três grupos menores, sendo dois subgrupos
de 5 alunos e um subgrupo de 4 alunos, conforme suas afinidades.
2º) Cada subgrupo recebeu informações acerca da construção do experimento e da
manipulação das simulações, conforme os apêndice “A” e “B”, respectivamente.
A IE1 (Laboratório Investigativo: Propriedades Magnéticas - Aula 01)
(apêndice “A”) teve como objetivo a identificação dos polos magnéticos de um ímã e
dos polos magnéticos da Terra, a observação da repulsão e atração magnética, a
ocorrência de ação magnética em certos metais e a visualização das linhas de
indução de um campo magnético. A figura 16 demonstra o momento em que um
grupo de alunos manipula um ímã nas proximidades da limalha de ferro contida
numa caixa de acrílico para verificação das linhas do campo magnético.
Figura 16 – Verificação das linhas do campo magnético do ímã.
Fonte: Acervo do autor.
Esta IE teve a duração de 25 minutos, onde os alunos realizaram o
experimento e responderam as questões contidas na sequencia didática. Nos 25
minutos restantes da aula os alunos foram levados ao laboratório de Informática
100
onde, individualmente, participaram da IS1. A IS1 (apêndice B) ocorreu durante 20
minutos, onde os alunos manipularam virtualmente as simulações observadas na
figura 17, além de responderem às questões contidas na sequência didática.
Figura 17 – Em (a) aluno manipulando virtualmente a IS1. Em (b) representa-se
o campo magnético ao redor de um ímã em rotação e em (c) o campo magnético ao redor do planeta Terra.
Fonte: Acervo do autor.
Durante a manipulação virtual da IS1 os alunos desenvolveram
procedimentos conforme consta no apêndice “B”, que teve como objetivo identificar
os polos magnéticos de um ímã, identificar os polos magnéticos e geográficos da
Terra, observar o sentido e a direção do campo magnético de um ímã e observar o
comportamento das linhas de indução de um campo magnético com o auxílio de
uma bússola.
Ao final da IE1 e da IS1 recolheram-se as anotações dos estudantes para
correção e posterior devolução aos alunos. Todas as outras intervenções,
experimentais ou simuladas, seguiram a mesma ordem e orientação, didático-
pedagógicas, ocorrida na IE1 e na IS1.
A IE2 (Laboratório Investigativo: O Campo Magnético de uma Corrente Elétrica - Aula 02) (apêndice A) teve duração de 45 minutos e, como a anterior,
demandou um conjunto de procedimentos. A figura 18 demonstra um grupo de
alunos manipulando o experimento proposto.
(a) (b) (c)
101
Figura 18 – Alunos verificando a lei de Oersted e de Ampère através da IE2.
Fonte: Acervo do autor.
Antes da manipulação do experimento proposto para a IE2 os alunos foram
instigados a responder uma questão prévia sobre o assunto com objetivo de verificar
a interação entre a corrente elétrica e a bússola e o mapeamento do campo
magnético ao redor de um fio que conduzia corrente elétrica.
A figura 19 demonstra a sequência didática utilizada durante a IE2 e a IS2.
(a) (b) Figura 19 – Em (a) experimento utilizado no laboratório investigativo e em (b)
simulação com regra da mão direita. Fonte: Acervo do autor.
Após a manipulação do experimento, no laboratório investigativo, os alunos
iniciaram a IS2 (apêndice B) onde individualmente interagiram com duas simulações
para comprovação das observações realizadas durante a experimentação. Uma das
simulações, figura 20, descreve o experimento de Oersted, com alto grau de
iconicidade, onde o aluno pode inverter o sentido da corrente fornecida pela pilha e
verificar a orientação da bússola.
102
Figura 20 – Em (a) sem corrente, em (b) e (c) corrente fluindo em sentidos
opostos. Fonte: Acervo do autor
Na figura 21 simulou-se o experimento de Oersted em outro plano de
observação. Nessa simulação o aluno pode variar a intensidade e o sentido da
corrente elétrica que flui pelo fio, manipular a bússola ao longo do plano da
superfície e ainda utilizar a regra da mão direita para verificar suas observações
sobre o sentido da corrente e a direção do campo magnético gerado ao redor do fio.
Figura 21 – Em (a) o aluno pode verificar as relações entre intensidade e
sentido da corrente elétrica com o campo magnético e em (b) pode utilizar da regra da mão direita para comprovar observações.
Fonte: Acervo do autor.
A IE3 (Laboratório Investigativo: Construção e Validação de Eletroímã - Aula 03) (apêndice A) ocorreu na aula seguinte à IS2 e teve duração de 45 minutos.
Seu principal objetivo foi construir e validar um eletroímã. Após a construção do
eletroímã os alunos responderam a questões relacionadas à dificuldade de
construção do eletroímã, como determinar seu polo norte e a influência do núcleo de
ferro bem como do número de espiras na “força” magnética do eletroímã. A figura 22
registra o momento de teste do eletroímã produzido por um dos grupos.
103
Figura 22 – Em (a) teste da “força” magnética e em (b) polaridade do
eletroímã. Fonte: Acervo do autor
Na aula seguinte os alunos realizaram a IS3 (apêndice B), também com
duração de 45 minutos e teve como objetivo a determinação do sentido campo
magnético na bobina e verificar a influência da intensidade de corrente e do número
de espiras na intensidade do campo magnético gerado ao seu redor. A figura 23
demonstra um aluno utilizando a simulação (IS3) onde ele pode modificar o sentido e
a intensidade da corrente elétrica, o número de espiras e verificar o módulo, o
sentido e a direção do campo magnético com o auxílio de uma bússola e da regra da
mão direita.
Figura 23 – Aluno manipulando virtualmente a simulação utilizada na IS3. Fonte: Acervo do autor
A IE4 (Laboratório Investigativo: Força Magnética - Aula 04) (apêndice
A), com duração de 50 minutos, foi realizada após a IS3.
104
A IE4 teve como objetivo demonstrar a força de Lorentz exercida em um
condutor que transporta uma corrente quando é colocado em um campo magnético
de um ímã. A figura 24 demonstra um grupo de alunos realizando a IE4.
Figura 24 – Alunos utilizando a IE4 para demonstrar a força de Lorentz. Em (a)
pêndulo e em (b) motor. Fonte: Acervo do autor.
A IS4 (apêndice B) ocorreu na aula seguinte à IE4 e teve como objetivo
caracterizar a força de Lorentz. Nesta simulação demonstrou-se a força de Lorentz
exercida em um condutor que transporta uma corrente quando colocado em um
campo magnético de um ímã em forma de U. Na simulação, demonstrada na figura
25, o aluno pode ligar ou desligar a corrente elétrica além de modificar o seu sentido
e ainda alterar a direção do campo magnético. Dependendo do botão acionado, a
simulação mostrará a direção convencional da corrente (seta vermelha), ou as linhas
do campo magnético (azul) ou ainda a força de Lorentz (seta preta).
Figura 25 – IS4 demonstrando a força de Lorentz. Em (a) pêndulo e em (b)
motor. Fonte: (a) http://www.walter-fendt.de/ph14br/generator_br.htm (adaptado) - (b) http://www.walter-
fendt.de/ph14br/lorentzforce_br.htm (adaptado). Acesso em 17 de jan. de 2014.
105
A IE5 (Laboratório Investigativo: Indução Eletromagnética - Aula 05)
(apêndice A) aconteceu na aula posterior à IS4 e teve como objetivo demonstrar as
condições em que uma corrente é induzida em um condutor. A figura 26 ilustra um
grupo de alunos manipulando a IE5.
Figura 26 – Alunos verificando a lei de Faraday-Lenz utilizando um alicate-amperímetro.
Fonte: Acervo do autor.
A IS5 (apêndice B), ocorreu após a IE5 e teve duração de 45 minutos. Esta
simulação, demonstrada na figura 27, apresenta ao aluno a lei de Faraday-Lenz e
durante sua interação o aluno pode mover o ímã nas proximidades da bobina e
verificar a proporcionalidade quanto ao número de espiras, velocidade de
aproximação ou afastamento em relação ao ímã e a indicação do amperímetro. O
aluno pode observar também o surgimento de linhas de indução do campo
magnético opondo-se ao campo magnético do ímã, além da possibilidade de
variação do número de espiras e a troca do galvanômetro por uma lâmpada.
Figura 27 – Aluno beneficiando-se da IS5 que demonstra a lei de Faraday-Lenz.
Fonte: Acervo do autor.
A tabela 1 descreve um resumo das datas e duração das intervenções
experimentais e simuladas desenvolvidas com os estudantes.
106
Tabela 1 – Resumo da duração e datas das intervenções. Intervenção Data Duração (minutos)
IE1 09 de maio de 2012 25 IS1 09 de maio de 2012 20 IE2 10 de maio de 2012 45 IS2 10 de maio de 2012 45 IE3 14 de maio de 2012 45 IS3 14 de maio de 2012 45 IE4 23 de maio de 2012 45 IS4 23 de maio de 2012 45 IE5 28 de maio de 2012 25 IS5 28 de maio de 2012 20
Total: 8 aulas
Fonte: Dados da pesquisa.
Durante o decorrer do semestre letivo deu-se prosseguimento à ementa do
curso (anexo A). Cabe aqui, salientar, que de acordo com a ementa do curso de
Física III, há 80 horas a serem trabalhadas com os alunos no laboratório de Física
(aulas experimentais), sendo quatro aulas semanais.
Acentua-se que o projeto que deu origem a essa tese preocupou-se com a
parte fenomenológica do Eletromagnetismo, mas no decorrer do curso as
formulações matemáticas ocorreram, uma vez que tais formulações permitem
fornecer conhecimentos inerentes a alguns procedimentos típicos da investigação
científica, como utilização adequada de equipamentos e instrumentos de medida,
análise e tratamento estatístico de dados e cuidados com erros sistemáticos,
ferramentas fundamentais para um curso de Engenharia. Além das formulações
matemáticas decorrentes do curso, há outros experimentos que contemplam a
ementa da disciplina com o intuito de aprofundamento dos conceitos de
Eletrodinâmica, Eletromagnetismo, Termodinâmica e Física Moderna.
Cerca de três meses após as intervenções experimentais e simuladas foi
realizado o pós-teste, chamado de Levantamento dois (L2).
7.1.4 Pós-Teste (L2)
O pós-teste (L2) foi realizado no dia 9 de agosto de 2012 e teve duração de
duas aulas (100 minutos). As treze questões que compunham o pós-teste eram
107
formadas por onze questões como havia ocorrido no pré-teste (L1), mais duas
questões acerca do curso de Física III.
7.2 Análise dos Resultados dos Levantamentos 1 e 2
Num primeiro momento buscou-se a leitura fluente das respostas dos alunos
no L1 e no L2, realizando uma análise criteriosa de cada questão respondida. Em
seguida, procurou-se organizar os dados e identificar as tendências (BARDIN,
2000), realizando uma análise qualitativa e quantitativa dos dados (CRESWELL,
2007). Efetuou-se em cada questão uma leitura cuidadosa de todas as respostas
fornecidas, interpretando cada uma e identificando, no conjunto, a existência de
categorias de informações contidas nestas respostas.
Para a análise dos resultados as respostas dos alunos foram agrupadas em
categorias de síntese conforme Creswell (2007) e Bardin (2000), sendo que a
identificação “L1Q2A3” significa a resposta do aluno 3 à questão 2 no levantamento
1 (pré-teste) e “L2Q2A3” significa a resposta do aluno 3 à questão 2 no
levantamento 2 (pós-teste).
Questão 1: Exemplifique situações do seu cotidiano em que o termo magnetismo foi
mencionado.
Figura 28 – O termo Magnetismo usado em situações do cotidiano Fonte: Dados da pesquisa.
Esta questão, no pré-teste, teve o objetivo de averiguar os conceitos prévios
na estrutura cognitiva dos alunos, que de acordo com Ausubel, Novak e Hanesian
(1980) são pontos essenciais para uma aprendizagem significativa. A análise desta
questão permitiu o planejamento da intervenção realizada, uma vez que se procurou
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%
100%
Aparelhos eletrodomésticos
Aproximação ímã/metal
Conteúdo Escolar
Documentários Livro texto Afetivo sexual Bússola Magnetismo terrestre
Sistema de comunicação e
informação
Termo "Magnetismo" em Situações do Cotidiano
L1
L2
108
partir dos subsunçores elencados pelos alunos, tendo em vista facilitar o processo
de ensino aprendizagem.
Analisando o gráfico (fig. 28), pode-se observar que após o curso de Física
III os alunos buscaram com maior frequência o assunto em livros didáticos,
manipularam bússolas e verificaram a existência de campo magnético em nosso
Planeta. É possível destacar ainda, o aumento de incidência de respostas
envolvendo sistemas de comunicação e informação, demonstrando maior interesse
pelo assunto.
Na figura 28 e nos relatos a seguir se encontram dados demonstrando que o
curso de Física III, de acordo com o PCN (BRASIL, 1999, p. 23), contribui no
desenvolvimento cognitivo do aluno, favorecendo uma construção rica em
abstrações e generalizações tanto no sentido prático como conceitual. Após a
análise de conteúdo (BARDIN, 2000) desta questão, percebe-se que os alunos
buscaram explicações acerca do termo magnetismo e eletromagnetismo no livro
texto utilizado na preparação do curso, passando de 7% no L1 a 14% no L2,
passaram a observar com mais frequência, de 18% no L1 a 54% no L2, a existência
de conceitos de eletromagnetismo em sistemas de comunicação, perceberam a
importância do campo magnético terrestre na orientação e passaram a considerar as
ondas eletromagnéticas como uma consequência do eletromagnetismo utilizada nos
meios de comunicação.
Após a realização do curso, verificou-se que os alunos relacionaram os
conhecimentos adquiridos em relação ao eletromagnetismo, com desenvolvimento
tecnológico, como se percebe nos relatos de quatro alunos:
_____ Em cartões magnéticos, ímãs, há campo magnético no nosso
planeta, nos alto-falantes de carros e HD de computadores.
(L2Q1A17)
_____ No uso do computador com seus ímãs internos, na interferência nos
meios de comunicação devido às erupções solares, na propagação
de ondas eletromagnéticas para comunicação de rádio, TV, internet e
celulares. (L2Q1A20)
_____... na geração de energia elétrica, nas navegações e aviões.
(L2Q1A24)
109
_____O assunto magnetismo é muito vasto e seu estudo possibilitou o
entendimento de uma variedade de instrumentos e coisas que fazem
parte do cotidiano como, por exemplo, o funcionamento da
campainha elétrica, dos motores elétricos, o funcionamento do
galvanômetro, o funcionamento das usinas hidrelétricas, os
transformadores de tensão, os cartões magnéticos, dentre outros. Na
área da medicina moderna, o eletromagnetismo está aplicado no
diagnóstico por imagem por meio de ressonância magnética.
(L2Q1A26)
Questão 2: Você já fez alguma experiência (ou brincadeira) com ímãs. Descreva o
que você fez. Pode desenhar se considerar esclarecedor.
Figura 29 – Contato experimental com material magnético. Fonte: Dados da pesquisa.
Na questão 2 o principal objetivo do pré-teste é verificar se os alunos
realizaram algum tipo de experimentação envolvendo conceitos de
eletromagnetismo ao longo da Educação Básica, conforme propõe os PCNEM.
Percebe-se que, de acordo com o L1, os alunos manipularam ímãs e
verificaram algumas de suas propriedades ao longo de sua formação básica, mas
não explicitaram conceitos aprendidos durante essa manipulação.
Como se pode observar na figura 29, no L2 surgiram alguns itens que não
apareciam no L1. O resultado aponta para uma aprendizagem significativa de novos
conceitos como, por exemplo, interação entre campo magnético e elétrico.
Percebe-se uma melhora nas respostas dos alunos que no L1 simplesmente
citaram a manipulação de ímãs sem indicar seus polos e no L2 além de citar os
polos fizeram a relação correta entre eles.
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%
100%
Atração e repulsão entre
ímãs
Verificação de campo
magnético
Atração e repulsão entre
polos positivos e negativos
Verificação de campo
magnético com limalha de ferro
Verificação de não monopolo
Verificação de Magnetismo
terrestre
Imantação de material ferro-
magnético
Interação entre campo
magnético e elétrico
Experiência dos alunos com Ímãs
L1
L2
110
No L2 surgiram características de respostas como, por exemplo, verificação
de não monopolos e imantação de material ferromagnético proporcionados pela IE1,
verificação de magnetismo terrestre (IS2) e interação entre campo magnético e
elétrico (IE2,3,4 e 5 e IS3, 4 e 5) que apontam evidências de reconciliação integradora
que segundo Ausubel, Novak e Hanesian (1980) caracteriza-se pelo fato de que em
função de novas informações adquiridas, os subsunçores já existentes se
reorganizem e adquirem novos significados.
A seguir é apresentada como exemplo a resposta de um aluno nos dois
levantamentos.
_____ Já, com ímãs. Fiz um carrinho colocando um ímã em cima da mesa e
outro embaixo. (L1Q2A4)
_____ 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 monopolo,
ficando sempre com as duas polaridades, mesmo quebrado. (L2Q2A4)
A figura 30 é o relato do A11 sobre suas experiências com ímãs, no L2:
Figura 30 – Relato do aluno A11 no L2.
Fonte: Dados da pesquisa.
A resposta do aluno A11 (fig. 30) a esta pergunta demonstra, como afirmam
Ausubel, Novak e Hanesian (1980), que os subsunçores são um conjunto de
conhecimentos que embasam a aquisição de conhecimentos mais profundos.
Relacionando ao Ensino de Física, pode-se afirmar que o conhecimento prévio
sobre ímã age como um subsunçor para compreender a atração e repulsão entre
ímãs e a formação do campo magnético utilizando a analogia com o campo elétrico
ou gravitacional que se caracteriza por ações à distância. A partir do momento em
que este último conteúdo for compreendido de maneira significativa, este passa a se
constituir como subsunçor para compreender outros conteúdos mais abrangentes,
como campo eletromagnético, por exemplo.
111
Portanto, só ocorre aprendizagem significativa se o aluno relacionar o
conteúdo que está aprendendo (campo magnético) a subsunçores relevantes, já
existentes em suas estruturas cognitivas (polos do ímã). No entanto, para isso, faz-
se necessário que o conteúdo básico esteja bem definido pelo aluno, caso contrário,
o aprendizado é mecânico.
Questão 3: Dentre os equipamentos que conhece, quais deles funcionam levando
em conta o magnetismo?
Figura 31 – 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, principalmente, pelas IE2, 3 e 5 e pelas IS4 e 5. A
resposta dos alunos nos dois levantamentos confirma essa ampliação de percepção:
_____ Bússolas. (L1Q3A7).
_____ Bússolas, motores elétricos e medidores de consumo de energia
elétrica. (L2Q3A7).
_____ Aparelhos de som e televisão. (L1Q3A10)
_____ Aparelhos de som, televisores, instrumentos musicais eletrônicos,
lanternas de indução, aparelhos de telefone, aparelhos de ressonância 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 elevador do parque
de diversões Hopi Hari. (L2Q3A21)
112
Percebe-se, pela qualidade das respostas no L2, que 43% dos alunos
reconheceram que os motores elétricos utilizam-se do eletromagnetismo para seu
funcionamento, 82% relacionam o sistema de comunicação e informação aos efeitos
do eletromagnetismo, 14% identificaram a presença do conteúdo estudado na
geração e medição do consumo de energia elétrica em nosso País e 7%
relacionaram o sistema de diagnóstico por imagem com a utilização de eletroímãs.
Tal ampliação de percepção deve-se às sequências didáticas adotadas no curso de
Física III, pois o conteúdo foi apresentado primeiramente de maneira geral, com os
conceitos mais inclusivos e, posteriormente, foi progressivamente diferenciado, em
termos de detalhes e especificidades, pois surgiram respostas que não foram
contempladas no L1 demonstrando a diferenciação progressiva. Também foram
exploradas, durante as IE e IS, as similaridades e diferenças entre os conceitos de
eletromagnetismo, destacando-se inconsistências reais ou aparentes, ponto chave
para a reconciliação integradora, processo pelo qual a pessoa reconhece novas
relações entre conceitos até então vistos de forma isolada. Ainda, em relação à
figura 30, percebe-se uma redução no percentual de alunos que citaram no L1 os
aparelhos eletrônicos (som e imagem) e os ímãs como aparelhos que se utilizam do
magnetismo. Tal redução deve-se ao surgimento de novas categorias de análise
após as IE2,3 e 4 e IS2,3 e 4, ocorridas no L2.
As respostas dos alunos no L2 evidenciam a diferenciação progressiva e a
reconciliação integradora, segundo Ausubel, Novak e Hanesian (1980), como
princípios facilitadores da aprendizagem significativa.
Questão 4: Usando um ímã permanente, Pedro, o esfrega continuamente e sempre
no mesmo sentido em um prego de aço, conforme indica a figura.
Figura 32 – Magnetização por atrito.
Fonte: Acervo do autor.
Após esse processo, o estudante verifica que o prego fica imantado, atraindo
outros pregos.
113
a) O polo norte do ímã prego é a sua ponta. Como Pedro pode verificar isso?
b) Distraidamente, Pedro coloca o prego imantado ao lado de outro prego
idêntico, mas não imantado. Depois, para verificar qual dos dois é o prego
imantado, usando apenas esses dois objetos, ele os dispõe conforme indica a
figura seguinte. b2) Se a ponta do prego A atrair a região central do prego B,
qual deles está imantado? Qual seria a conclusão se essa atração não
ocorresse?
Figura 33 – Verificação de polos magnéticos.
Fonte: Acervo do autor.
Figura 34 – Imantação do prego por atrito.
Fonte: Dados da pesquisa.
Percebe-se que os alunos conheciam os conceitos relacionados à atração e
repulsão magnética, talvez por terem estudado anteriormente a atração e a repulsão
entre cargas elétrica, em eletrostática. Mesmo assim, constatou-se uma melhora
significativa, de 7% para 54%, no número de alunos que relacionaram corretamente
a utilização do ímã do experimento para tal verificação.
Apresenta-se, como exemplo, a resposta de dois alunos nos dois
levantamentos, na primeira parte da questão:
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Não respondeu Usando um objeto
ferromagnético
Usando uma bússola
Usando o ímã permanente do
experimento
O prego A O prego B O prego A é o ímã
O prego B é o ímã
(a) (b) 1 (b) 2
Imantação por Atrito
L 1
L 2
114
_____ Utilizar o outro prego. (L1Q4A6)
_____ Aproximando o polo norte do ímã na cabeça do prego, assim o prego
era atraído pelo ímã, assim a cabeça do prego é o polo sul. Pois o sul e
norte se atraem. (L2Q4A6)
_____ Utilizando uma bússola ele pode descobrir. (L1Q4A11)
_____ Colocando o ímã próximo do prego e perceber se o polo norte do ímã
está atraindo ou repelindo o prego. (L2Q4A11)
A figura 35 confirma o depoimento do A2, no L2, a respeito das
possibilidades de descoberta do polo do ímã-prego.
Figura 35 – Depoimento de aluno no (L2Q4A2).
Fonte: Dados da pesquisa.
Na segunda parte da questão percebe-se que no L1 os alunos não
conheciam a região neutra entre os polos de um ímã, pois 68% deles responderam
que o prego B era o imantado. No L2 os alunos perceberam que os ímãs não
apresentam propriedades magnéticas em toda a sua extensão, que há uma região
neutra no centro do prego-ímã, verificado por 82% dos alunos que participaram do
curso de Física III.
A resposta dada pelo aluno A3 no L1 e L2, apresentada abaixo, corrobora
essa percepção:
_____ Nenhum porque no centro do ímã a corrente é nula. (L1Q4A3)
_____ Se houver atração o prego imantado é o prego A, pois o ímã esteve
em contato com a região central do outro prego onde não tem magnetismo.
(L2Q4A3)
Já, na figura 36, a resposta do A4 no L2 aponta que o curso de Física III
proporcionou tarefas sequenciais, em que uma não podia ser executada sem um
perfeito domínio da precedente.
115
Figura 36 – Resposta do aluno A4 no (L2Q4A4).
Fonte: Dados da pesquisa.
Durante o L1, na terceira parte da questão, chamada de b2, os alunos
demonstraram total desconhecimento da imantação de um ímã temporário, bem
como sua inseparabilidade magnética. Já, no L2, essa dificuldade demonstrou-se
parcialmente sanada, passando de 18% no L1 para 82% no L2.
_____ O prego A é o ímã. (L1Q4A10)
_____O prego B é o ímã uma vez que no centro do ímã não tem polo
magnético. (L2Q4A10)
Questão 5: A figura a seguir descreve uma regra, conhecida como "regra da mão
direita", para análise da direção e do sentido do vetor campo magnético em torno de
um fio percorrido por uma corrente elétrica. Analisando a figura, responda aos itens
a seguir.
a) O que representam, na figura, as setas que estão ao lado dos dedos polegar e
indicador?
b) Faça um esboço (desenho) das linhas de campo magnético em torno desse fio.
c) Faça uma análise qualitativa, relacionando a dependência do módulo do vetor
campo magnético nas proximidades do fio com a intensidade de corrente elétrica e
com a distância em que se encontra do fio.
Figura 37 – Determinação da lei de Ampère.
Fonte: Acervo do autor.
116
Figura 38 – Compreensão da Lei de Ampère.
Fonte: Dados da pesquisa.
Ao analisar o gráfico da figura 38, percebe-se que cerca de 80% dos alunos
compreenderam corretamente a lei de Ampère após as intervenções, ao demonstrar
uma melhor qualidade nas respostas. Sobre o aluno A12 na aplicação do L2,
observa-se esse avanço:
_____ As linhas do campo elétrico no fio. Não sei responder sobre os
dedos. (L1Q5A12)
_____ O dedo indicador mostra o sentido do campo magnético e o dedo
polegar mostra o sentido da corrente elétrica. A intensidade do campo
magnético é diretamente proporcional ao valor da corrente e inversamente
proporcional à distância do fio. (L2Q5A12)
O ganho conceitual demonstrado no item b da questão 5, passando de 11%
no L1 para 89% no L2, deve-se à IE2 “O Campo Magnético de uma Corrente
Elétrica” onde os alunos manipularam o experimento proposto, e pela IS3 “ Campo
Magnético Gerado por Corrente Elétrica” constatando a primeira lei elementar de
Laplace e por conseguinte a lei de Ampère.
A IE2 contém questões que levaram os alunos a conceituar e descrever o
experimento de Oersted asseverando, em suas respostas, que uma corrente elétrica
produz um campo magnético, e que para o caso de um fio retilíneo, as linhas de
campo são círculos em planos perpendiculares ao fio.
A figura 39 manifesta a resposta do A7 no item c da questão 5:
117
Figura 39 – Resposta da questão 5 no L2Q5A7.
Fonte: Dados da pesquisa.
Chamou atenção o fato de que 11% dos alunos, no L2, não conseguirem
descrever conceitualmente a lei de Ampère, mesmo depois das intervenções
experimentais e simuladas, descrevendo que não há relação entre o sentido da
corrente elétrica e a direção do campo magnético. Tal resultado deve-se ao motivo
desses três alunos atuarem de forma mecânica em seus grupos, demonstrando nas
sequências didáticas uma grande deficiência de conceitos básicos de Física, o que
pode ser verificado durante as observações das aulas.
Questão 6: Desenhe, na própria figura, as linhas de campo magnético que surgem
na espira quando o ímã aproxima-se dela, bem como a polaridade que aparece em
cada lado.
b) A velocidade de aproximação ou afastamento do ímã em relação à bobina
influencia na intensidade da corrente induzida? Justifique.
c) O número de espiras da bobina é importante na intensidade da corrente induzida
no circuito? Justifique sua resposta.
Figura 40 – Determinação da corrente induzida.
Fonte: Acervo do autor.
118
Figura 41 – Compreensão da Lei de Faraday-Lenz.
Fonte: Dados da pesquisa.
Na figura 42, as partes (a) e (b), representam o desenho do aluno A8 nos
dois levantamentos. Observa-se claramente que o aluno desenhou, em L1,
desconsiderando o conceito de aproximação ou afastamento do ímã e que em L2
passou a observar o campo magnético do ímã mais próximo da bobina durante o
movimento de aproximação e desenhou o sentido do campo magnético ao redor da
bobina.
Figura 42 – Resposta do aluno A8 no L1Q6A8 em (a) e no L2Q6A8 em (b).
Fonte: Acervo do autor.
Para responder a pergunta c desta questão o aluno A17 recorreu
mentalmente à IE3 que tratou da construção e validação do eletroímã.
_____ Sim, é do mesmo jeito que no eletroímã, se ele com mais espiras tem
um campo magnético mais intenso (segurou mais clipes), a intensidade da
119
corrente varia proporcionalmente com o número de espiras também.
(L2Q6A17)
Percebe-se que durante o L2 os alunos passaram a descrever corretamente
a Lei de Faraday-Lenz, pois desenharam (passando de 11% no L1 para 86% no L2)
corretamente as linhas de campo magnético e os polos que surgiam na bobina
durante a aproximação ou afastamento do ímã, compreenderam que a velocidade
de aproximação ou afastamento modifica a intensidade de corrente induzida na
bobina (de 18% no L1 para 82% no L2), e que se o fluxo magnético através de uma
bobina de N espiras sobre uma variação, uma força eletromotriz é induzida em cada
espira e a força eletromotriz total é a soma dessas forças eletromotrizes (11% no L1
para 89% no L2).
A resposta do aluno A19 descreve corretamente a relação entre o número
de espiras na bobina e a força eletromotriz induzida:
_____ Sim, aumentando o número de espiras na bobina o campo magnético
do ímã atravessará um número maior dessas espiras, e o campo gerado
pela bobina opondo-se ao ímã será maior e assim tenho que fazer mais
força para aproximar o ímã e por consequência terá mais corrente indicada
pelo galvanômetro. (L2Q6A19)
Questão 7: a) A figura abaixo possui uma bateria ligada a uma bobina. Qual polo
surge na extremidade direita da bobina? Justifique.
b) Explique como a corrente elétrica fornecida pela bateria gera o campo magnético
que circunda a bobina.
Figura 43 – Bobina e campo magnético. Fonte: Acervo do autor.
120
Figura 44 – Compreensão do campo magnético ao redor de uma bobina.
Fonte: Dados da pesquisa.
Percebe-se no L1 que mais de 60% dos alunos desconhecia a formação do
campo magnético ao redor de uma bobina quando percorrido por uma corrente
elétrica.
No L2, 71% dos alunos além de indicarem corretamente o sentido do campo
magnético na bobina, descreveram a relação entre o movimento da carga elétrica e
o campo magnético gerado por esse movimento.
_____ A bateria coloca as cargas elétricas em movimento, em
consequência criam além de campos elétricos, campos magnéticos.
(L2Q7A2)
_____ As cargas elétricas em movimento que constituem a corrente, ou
seja, os elétrons livres produzem em torno de si efeitos elétricos e
magnéticos, gerando o campo magnético em torno do fio. (L2Q7A24)
A figura 45 descreve a resposta do aluno A5 no item b da questão 7:
Figura 45 – Resposta do aluno A5 à questão 7 no item b durante o L2.
Fonte: Dados da pesquisa.
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%
100%
Indicou o polo corretamente
Corrente elétrica gera campo magnético
carga elétrica em movimento gera campo
magnético
Não respondeu
(a) (b)
Compreensão do Campo Magnético na Bobina
L 1
L 2
121
Após a realização da IE3 que se tratava da construção e validação do
eletroímã, os alunos constataram corretamente que o número de voltas, o diâmetro
da bobina e a intensidade da corrente controlada pelo reostato afeta a força do
eletroímã. Em três grupos foi possível perceber o dimensionamento da bobina a fim
de maximizar o campo magnético, utilizando tentativa e erro.
Questão 8: Na experiência realizada pelo seu professor, 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?
Figura 46 – Determinação da lei de Oersted.
Fonte: Acervo do autor.
Figura 47 – Compreensão do experimento de Oersted.
Fonte: Dados da pesquisa.
O gráfico da figura 47 assinala um ganho percentual significativo sobre a
compreensão do experimento de Oersted, passando de 36% no L1 para 83% no L2.
Este ganho está relacionado à manipulação da IE2 e da interação com a IS3 como
consta nos relatos abaixo.
122
_____ 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. (L1Q8A1)
_____ 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. (L2Q8A1)
_____ Isso depende muito da corrente elétrica gerada nesse circuito,
quanto mais energia for gerada mais rápido a chave será fechada e por isso
o fio 2 tem mais corrente. (L1Q8A3)
_____ Bom, toda corrente elétrica gera um campo magnético em torno de
si, então quando ligada gera o campo magnético interferindo com o campo
magnético da bússola. (L2Q8A3)
_____ A agulha se move de acordo com o campo magnético quando se
fecha a chave. (L2Q8A13)
A resposta do aluno A19 ao item b da questão 8 está descrita na figura 48:
Figura 48 – Aluno A19 explicando o experimento de Oersted no L2.
Fonte: Dados da pesquisa.
Ao serem empregados para melhorar a atenção, apoiar o raciocínio e
auxiliar a visualização e interpretação de fenômenos, os elementos dessas
intervenções 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.
Questão 9: Sabemos que até o início do século XIX a eletricidade e o magnetismo
eram estudados de forma separada, ou seja, considerava-se que não havia
nenhuma ligação entre esses dois fenômenos. No ano de 1820, foi anunciado um
experimento, realizado pelo físico Hans Christian Oersted, que constatou a ligação
entre a eletricidade e o magnetismo. Oersted verificou que a agulha de uma bússola
123
mudava de direção quando a corrente elétrica passava em um fio condutor que
estava bem próximo dessa bússola. Dessa forma, ele pôde concluir que além dos
ímãs, as correntes elétricas também produzem campo magnético, cujo sentido
depende do sentido da corrente elétrica. A simulação abaixo tem a finalidade de
demonstrar o experimento de Oersted. Descreva, com riquezas de detalhes, como a
simulação pode descrever o experimento de Oersted.
Figura 49 – Campo magnético ao redor de um fio que conduz corrente.
Fonte: Dados da pesquisa.
Figura 50 – Compreensão da Indução Magnética – experimento de Oersted.
Fonte: Dados da pesquisa.
O depoimento feito pelo aluno A15 a essa questão no L2, a seguir, indica
que a utilização da derivação progressiva, da organização sequencial e da
reconciliação integradora na estruturação das IE e das IS implementadas ao longo
do curso de Física III, atingiram os objetivos propostos nesta Tese.
_____ Verifica-se que há um campo magnético pela direção e sentido da
bússola, pelas linhas de campo no plano amarelo, além de comprovar a lei
124
da mão direita no segundo desenho e verifica tudo isso com o vetor da
corrente elétrica. (L2Q9A15)
A qualidade das respostas dos alunos no L2, quando comparadas às
respostas no L1 (fig. 50), indica que as intervenções experimentais articuladas às
intervenções simuladas auxiliaram no desenvolvimento de subsunçores apropriados
para a assimilação da indução eletromagnética. O estabelecimento de relações
relevantes pelos alunos entre as ideias estudadas podem ser entendidas como
evidência de ocorrência de aprendizagem significativa.
_____ É que com a bússola dando suas voltas vai criando um campo
magnético muito grande que vai atraindo os objetos que tiverem perto como
o ferro por exemplo. (L1Q9A28)
_____ A corrente produz campo magnético em torno do fio e seu sentido
depende do sentido da corrente elétrica. (L2Q9A28)
_____ A corrente positiva entra no campo fazendo o giro por todo o campo
e saindo negativa. (L1Q9A9)
_____ Um fio condutor que é percorrido por uma corrente elétrica gera ao
seu redor um campo magnético, assim o sentido do campo depende do
sentido da corrente. (L2Q9A9)
A figura 51 caracteriza a resposta do aluno A7 na questão 9 durante o L2:
Figura 51 – Aluno A7 descrevendo o experimento de Oersted no L2.
Fonte: Dados da pesquisa.
Questão 10: Um ímã 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 ímã, sendo
essas posições tracejadas na figura. Desenhe a agulha da bússola nas várias
posições indicadas na figura.
125
Figura 52 – Determinação do campo magnético ao redor de um ímã.
Fonte: GREF, 2005, p. 158.
A figura 53 em (a) e em (b) representam o desenho de um aluno A21 nos
dois levantamentos. 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.
Observa-se na figura do L2Q10A21 (fig. 53 - item b) 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 à IE1 e à IS1 utilizadas ao longo do curso de Física III.
Figura 53 – Desenho do A21 no L1 em (a) e no L2, em (b).
Fonte: Acervo do autor
a b
126
Figura 54 – Campo magnético ao redor do ímã.
Fonte: Dados da pesquisa.
Questão 11: 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 55 – Distorção da imagem de um monitor CRT (Cathodic Ray Tube).
Fonte: Acervo do autor.
Figura 56 – Ímã próximo de um monitor CRT.
Fonte: Dados da pesquisa.
Conforme se observa nos relatos apresentados no gráfico da questão 13 (fig. 58), os alunos consideraram, de maneira geral, que a carga horária reduzida do
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%
100%
A trajetória da carga elétrica é
afetada pelo campo magnético
do ímã.
Campo magnético afeta campo
elétrico
Campo magnético afeta campo magnético
Não respondeu Campo magnético afeta as cores
Campo magnético atrai material
ferro-magnético (linhas da tela)
Os elétrons em movimento geram campo magnético
que é afetado pelo campo
magnético do ímã.
Ímã próximo a Monitor CRT
L1
L2
127
curso foi uma dificuldade. Isso não impossibilitou a busca de novos conhecimentos
acerca do eletromagnetismo, como se observa na fig. 56, uma vez que não foi
tratado, ao longo do curso, sobre o conceito de partículas portadoras de carga
elétrica em movimento ser perturbadas por campo magnético externo. Um exemplo
deste fato pode ser percebido na conclusão do aluno 22 diante da questão 10 no
levantamento 2 certificando que durante a manipulação das IE e das IS foram
desenvolvidos conceitos subsunçores capazes de auxiliar a aprendizagem
subsequente, passando de 10% no L1 para 40% no L2.
_____ O ímã, com seu campo magnético, ao passar próximo da tela faz
com que os elétrons interajam com o campo distorcendo a imagem.
(L2Q10A22)
_____ O campo magnético altera o campo elétrico da tela que será distorcida. (L2Q10A1)
_____ O ímã mexe com os elétrons do monitor... (L2Q10A5)
_____ O campo magnético do ímã interage com os elétrons da tela do monitor, atraindo-os. (L2Q10A7)
_____ No monitor do computador há elétrons, eles se concentram onde o ímã foi colocado, distorcendo a tela. (L2Q10A10)
A qualidade da resposta do A16 a esta questão, no L2 (fig.57), demonstra o
surgimento de conceitos prévios para a continuidade do aprendizado sobre
eletromagnetismo.
Figura 57 – Resposta do aluno A16 referente à interação de cargas em
movimento nas proximidades de um ímã. Fonte: Dados da pesquisa.
128
Questão 12: Descreva o que mais gostou durante nosso curso.
Figura 58 – Síntese das respostas dos alunos sobre o que mais gostaram
durante o curso de Física III. Fonte: Dados da pesquisa.
Descrevem-se, no quadro 5 alguns posicionamentos dos alunos sobre o que
mais gostaram durante o curso de Física III. Como pontos positivos do material
desenvolvido e sobre a interatividade proporcionada pelas IE e pelas IS no
entendimento do conteúdo de eletromagnetismo, destaca-se: a linguagem usada na
descrição dos fenômenos (relação com o cotidiano), a construção dos experimentos,
a facilidade de manuseio das simulações e a dedicação do professor.
Percebe-se que a dedicação e orientação do professor foram necessárias
para otimizar a utilização das IE e das IS, 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 (89%) (fig. 58), às descobertas das relações
entre eletricidade e magnetismo demonstra que o curso de Física III teve efeito
benéfico na assimilação e consolidação dos conceitos de eletromagnetismo.
Destaca-se, conforme a figura 58, a construção do eletroímã (IE3) onde 89%
dos alunos afirmaram que essa atividade aprimorou seu conhecimento sobre
eletromagnetismo. Essa intervenção experimental assinala que os conceitos se
interagem com o novo conhecimento e servem de base para a atribuição de novos
129
significados e vão também se modificando em função dessa interação, adquirindo
novos significados e se diferenciando progressivamente.
Os “roteiros” (sequências didáticas) propostas ao longo das intervenções
cumpriram seu papel de subsunçores ao serem utilizadas para sistematizar os
passos dos alunos e favorecer novas aprendizagens ao longo do experimento ou da
simulação. Em média 69,5% dos alunos reconheceram que as sequências didáticas
foram úteis na organização das relações entre ideias e conceitos. As sequências
didáticas se mostraram adequadas ao criar novos elementos com determinado grau
de clareza, estabilidade e diferenciação, fornecendo novos significados e levando a
uma reorganização da estrutura cognitiva do aluno.
Outro ponto de destaque, apesar de compreender um pequeno percentual
nas respostas dos alunos (14%), é o fato de relacionarem o eletromagnetismo à
óptica. Em nenhum momento, ao longo do curso, propomos atividades que
relacionasse o eletromagnetismo à óptica, mas isso não foi um obstáculo para que
os alunos fizessem essa relação. Esse tipo de relação onde o aluno, por exemplo,
tendo conceitos de campo elétrico e magnético claro e estáveis na sua estrutura
cognitiva, os percebe intimamente relacionados e reorganiza seus significados de
modo a vê-los como manifestações de um conceito mais abrangente, o de campo
eletromagnético. Essa recombinação de elementos, essa reorganização cognitiva,
esse tipo de relação significativa, é referido por Ausubel, Novak e Hanesian (1980)
como reconciliação integradora.
O quadro 5 acentua alguns depoimentos dos alunos sobre o que mais
gostaram ao longo do curso de Física III ao responderem a pergunta no L2.
130
Aluno O que mais gostou durante o curso de Física III
A2 Entender as propriedades do ímã e o funcionamento de um solenoide. Reconhecer que diversos instrumentos funcionam com os princípios do eletromagnetismo.
A6 Da objetividade e clareza das simulações, da facilidade de manuseio e dos experimentos.
A7 Gostei das experiências e das simulações, além das aplicações do magnetismo que realmente fazem parte do cotidiano, mostrando como isso interfere na nossa vida.
A13 Descoberta de novos horizontes do campo magnético, descobrir as relações com o campo magnético e elétrico e usar as simulações para melhorar nossa visão sobre o eletromagnetismo.
A14 Achei muito bom as simulações que mostravam cada conteúdo que a gente via no laboratório de Física. Assim consegui entender muito bem com este curso.
A19 ... foi o modo diferente de aprender Física fazendo aulas ao mesmo tempo no laboratório e no computador.
A20 Dos experimentos feitos no laboratório, vendo a teoria em prática.
A22 Adorei ver que o magnetismo e eletromagnetismo estão em várias coisas do nosso cotidiano e às vezes nem percebemos ou sabemos.
A26
Gostei de ter aulas práticas onde todos os alunos podiam acompanhar de perto todas as experiências que os grandes físicos fizeram para chegar até onde estamos hoje. Também gostei do uso do computador que criou oportunidade de ver algumas coisas que no experimento não podia.
Quadro 5 – Depoimento dos alunos sobre o que mais gostaram durante o curso de Física III. Fonte: Dados da pesquisa.
Questão 13: Descreva o que menos gostou durante nosso curso.
Figura 59 – Síntese das respostas dos alunos sobre o que menos gostaram
durante o curso de Física III. Fonte: Dados da pesquisa.
Na figura 59 percebe-se que 14% dos alunos não se sentiram satisfeitos
com os grupos formados ao longo do curso. Tal afirmação ocorreu pelo fato de
muitos deles não se sentiram à vontade em expor suas ideias frente aos colegas,
131
uma vez que eram necessários diálogos sobre as questões prévias e mesmo para
as conclusões das perguntas nas intervenções.
Do total de alunos, 18% deles não gostaram da didática adotada no curso de
Física III. Afirmaram que os “roteiros” (sequências didáticas) eram muito longos e
necessitavam de muito tempo para serem respondidos. Os alunos A(12, 13 e 14),
pertencentes ao mesmo grupo de trabalho, identificaram como ponto fraco do curso
a ausência das equações do eletromagnetismo. Assinalaram que para um curso de
Física, na engenharia civil, é necessário conhecer as equações para um
aprofundamento do conteúdo.
Os alunos A11 e A23 afirmaram que a distribuição do conteúdo do curso não
os agradou, pois quando as aulas avançavam, os conteúdos mudavam muito
rapidamente. Esses alunos não perceberam, ao longo do curso, o caminho traçado
pelos experimentos e pelas simulações.
Chamou a atenção o fato de 50% dos alunos relatarem que o tempo para a
execução das tarefas foi pequeno. Esses alunos reconheceram que o trabalho
proposto pelo curso foi significativo, mas indicaram que era necessário mais tempo
para as discussões em grupo, principalmente quando respondiam as questões
prévias.
O quadro 6 assinala alguns depoimentos sobre o que os alunos menos
gostaram ao longo do curso de Física III.
Aluno O que menos gostou durante o curso de Física III A7 Do pouco tempo para realizar as experiências.
A16 Da formação dos grupos.
A19 Da falta de conhecimento das fórmulas que poderiam ajudar a compreensão da matéria.
A21 Alguns roteiros eram muito longos. A23 Não achei muito interessante a Lei de Lenz.
Quadro 6 – Depoimento dos alunos sobre o que menos gostaram durante o curso de Física III. Fonte: Dados da pesquisa.
132
7.2.1 Entrevista Semiestruturada
A entrevista semiestruturada ocorreu do dia 10 ao dia 26 de agosto de 2012
e foi realizada com todos os alunos que compuseram o público alvo desta pesquisa.
As entrevistas ocorreram no período noturno, após as aulas ou nos finais de
semana, dependendo da disponibilidade do aluno. A fim de facilitar o contato dos
alunos com o professor pesquisador durante a entrevista, optou-se por entrevistá-los
via Skype, conforme citado no capítulo 5.
A figura 60 demonstra o momento de entrevista com um dos alunos da
pesquisa.
Figura 60 – Momento da entrevista. No plano menor o professor pesquisador
e no maior aluno entrevistado. Fonte: Dados da pesquisa.
Encontra-se, no apêndice C, o relato do desempenho conceitual detectado
durante a entrevista e o detalhamento comportamental, atitudinal e procedimental
observado durante as intervenções de todos os 28 alunos participantes dessa
pesquisa.
7.2.1.1 Apresentação e Análise dos Resultados da Entrevista
Considerando os dados provenientes da entrevista semiestruturada, e
também das observações ocorridas durante as intervenções, buscou-se encontrar
regularidades (BARDIN, 2009) e indicadores que nos permitissem construir
133
interpretações dos relatos dos alunos de modo a gerar uma compreensão
contextualizada das condições fundamentais para uma aprendizagem significativa.
Cabe aqui mencionar que apenas os dados referentes às entrevistas foram
apresentados de forma aprofundada. Nossa busca por regularidades partiu-se de
dois aspectos principais que compõem nosso estudo de forma complementar, a
saber: epistemologia da ciência e aprendizagem significativa.
Considera-se relevante justificar os motivos de caracterizar os aspectos
epistemológicos para as análises dos resultados da entrevista uma vez que esses
aspectos são referenciados pelas pesquisas que fizeram parte da revisão da
literatura, além de darem suporte às falas dos alunos ao longo da referida entrevista.
7.2.1.1 Aspectos Epistemológicos
Também chamada de teoria do conhecimento, a epistemologia é o ramo da
filosofia que se ocupa da investigação sobre a natureza, as origens e a validade do
conhecimento. A presença da epistemologia de Bachelard no ensino de ciência tem
possibilitado a identificação de diferentes formas de estabelecer relações entre o
ensino e a aprendizagem.
Apesar da relevância teórica desta epistemologia, segundo Halmenschlager e
Gehlen (2009), ainda são poucos os trabalhos que utilizam a noção de perfil
epistemológico no processo de ensino e aprendizagem, como uma ferramenta
indicativa e interpretativa de conceitos.
A obra epistemológica de Gaston Bachelard apresenta elementos que
fundamentam esta pesquisa, pois ela se aplica tanto ao estudo do processo de
construção da ciência quanto ao processo de aprendizagem individual.
Nota-se que alguns trabalhos (MARTINS, 2004; SOUZA; ZANETIC, 2008;
SOUZA, 2008; COLOMBO JUNIOR, 2010) utilizaram essa noção de perfil para
identificar as concepções dos alunos, segundo as cinco escolas filosóficas propostas
por Bachelard (2004) (realismo ingênuo, empirismo, racionalismo clássico,
racionalismo completo e racionalismo discursivo). Além de construírem instrumentos
134
para coleta e análise de dados, buscam limitações deste referencial, sua relevância,
e apontam propostas à sua evolução.
Quanto a fundamentos da mudança conceitual na ciência e suas limitações
no ensino, a epistemologia de Bachelard mostra-se adequada.
Embora os trabalhos de Bachelard estejam ligados diretamente ao
desenvolvimento histórico, ele está repleto de intenções pedagógicas. Lopes (1996,
p. 252) ressalta a inegável importância da obra de Bachelard aos professores e
pesquisadores em ensino de ciências.
Para Martins (2004, p. 33), a epistemologia de Bachelard pode auxiliar “na
busca de respostas aos problemas colocados pela área da didática das ciências”.
Assim, observa-se que o pensamento bachelardiano está em consonância
com a pedagogia atual, particularmente com o ensino de ciências e, não se pode
ignorar a relação existente entre o desenvolvimento de ideias em sala de aula e os
aspectos envolvidos na trajetória histórica ao longo da formação dos conceitos. Por
este motivo, a epistemologia de Bachelard guia o olhar desse pesquisador sobre a
interpretação dos dados coletados na entrevista realizada durante a pesquisa.
Para Ausubel, Novak e Hanesian (1980), é de fundamental importância
compreender o que o aluno traz de conhecimento para a sala de aula. Essas ideias
são as concepções alternativas.
Na interpretação de Martins (2004, p. 38), as concepções alternativas são
expressões da existência daquilo que Gaston Bachelard (2004) denominou de
obstáculos epistemológicos. Estes obstáculos não surgem da complexidade dos
fenômenos e nem da incapacidade do aluno, mas estão no íntimo do próprio ato de
conhecer, em que aparecem certas morosidades e conflitos. De acordo com
Bachelard (2010, p. 21), a ideia de obstáculos epistemológicos, que são “causas de
estagnação e até de regressão do pensamento”, pode ser estudada tanto no
desenvolvimento da ciência, como na prática da educação.
Souza Filho e Caluzi (2005) investigaram os principais obstáculos
epistemológicos presentes em alunos de nível universitário, ao introduzirem em sala
de aula a reprodução de um experimento semelhante aquele que possibilitou H. C.
135
Oersted propor o eletromagnetismo, para que os alunos expressassem suas ideias
em relação ao fenômeno observado. Os dados foram coletados por meio de um
questionário contendo duas questões. Os resultados obtidos em sala de aula
detectaram a existência de obstáculos presentes na estrutura cognitiva dos alunos,
ao tentarem descrever os aspectos conceituais do fenômeno. Os resultados foram
categorizados de acordo com os diferentes tipos de obstáculos epistemológicos
propostos por Bachelard.
Em outro trabalho, Souza Filho e Caluzi (2006) questionaram se os
estudantes realmente concebiam a relação entre os fenômenos elétricos e
magnéticos, pois no período imediato ao experimento de Oersted, houve duas
correntes teóricas: uma explicando o fenômeno como a interação entre dipolos
magnéticos; a outra por meio da interação eletrodinâmica, ou seja, a interação entre
correntes elétricas. As respostas foram unânimes em relação à existência do
eletromagnetismo. No entanto, os alunos tiveram sérias dificuldades em explicar
como se dava esta interação pautando-se quase sempre em seus conhecimentos
gerais sobre o assunto.
Em um dos seus trabalhos, Souza Filho, Boss e Caluzi (2008) estudaram os
obstáculos e o perfil epistemológico dos estudantes relacionados ao conhecimento
que eles possuíam a respeito dos ímãs. As falas dos alunos foram enquadradas em
três zonas do perfil epistemológico: realismo ingênuo, empirismo e racionalismo
simples. Nos resultados finais do trabalho os autores traçaram um paralelo entre os
obstáculos e perfis epistemológicos e as noções apresentadas pelos alunos em sala
de aula sobre os conceitos de magnetismo.
Martins (2004, p. 37) apresenta um conjunto de características das
concepções alternativas, a saber:
• Em muitos casos, as concepções alternativas apresentam paralelos com
concepções presentes na história da ciência. Para Bachelard (2010) a história
da ciência que não é apenas importante para a epistemologia, mas é
constitutiva dela, pois é aí que o autor busca elementos que ilustram e
alicerçam suas teses principais;
136
• As concepções alternativas possuem um caráter idiossincrático21 de natureza
eminentemente pessoal, fruto da construção própria de cada indivíduo.
Assim, sob a ótica da epistemologia bachelardiana, elas poderiam ser
pensadas na perspectiva dialética entre aquilo que é próprio do sujeito e
aquilo que o transcende, sendo comum a outras culturas ou épocas. No
entanto, vale ressaltar que muitas concepções podem ser compartilhadas por
pessoas de diferentes idades e culturas;
• Elas são influenciadas pela linguagem. A linguagem científica não é idêntica à
do senso comum, geralmente possuem significados distintos em ambos os
domínios;
• Elas são estruturadas e possuem certa dose de coerência interna. Sendo
assim, os erros se mantêm solidários e se reforçam mutuamente. Assim, a
destruição de erros, valores e preconceitos acumulados na vida cotidiana se
tornam muito mais difíceis;
• Elas são pouco consistentes, levando o aluno a explicações contraditórias
sobre os conceitos;
• Elas são resistentes à mudança, persistindo ao longo do tempo, apesar do
ensino formal (sua superação nunca é total);
• Há a convivência de diferentes concepções na estrutura cognitiva dos
sujeitos.
Em função dos trabalhos expostos anteriormente, verifica-se uma
preocupação constante dos pesquisadores referentes ao estudo da mente
cognoscente na aquisição de conceitos científicos. Busca-se apresentar, de acordo
com os objetivos desse trabalho, que, na medida em que se aprofunda na
compreensão dos conceitos, há uma passagem gradativa das características
concretas para uma abstração crescente que culminam nos modelos teóricos mais
recentes. Desta forma, analisa-se a formação dos conceitos científicos, investigando
e categorizando o perfil epistemológico dos alunos, buscando identificar os principais
obstáculos epistemológicos sob cinco aspectos: uso de procedimentos científicos,
relação entre teoria e prática, contextualização do conhecimento e o papel da
experimentação e, com isso, percebe-se as diferentes gradações na formação dos
conceitos relacionados ao Eletromagnetismo.
21 Peculiar e pessoal, muito íntimo e que só a própria pessoa entenderia (individualmente). Conforme Michaelis: Moderno Dicionário da Língua Portuguesa.
137
Quanto aos aspectos da aprendizagem significativa ressalta-se o conflito
cognitivo, a aprendizagem conceitual, a motivação, a construção coletiva do
conhecimento, o papel da simulação e a complementaridade entre experimentação e
simulação.
Além dos aspectos epistemológicos e de aprendizagem significativa, busca-
se identificar, também, os aspectos negativos apontados no processo de
aprendizagem, por meio de indicadores como a dificuldade de relacionamento no
grupo, a falta de tempo para desenvolvimento das atividades e os aspectos
comportamentais, atitudinais, procedimentais e conceituais dos alunos.
7.2.1.2 Quanto aos Aspectos Epistemológicos
I. Uso de procedimentos científicos
As atividades experimentais realizadas em uma aula de Física têm funções
bem distintas daquelas realizadas em centros de pesquisa. No entanto, é possível
discutir com os alunos aspectos relacionados à natureza da ciência, evitando que
eles tenham algumas visões distorcidas da construção do conhecimento científico.
Deve-se destacar, por exemplo, que as observações científicas não são uniformes
ou desprovidas de quaisquer ideias teóricas do observador, ou ainda que não exista
um único caminho para a resolução de um problema. Embora os cientistas utilizem
métodos, isso não significa que haja um método científico que determine
exatamente como fazer para produzir conhecimento (BORGES, 2004). Discussões
dessa natureza ocorreram durante as atividades experimentais. O relato do aluno
A1, a seguir, caracteriza as atividades experimentais do tipo investigativas como
promotoras de oportunidades para que os alunos testassem suas próprias hipóteses
sobre fenômenos particulares de eletromagnetismo, planejando e executando suas
ações de forma a produzir resultados dignos de confiança.
“O laboratório demonstra aquilo que a ciência acredita ser correto, levanta hipóteses e tira conclusões. Em nossos experimentos observamos muito disso ao longo das perguntas, enquanto as respondemos.” (A1)
II. Relação entre teoria e prática
138
As DCNE (BRASIL, 2002), apontam para uma necessidade de se articular
Teoria e Prática, proporcionando ao aluno interpretar conceitos de nossa realidade,
estimulando a sua atuação crítica e criativa na identificação e resolução de
problemas.
O aluno A12 menciona até que ponto se pode confiar nos resultados apresentados
pelas simulações computacionais, dimensionando sua validade e confrontando-as
com os experimentos realizados no laboratório de Física investigativo.
“As simulações mostram aquilo que não vejo no experimento. Mas as simulações foram construídas com equações matemáticas e muitas vezes essas equações não são completas, elas não possuem tudo da realidade. Elas são incompletas quando comparadas com os experimentos reais.” (A12)
O aluno A14 evidencia a diferença entre o que é realizado no laboratório de
Física Investigativo e as simulações computacionais, citando as aproximações
decorrentes na construção das simulações para que os resultados se encaixem.
“Mas muitas vezes a teoria é bem diferente da prática, pois na teoria existe muitas vezes uma aproximação para que os valores deem certo. As simulações desprezam alguns dados que são importantes e quando relacionamos os experimentos e as simulações essas aproximações são resolvidas.” (A14)
III. Contextualização do conhecimento
Segundo as DCNEM (BRASIL, 1998, p. 221-222), a aprendizagem das
Ciências da Natureza deve promover a construção e melhora do conhecimento de
uma forma prática, interdisciplinar e contextualizada, propondo uma aprendizagem
com princípios científicos do universo físico e natural atualizados, aproximando o
aluno do mundo da investigação científica e tecnológica. A citação do aluno 24
corrobora que durante as intervenções os princípios de contextualização e
interdisciplinaridade foram aplicados tanto no laboratório de Física investigativo
quanto nas simulações, promovendo competências e habilidades que serviram como
referenciais pedagógicos na solução das questões.
“O conteúdo é muito interessante, sobretudo ao que diz respeito às infinitas aplicabilidades dele em nosso dia a dia. Foi muito importante para que eu pudesse entender um pouco mais sobre aquilo que faz parte do meio em que estou inserido e dos elementos que tenho grande contato além de todo beneficio que seu conhecimento trouxe a nossa sociedade.” (A4)
139
IV. Papel da Experimentação
No que diz respeito ao papel da experimentação no aspecto epistemológico,
o relato do aluno A4 revela uma relação entre comprovação experimental e
aceitação/consolidação de modelos teóricos, ao afirmar que:
“Sim, uma vez que através de um experimento eu posso comprovar a veracidade de uma hipótese levantada com conclusões concretas, pois puderam ser observadas no momento em que íamos respondendo as questões.” (A4)
O aluno A14 analisou os resultados experimentais reorientando suas ideias
e conceitos ao sustentar em sua fala que:
“Nosso grupo discutia as questões iniciais e depois de certo tempo chegávamos a um consenso sobre o que escrever. Mas em algumas vezes modificávamos o que escrevemos, depois de realizar os experimentos e as simulações.” (A14)
No depoimento do aluno A17, percebe-se que a teoria guiou seus passos
frente à experimentação e proporcionou relação entre o concreto/sensorial na
construção do seu conhecimento acerca do eletromagnetismo.
“No laboratório, durante a montagem do eletroímã, percebi que o guia era importante, mas responder a pergunta antes de iniciar a montagem era mais interessante pois não sabíamos o que ia acontecer e tínhamos que dar nossa opinião. Apesar das simulações serem maneiras mais práticas e rápidas o experimento pode nos proporcionar a opção do tato que melhora muito a maneira de compreender o eletromagnetismo.” (A17)
O aluno A19 mencionou que os experimentos proporcionaram aprendizagem
conceitual acerca do conteúdo estudado ao longo do curso de Física III.
“As experiências tinham condições de demonstrar os conceitos de eletromagnetismo que o curso propunha.” (A19)
7.2.1.3 Quanto aos Aspectos da Aprendizagem Significativa
I. Conflito cognitivo
Os conflitos cognitivos, segundo (URQUIJO, 2000, p. 157) configuram-se
como elementos de fundamental importância num processo ensino aprendizagem
baseado no construtivismo. Sua importância reside no fato de ser um elemento que
provoca o aluno no sentido de melhorar as suas estruturas cognitivas. O conflito
140
cognitivo funciona como um desencadeador do processo de equilibração, já que,
quando o aluno se depara com uma situação para a qual não possui resposta, ou
seja, não possui esquemas capazes de oferecer uma resposta satisfatória, se
mobiliza no sentido de relacionar seus esquemas anteriores, reorganizando-os de
uma maneira mais elaborada e, assim, construindo um novo conhecimento.
Para que estes conflitos cognitivos possam acontecer, são necessários que
sejam criadas situações nas quais os alunos sejam instigados a construir respostas
satisfatórias.
Os conflitos cognitivos podem originar-se em diferentes situações, sendo
necessário que o aluno tome consciência da impossibilidade de seus métodos em
resolver a situação proposta.
Visando gerar essa situação de provocação dos alunos foram propostas as
questões prévias utilizadas nas intervenções que se planejaram nesta investigação,
capazes de gerar conflitos cognitivos nos alunos. As falas de alguns alunos
reproduzidas a seguir (alunos A1 e A5) nos permitem identificar momentos
vivenciados pelos estudantes onde o conflito cognitivo ocorreu.
O aluno A1 alega desconhecer os caminhos proporcionados pelos
experimentos, afirmando que esse conflito cognitivo foi causado pela fragilidade de
conceitos em sua estrutura cognitiva.
“Depois de ler as perguntas no começo das aulas eu não sabia por onde começar, o que aquele experimento tinha a me passar. De repente, eu tinha um conceito e, principalmente ao experimentar as atividades, eu acabei entrando em conflito com o meu próprio conceito sobre aquilo. Porque muitas vezes, você tem um conceito superficial. O contato com os outros participantes e colegas de curso me instigou ao questionamento”. (A1)
O aluno A5 afirma que as questões prévias contidas nas intervenções
cumpriram seu papel de organizar, na sua estrutura cognitiva, o que ele deve extrair
do experimento em particular.
“Durante as experiências conclui que o que eu pensava sobre, por exemplo, a lei de Oersted, não era o que eu via na experiência que manipulamos. Por isso as perguntas iniciais e as experiências são boas, elas nos fazem pensar sobre o que está acontecendo ali, na sua frente.’ (A5)
141
II. Aprendizagem Conceitual
Para Araújo e Abib (2002, p. 182), “as atividades experimentais podem ser
empregadas como estratégia de ensino complementar a aula expositiva,
relembrando conceitos, confirmando fatos científicos estudados no plano teórico, o
que contribui para a aprendizagem” (ARAÚJO; ABIB, 2002).
Essa complementaridade possibilita aos alunos uma melhora de conceitos
científicos.
A atividade experimental ou mesmo a simulada oportuniza a criação de um
espaço para construção de novos conhecimentos e, por esse motivo, nem sempre
deve estar atada à abordagem expositiva prévia do conteúdo. No decorrer do curso
de Física III os conceitos foram introduzidos como respostas às sequências didáticas
que surgiam durante a realização das intervenções experimentais e simuladas, aos
questionamentos realizados pelos alunos, à identificação de concepções alternativas
existentes em relação ao conteúdo de eletromagnetismo. Destaca-se que essa
categoria de análise propiciou um maior número de colocações dos alunos,
apontando que a aprendizagem conceitual foi o principal elemento com o qual as
intervenções puderam contribuir.
A seguir relatam-se alguns depoimentos manifestados pelos alunos.
Para o aluno A5 o curso possibilitou um aprofundamento acerca dos
conceitos de Eletromagnetismo.
“Nesse curso senti-me mais confiante ao seu final. O curso possibilitou aprofundar meus conhecimentos sobre eletromagnetismo e principalmente sobre a lei de Lenz, que não tinha entendido aquele sinal negativo que aparecia naquela lei.” (A5)
O aluno A6 deixa claro que os experimentos mais simples podem
proporcionar uma visão adequada dos conceitos, transformando seus
conhecimentos prévios em conhecimento científico de qualidade.
“O experimento que mais me interessou foi aquele sobre as linhas de campo magnético do ímã. Não sabia que as linhas de campo eram fechadas e no experimento enxerguei isso com facilidade, melhorando meus conhecimentos sobre as linhas de campo magnético que aparecem ao redor do fio.” (A6)
142
O aluno A7 confirmou a necessidade da construção de experimentos no curso
de Engenharia, ao esclarecer que a construção de determinado experimento
possibilitou ampliar seu conhecimento acerca de variáveis existentes durante suas
observações.
“Minha atenção ficou voltada pro eletroímã. Montar aquele experimento foi muito legal. Concluir que o núcleo de ferro altera a força do eletroímã foi muito interessante.” (A7)
As sequências didáticas distribuídas ao longo das intervenções, de acordo
com os alunos A8 e A11, foram responsáveis por conduzir as conclusões que
alcançaram sobre o experimento em questão.
“As perguntas que respondíamos durante o experimento ajudaram a compreender os conceitos que ocorriam ali.” (A8)
“Aquelas questões que apareciam durante nossas observações das experiências ajudavam a entender o que estava acontecendo. Facilitavam entender o que a experiência propunha.” (A11)
Os depoimentos dos alunos A10 e A23 sobre determinados experimentos,
descrevendo conceitos e apontando evidências, assinala uma aprendizagem
significativa de conceitos de eletromagnetismo.
“Ver o campo magnético do ímã penetrar na bobina do enrolamento do motor foi muito interessante. Na simulação sobre a bobina e a bússola, ver que o número de espiras e o aumento da corrente elétrica altera o campo magnético possibilitou entender os motores elétricos. As leis de Faraday e Lenz ficaram mais fáceis de entender.” (A10)
“Percebi no experimento sobre o eletroímã alguns conceitos que não conhecia. O núcleo de ferro do eletroímã aumenta bastante a força de atração dele. Que o eletroímã possui dois polos, como os ímãs, que essa polaridade é dada pelo sentido da corrente elétrica que circula na bobina, que o número de voltas do eletroímã altera sua força e que quanto mais voltas tiver a bobina, mais forte será o eletroímã.” (A23)
Os alunos A13 e A14 afirmaram que a sequência dos experimentos
favoreceu a compreensão de conceitos mais abstratos.
“O experimento que mais me chamou atenção foi o sobre o pêndulo eletromagnético. Com ele percebi que o campo magnético junto com a corrente elétrica pode exercer força em um fio. Com esse experimento entendi como funciona o motor elétrico.” (A13)
143
“Nas simulações pude entender melhor o que acontecia com as linhas de indução. A simulação sobre os sentidos das linhas de indução facilitou a compreensão de algo que parecia abstrato.” (A14)
A declaração do aluno A15, relacionando os experimentos e as simulações
ao conteúdo tratado no livro texto, realça a busca por uma aprendizagem
significativa de conceitos de Eletromagnetismo ao longo do curso de Física III.
“Todas as experiências foram de fundamental importância para a construção dos conceitos que aprendi. Não só dos conceitos, mas ao usar nosso livro percebi que as equações sobre o eletromagnetismo relacionam de maneira completa com os conceitos que aprendi com os experimentos e simulações.” (A15)
III. Motivação
Giordan (1999, p. 43) relata que tanto alunos quanto professores costumam
atribuir às atividades experimentais uma característica motivadora (GIORDAN,
1999).
É de conhecimento dos professores de ciências o fato de a experimentação despertar um forte interesse entre alunos de diversos níveis de escolarização. Em seus depoimentos, os alunos também costumam atribuir à experimentação um caráter motivador, lúdico, essencialmente vinculado aos sentidos. (GIORDAN, 1999, p. 43)
Sob essa perspectiva, a motivação é sem dúvida, uma contribuição
importante, especialmente quando desperta a atenção de alunos mais dispersos na
aula, envolvendo-os com uma atividade que lhes estimulem a querer compreender
os conteúdos da disciplina.
A simples aplicação de uma atividade experimental não garante que toda a
turma fique envolvida. Por esse motivo, o papel do professor é fundamental,
principalmente no momento de manter a atenção dos alunos focada sobre a
atividade proposta, solicitando registros escritos dos fenômenos observados,
questionamentos realizados no decorrer do experimento e, estimulando os alunos a
participem de várias etapas da atividade.
Ao longo do curso percebeu-se que quando instigados a pesquisar e propor
hipóteses para a solução de problemas ou a pensar e fornecer explicações para os
fenômenos observados durante as intervenções experimentais e simuladas, os
144
alunos se sentiram mais estimulados a tomar decisões e expressar suas ideias para
o seu grupo. Estes fatos, oportunizados pelas intervenções experimentais, são
extremamente importantes para formação social dos alunos e fornecem-lhes uma
base para enfrentar novas situações nas quais necessitem empreender,
principalmente frete à sua nova profissão de engenheiro civil.
Borges (2004) destaca que mesmo que a ideias manifestadas pelos alunos
não sejam adequadas cientificamente e o professor necessite corrigi-las, é essencial
que suas iniciativas sejam elogiadas e, assim, cada vez mais estimuladas, gerando
um ambiente de motivação.
Destaca-se, no quadro 7, alguns depoimentos e o que despertou essa motivação.
Aluno Depoimento dos alunos Comentário do pesquisador
A 10 “A experiência sobre o motor foi a que mais me chamou atenção. Não sabia que o motor era tão fácil de construir.”
Facilidade de manuseio dos experimentos.
A 11 “Gostei muito do experimento que tratava da lei de “Oested” (Oersted). Aquela bússola girando de um lado para outro quando a gente conectava a pilha de Daniel ao circuito foi muito legal.”
Iconicidade.
A 18 “A escolha das experiências para o curso de Física foi o que mais motivou.”
Sequência das intervenções experimentais.
A 20 “Após realizarmos as experiências e responder as perguntas relatando algumas leis que observávamos foi me deixando ainda mais curioso sobre o que ocorria na experiência se eu fizesse isso ou aquilo.”
Questões norteadoras dos experimentos.
A 23 “Eu gosto muito de física, e saber que é possível tirar conclusões e conceitos de simples experimentos foi o fator que mais me motivou durante o curso.”
simplicidade dos experimentos.
A 24 “A cumplicidade do grupo e a ajuda do professor na hora das maiores dificuldades foi o que mais me motivou durante o curso.”
Formação dos grupos.
A 28 “As perguntas no começo de cada experimento e de cada uma das simulações motivava nosso grupo a discutir e tirar conclusões, mesmo antes de realizar o que o texto pedia.”
Questões prévias contidas nas intervenções.
Quadro 7 – Depoimento dos alunos sobre o aspecto motivacional, seguido de comentário do autor. Fonte: Dados da pesquisa.
145
IV. Construção Coletiva do Conhecimento
Para Galiazzi e Gonçalves (2004), o trabalho em grupo é apontado como uma
estratégia de ensino que favorece a socialização dos alunos, colocando-os em
situações nas quais precisam aprender a ouvir e respeitar a opinião dos colegas, a
negociar e/ou renunciar às próprias ideias, ou ainda a colocar os objetivos pessoais
em segundo plano. Segundo esses autores, é também na discussão com seus pares
que surgem o desenvolvimento lógico e a necessidade de se expressar
coerentemente.
Durante as intervenções, especialmente nas experimentais, onde os alunos
desenvolviam em grupo as atividades propostas, uma série de habilidades e
competências foi favorecida: divisão de tarefas, responsabilidade individual e com o
grupo, negociação de ideias e diretrizes para a solução dos problemas. Destacou-
se, também, a interação dos grupos/alunos com o professor como um fator
motivador relatado pelos próprios alunos. Ao coordenar as intervenções nos
pequenos grupos, o professor ficou atento a possíveis dúvidas quanto ao
procedimento e à execução das sequências didáticas, procurando não interferir em
demasia nas opções conceituais dos alunos. Durante a interação, o professor
provocou e incentivou os alunos a explicitar livremente suas ideias sobre o assunto,
desafiando-o e apontando possibilidades para a reflexão. Ao planejar as atividades
em grupo e observar seu andamento durante as aulas o professor discutiu
previamente as regras de convivência, a necessidade de respeitar as opiniões do
colega e de garantir que todos tenham participação na execução dos experimentos.
“Nosso grupo de trabalho foi muito bom, nele tiramos dúvida um do outro e ainda contávamos com o professor para nos ajudar no momento em que não conseguíamos responder as questões de maneira correta.” (A10)
“A formação dos grupos de trabalho no laboratório quando montamos as experiências foi muito boa. Nosso grupo era muito unido. Os alunos discutiam as perguntas e depois de fazer as montagens, um ajudando o outro ainda revisávamos o que aprendemos.” (A13)
“As experiências realizadas em grupo foram o ponto forte pra mim. Um colega ajudando o outro na hora de tirar as conclusões sobre o experimento foi o ideal.” (A14)
146
“Nesse curso nosso grupo foi muito participativo, seja perguntando ao professor ou conversando entre os próprios integrantes. O uso das simulações e dos experimentos deu abertura para que isso ocorresse.” (A18)
Chamou-nos atenção o fato do aluno A21 relatar durante a entrevista que
interagiu ativamente com seus colegas de grupo e em algumas aulas procurou
outros grupos para discutir suas dificuldades.
“O trabalho em grupo e a interação com o professor foram os pontos fortes do trabalho. Durante o experimento a gente discutia e o professor ajudava nas conclusões finais. Durante algumas aulas procurei ajuda em outros grupos para melhorar a qualidade das nossas respostas, não que elas estivessem erradas, mais para ver se agente estava no caminho certo.” (A21)
V. Papel da Simulação
Quanto ao papel das simulações, percebe-se um destaque especial na sua
utilização como um complemento ao experimento realizado, ampliando o campo
visual do aluno. Dentre os 28 alunos participantes do curso, 50% deles deram
indícios de que as intervenções simuladas auxiliaram na visão geral do experimento
acentuando a formação dos conceitos e promovendo mudanças conceituais sobre
eletromagnetismo, 11% analisaram o domínio de validade dos modelos teóricos
afirmando que as simulações são aproximações da realidade demonstrando uma
concepção adequada sobre o uso das simulações como afirmam Medeiros e
Medeiros (2002, p.82):
O valor de qualquer simulação está condicionado ao modelo, à teoria física utilizada em sua construção. Tanto a teoria como evidentemente o software, que está baseado nela, tem contextos de validade que dependem dos pressupostos utilizados. (MEDEIROS; MEDEIROS, 2002, p.82)
A facilidade no entendimento dos fenômenos foi relatada por 25% dos
alunos e 11% deles assinalaram que as intervenções simuladas aperfeiçoam os
conceitos de eletromagnetismo de cunho mais abstrato. O aluno A8 apresentou uma
visão inadequada quanto às concepções de modelos teóricos ao apontar a
simulação como infalível, reportando-nos, novamente, a Medeiros e Medeiros (2002,
p. 83): “Muitos estudantes tendem a ver os programas computacionais que utilizam
na aprendizagem da Física com poderes quase mágicos.” Apresenta-se, no quadro
8, a fala de alguns alunos sobre o papel das simulações, apontando conclusões,
segundo suas visões.
147
Aluno Depoimento dos alunos Comentário do pesquisador
A 8
“A simulação que mais chamou minha atenção em sala de aula foi a relacionada com a regra da mão direita. A aplicabilidade da simulação é infalível e através da utilização de um simulador foi possível ter em mente um processo mais esclarecedor do que vem a ser a regra e o conceito a que está ligada.” (grifo nosso)
Visão inadequada do papel da simulação.
A 10 “As simulações ajudam os experimentos. Nelas o experimento fica mais visual.” Campo visual.
A 12
“As simulações permitem que o aluno visualize situações de uma forma mais clara e rápida de realidades que não podem ser vistas com tal eficiência nos experimentos. Além disso, aprende-se a lidar com o programa e suas aplicações levando a uma melhor visualização do que ocorre com a teoria.”
Rapidez e campo visual.
A 15
“Mas algumas delas (simulações) por exemplo, aquela que a gente pegava o ímã e ia aproximando e afastando ele da bobina, as linhas de campo magnético do ímã e da bobina não estavam fechados.”
Erros conceituais nas simulações.
A 19
“Nas simulações as coisas ocorrem mais rapidamente, respondemos as perguntas assim que as coisas ocorrem no computador, é tudo muito mais rápido e tem um visual melhor.”
Rapidez.
A 23 “Durante o uso da simulação compreendi de maneira mais aprofundada tudo aquilo que relatei na pergunta sobre os experimentos.”
Refinamento conceitual.
A 27
“Durante as simulações percebi que tínhamos muito mais opções de variáveis, como na simulação da indução eletromagnética. Ver tudo aquilo que a simulação mostrava era muito demorado ou até mesmo impossível no experimento. Mas, como sei, pois trabalho na área de programação computacional, as simulações possuem muitas aproximações da realidade, elas não demonstram o que realmente ocorre com o experimento.”
Complementaridade e relação entre real e virtual.
Quadro 8 – Depoimento dos alunos sobre o papel da simulação, seguido de comentário do autor. Fonte: Dados da pesquisa.
VI. O papel da experimentação
No que diz respeito ao papel da experimentação, no aspecto da
aprendizagem significativa, a maioria dos alunos argumentaram que as questões
148
prévias contidas nas IE acentuavam suas observações ao manipular ou montar o
experimento e ainda ao interagirem com as simulações. O depoimento desses
alunos acerca das questões prévias reforça o papel do laboratório do tipo
investigativo que tem como principal objetivo um problema desafiador. As questões
iniciais contidas nas IE mostraram-se como bons organizadores prévios, pois
serviram de ancoradouro para o novo conceito a ser aprendido.
Dois dos experimentos propostos nas IE chamaram mais atenção ou ficaram
retidos por mais tempo na estrutura cognitiva dos alunos. Um deles é o experimento
sobre a lei de Faraday-Lenz (IE5). Neste experimento os alunos responderam 13
perguntas e todas exigiam um alto grau de interação entre os integrantes do grupo e
o experimento. Esse tipo de atividade desafiadora conforme Ausubel, Novak e
Hanesian (1980, p.144), são bons exemplos de organizadores prévios, pois oferece
um campo de ideias para incorporação e retenção de material mais detalhado a ser
seguido no processo de aprendizagem, preenchendo o hiato entre aquilo que o
aprendiz já conhece e o que precisa conhecer antes de poder aprender
significativamente a tarefa a que se propõe.
O outro experimento que os alunos mais citaram ao longo da entrevista foi a
construção do eletroímã (IE3). Antes de construírem o eletroímã, os alunos
demonstraram as características da atração e da repulsão magnética, traçaram as
linhas de campo do ímã, descreveram o experimento de Oersted e reconheceram a
regra da mão direita em outras IE e IS. A construção do eletroímã foi uma
intervenção experimental que se utilizou da diferenciação progressiva e da
reconciliação integradora que, segundo Ausubel, Novak e Hanesian (1980), para o
aluno é mais fácil aprender aspectos diferenciados de um todo mais geral aprendido
anteriormente, do que chegar a um aspecto geral a partir de suas partes
diferenciadas previamente aprendidas. Durante a montagem da IE percebeu-se um
empenho fora do comum em cada grupo e as repostas das questões contidas ao
longo da construção foram as que mais continham conceitos corretos acerca do
eletromagnetismo. Esse tipo de intervenção, onde os alunos são levados a
montarem o experimento e dele tirarem conclusões, onde os princípios da
diferenciação progressiva e reconciliação integradora são evidentes, assinalou ser
um bom viés metodológico a ser utilizado com alunos do curso de Engenharia Civil,
embora, como afirmam Ausubel, Novak e Hanesian (1980), raramente serem
149
seguidos nos procedimentos de ensino ou na maioria dos livros-texto. Esse tipo de
atividade onde o aluno envolve-se com construção e validação experimental é um
dos objetivos do PPC do curso de Engenharia da FESP/UEMG de Passos.
“Sim, uma vez que através de um experimento eu posso comprovar a veracidade de uma hipótese levantada com conclusões concretas, pois puderam ser observadas no momento em que íamos respondendo as questões.” (A4)
“Aprendi muita coisa que não lembrava e percebi que os experimentos, por mais simples que seja, pode passar uma ideia melhorada sobre algum assunto.” (A12)
“Nosso grupo discutia as questões iniciais e depois de certo tempo chegávamos a um consenso sobre o que escrever. Mas em algumas vezes modificávamos o que escrevemos, depois de realizar os experimentos e as simulações.” (A14)
“Em alguns casos não sabia responder a pergunta inicial mas depois de fazer a experiência e responder as questões sobre a montagem e o que eu observava, entendia a pergunta inicial e respondia sem problema.” (A16)
“No laboratório, durante a montagem do eletroímã, percebi que o guia era importante, mas responder a pergunta antes de iniciar a montagem era mais interessante pois não sabíamos o que ia acontecer e tínhamos que dar nossa opinião.” (A17)
“Apesar das simulações serem maneiras mais práticas e rápidas o experimento pode nos proporcionar a opção do tato que melhora muito a maneira de compreender o eletromagnetismo.” (A18)
“As experiências tinham condições de demonstrar os conceitos de eletromagnetismo que o curso propunha.” (A19)
“Fiquei espantado com o experimento da construção do eletroímã. Não sabia que o núcleo de ferro aumentava a força do eletroímã e nem que o número de voltas do fio afetava essa força.” (A20)
“No começo não gostei, achei o experimento muito simples. Mas depois das duas primeiras aulas comecei a me integrar mais com o grupo e a entender mais sobre o que o experimento e a simulação queriam dizer. Posso afirmar que o curso me ajudou a tirar algumas dúvidas sobre o real papel dos experimentos de Física.” (A25)
VII. Complementaridade entre Experimentação e Simulação
A respeito da metodologia adotada no curso de Física III (articulação entre
laboratório investigativo e simulações computacionais, visando a
complementaridade), os alunos (54% do total) relataram que a articulação entre os
laboratórios foi o ponto forte do curso proporcionando a criação e o teste de
hipóteses, auxiliando na assimilação de conceitos, corroborando Ausubel, Novak e
150
Hanesian (1980, p. 47), Gil-Pérez e Castro (1996, p. 158), Lewin e Lomascólo (1998,
p. 149), os PCN (BRASIL, 1999, p. 52-53), Real e Parker (2000, p. 38), Medeiros e
Medeiros (2002, p. 80), e Borges (2004, p. 12).
Os alunos A4, A6, A24, A25 e A26, afirmaram que a utilização das
intervenções simuladas logo após as experimentais proporcionou refinamento e
regate de conceitos acerca do eletromagnetismo.
“Ao usarmos as simulações para completar o que foi realizado no laboratório conseguíamos entender o que realmente acontecia na experiência, o que se passava por trás de tal situação.” (A4)
“Usar a experiência e as simulações ao mesmo tempo enriquece demais nossa compreensão sobre o assunto.” (A6)
“As simulações desprezam alguns dados que são importantes e quando relacionamos os experimentos e as simulações essas aproximações são resolvidas.” (A14)
“Durante o uso da simulação, compreendi de maneira mais aprofundada tudo aquilo que relatei na pergunta sobre os experimentos.” (A23)
“Nas simulações computacionais nossas conclusões sobre o experimento aumentava, elas oferecem uma visão diferente do experimento.” (A24)
“Nas simulações usamos o que aprendemos nos experimentos de uma maneira diferente. Dá pra fazer mais coisas, criar novas situações e experimentar mais. Não me senti motivado no começo, pois como disse não gostava de experimentos. No semestre passado os experimentos serviam para comprovar as fórmulas que o professor passava no quadro. Quando as aulas foram passando percebi que esse curso era diferente, que os experimentos e as simulações se completavam, um ensinava uma coisa e o outro aprofundava, me motivou muito ter aprendido eletromagnetismo assim.” (A25)
“Utilizamos os experimentos e depois íamos ao laboratório de informática para comprovar e tirar novas conclusões sobre o que aprendemos.” (A26)
Segundo a teoria da aprendizagem significativa (AUSUBEL; NOVAK;
HANESIAN, 1980) há duas condições para que a aprendizagem tenha significado
para o aluno: i) o aluno deve manifestar disposição para relacionar o novo material,
potencialmente significativo, de forma substantiva e não-arbitrária, à sua estrutura
cognitiva; e ii) o material deve ser potencialmente significativo, isto é, ter
estruturação lógica que possibilite que um aluno interessado que possua em sua
estrutura cognitiva subsunçores adequados aprenda as novas informações nele
contidas. Ou seja, para que o material seja potencialmente significativo para um
151
aluno em particular duas condições devem ser satisfeitas: o material deve ter
estruturação lógica adequada e o indivíduo possuir os subsunçores pertinentes em
sua estrutura cognitiva.
Percebe-se, no relato de alguns alunos, que as intervenções experimentais
cumpriram seu papel de organizadores prévios, ao possibilitar aos alunos a criação
de subsunçores, conduzindo-os a um aprofundamento dos conceitos de
eletromagnetismo quando estes chegavam nas intervenções simuladas.
“Respondendo as perguntas no começo dos experimentos percebi que elas resumiam aquilo que o conteúdo queria nos passar, despertando o interesse em interagir com os colegas.” (A1)
“As simulações dão uma base para entender o que aconteceu no experimento. No experimento você já tem uma ideia do que está acontecendo e com a simulação essa ideia se amplia, modificando nosso entendimento sobre o que ocorreu.” (A4)
“Depois de usar as experiências para tirar conclusões nos íamos ao laboratório usar as simulações. Durante essa aula, e com a ideia do experimento mais fresco em nossa mente, podíamos tirar mais conclusões sobre o que acontecia ali.” (A5)
“Usar a experiência e as simulações ao mesmo tempo enriquece demais nossa compreensão sobre o assunto.” (A6)
“Quando fomos para a simulação sobre o ímã, percebi que o que tinha enxergado na experiência estava correto. As simulações tinham essa coisa. A gente fazia o experimento e depois no laboratório a gente enxergava tudo aquilo de maneira diferente.” (A7)
7.2.1.4 Quanto aos Aspectos Negativos apontados no Processo de Aprendizagem
Alguns alunos relataram aspectos negativos ao longo da entrevista, visando
uma adequação futura para o curso. Dentre esses aspectos destaca-se a dificuldade
de relacionamento no grupo e a falta de tempo para realizar as atividades.
O aluno A16 mencionou que a formação dos grupos deveria estar a cargo do
professor pesquisador, uma vez que os integrantes do seu grupo trabalharam de
forma individual durante as intervenções.
“A única coisa que não gostei do curso foi a montagem do grupo. O professor deixou a gente escolher o grupo, mas eu não tive muita escolha, fui escolhido pelos meus colegas. Caí em um grupo que trabalhou de forma muito individual, não discutíamos
152
os experimentos e tivemos que ter interferência do professor para que pudéssemos perceber que as experiências eram feitas em “grupo”. Da próxima vez sugiro que o professor monte os grupos.” (A16)
Alguns alunos, cerca de 50% deles, relataram que o tempo para a realização
das atividades foi muito breve, uma vez que as intervenções exigiam muita interação
com o grupo e mesmo com o professor.
Cabe aqui ressaltar que as intervenções realizadas no laboratório
investigativo frequentemente exigem um tempo maior de estudo por parte do aluno,
uma vez que abrange uma série de ciclos que vão desde a análise dos problemas,
passando pelo levantamento de hipótese e execução do procedimento até chegar à
análise e discussão dos resultados.
“Não gosto muito dos experimentos, levam muito tempo para você conseguir entender o que está acontecendo e isso me deixa ansioso.” (A2)
“O curso teve pouco tempo de duração, acho que a disciplina tinha que ser inteirinha do jeito que foi, construindo as experiências e indo para o laboratório para refinar nosso conhecimento sobre aquilo que montamos.” (A7)
“Usar os dois laboratórios foi uma maneira muito interessante de se ensinar Física. Mas a duração dos experimentos foi muito pequena, a gente tinha que ter mais tempo para explorar mais as experiências.” (A9)
“Durante a experiência da indução nosso grupo gastou muito tempo na pergunta que tinha no começo, ficando pouco tempo para o desenvolvimento do experimento.” (A12)
“O curso foi curto demais. A gente tinha que ter mais tempo, ver mais coisas sobre eletromagnetismo.” (A15)
“Não gosto muito de experimento, pelo tempo que levam para serem construídos, perdemos muito tempo na construção ou respondendo perguntas.” (A19)
“As respostas eram demoradas e ainda a gente tinha que discutir com o grupo, por isso achei que faltou tempo.” (A26)
O aluno A19 assinalou a falta das equações de eletromagnetismo ao longo do
curso, mas que as buscou no livro texto, salientando, ao final de sua fala, que o
curso as contemplou de uma maneira diferente.
“A falta das equações foi o ponto fraco do curso. É claro que as simulações possuíam equações para rodarem no computador, mas acho que elas tinham que aparecer ao longo do curso. Ao buscar as fórmulas no livro que usamos nas nossas
153
aulas reconheci que o curso contemplou as equações, mas de uma maneira diferente.” (A19)
7.2.1.5 Quanto ao Desempenho Conceitual Demonstrado na Entrevista
Em relação ao desempenho conceitual dos alunos ao longo da entrevista,
destacamos cinco questões que são fundamentais para a demonstração dos
conceitos preservados na estrutura cognitiva durante o curso de Física III. A figura
61 apresenta os dados quantitativos relacionados a respostas corretas durante a
entrevista.
Figura 61 – Síntese do desempenho conceitual dos alunos ao longo da entrevista.
Fonte: Dados da pesquisa.
Percebe-se, na figura 61, uma uniformidade nas respostas corretas
apresentadas pelos alunos em cada uma das cinco questões, com destaque
especial para a lei de Faraday-Lenz, a qual 75% dos alunos souberam explicá-la
com bons argumentos científicos, recorrendo à IE5 e à IS5, evidenciando que a
articulação entre o laboratório investigativo e as simulações computacionais, foco
dessa pesquisa, podem levá-los a uma aprendizagem significativa de conceitos de
eletromagnetismo.
A intenção em acrescentar à entrevista semiestruturada questões
conceituais sobre o conteúdo abordado durante o curso foi verificar o nível de
retenção desses conceitos na estrutura cognitiva dos alunos.
Demonstrar conhecimento sobre a estrutura interna do ímã; reconhecer o
experimento de Oersted; descrever a lei de Faraday-Lenz; diferenciar o campo
154
magnético do campo elétrico e relacionar o magnetismo, eletricidade e óptica,
exemplificando-os, demonstra que as atividades propostas articulando laboratório de
Física investigativo com simulações computacionais foram capazes de contribuir
para uma adequada formação conceitual dos estudantes, além de possibilitar-lhes
desenvolver importantes aspectos comportamentais e atitudinais.
7.2.1.6 Quanto aos Aspectos Comportamentais, Atitudinais, Procedimentais e Conceituais dos Alunos
As conclusões descritas nos quadros que se encontram no apêndice C
relacionadas aos aspectos comportamentais, atitudinais, procedimentais e
conceituais dos alunos asseveram que a assimilação de conceitos está no
relacionamento, de forma substantiva e não-arbitrária, a ideias relevantes
estabelecidas na estrutura cognitiva do aluno com o conteúdo potencialmente
significativo implícito nas novas informações, passando por sua conduta “disposição
do aluno para a aprendizagem” (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980, p. 34) que é
a base fundamental para uma aprendizagem significativa.
Para a análise relacionada aos aspectos do saber fazer (procedimental) e o
desenvolvimento do ser (atitudinal e comportamental) utilizou-se as observações
realizadas em sala durante as intervenções e para descrever os aspectos
relacionados ao desenvolvimento do saber (conceitual) utilizou-se as respostas à
entrevista semiestruturada.
155
CONCLUSÕES
Ao longo da presente tese delineou-se resultados de um estudo em que se
buscou elaborar, implantar e avaliar uma proposta didática sobre o ensino de
conceitos de eletromagnetismo em uma turma de bacharelandos em Engenharia
Civil utilizando a articulação entre o laboratório investigativo e simulações
computacionais.
As intervenções propostas nessa pesquisa foram aplicadas seguindo o
referencial teórico baseado na teoria de aprendizagem significativa do teórico
cognitivista David Paul Ausubel e seus colaboradores.
Tomou-se como principal objetivo dessa tese investigar as contribuições
decorrentes da articulação entre o laboratório de Física investigativo e as simulações
computacionais, buscando identificar sua capacidade em promover uma
aprendizagem significativa transformando o conhecimento prévio dos alunos em
conhecimento escolar qualificado. Durante a investigação aqui apresentada, que se
baseou na implantação de uma proposta de ensino de Física, foram utilizadas
intervenções como estratégias educacionais que possibilitassem essa articulação e
promovesse uma aprendizagem significativa de conceitos de Eletromagnetismo.
Como hipótese de pesquisa, admitiu-se que o uso articulado do laboratório
investigativo e das simulações computacionais constitui-se uma ferramenta cognitiva
facilitadora para que se tenha aprendizagem significativa. Para testar a hipótese
levantada, escolheu-se o tema Eletromagnetismo, por seus conceitos integrarem
uma área de ensino/aprendizagem de Física que exige um alto nível de abstração.
Dentre os objetivos específicos delineados na introdução dessa tese,
percebe-se que a transformação do conhecimento prévio do aluno em conhecimento
escolar qualificado ficou parcialmente atendido, pois em alguns relatos constatou-se
que a intervenção experimental IE4 não propiciou condições para que o aluno
contrastasse os novos conhecimentos com os seus conceitos prévio, não havendo
tempo hábil para uma reformulação de suas explicações para os fenômenos
investigados.
156
Em relação à hipótese da tese (as possíveis contribuições formativas
decorrente da articulação entre experimentos reais, propostos em uma concepção
investigativa, com simulações computacionais, possibilitando uma aprendizagem
significativa de conceitos de Eletromagnetismo), certifica-se sua contemplação
quase que absoluta, dentro das limitações do trabalho, ao perceber nos relatos dos
alunos que a articulação entre o laboratório de Física investigativo e as simulações
computacionais proporcionou desenvolver habilidades práticas básicas com as IE e
ao responder as sequências didáticas, ilustrou o conteúdo ensinado no livro-texto,
assegurou princípios e atitudes do trabalho experimental, criou bons níveis de
observação e análise de resultados, desenvolveu o senso de interpretação de dados
experimentais, propiciou utilizar as observações para solucionar problemas
específicos de eletromagnetismo, proporcionou uma maior interação entre o
professor-pesquisador e os alunos, oportunizou a ampliação da confiança no método
científico, estimulou o interesse dos alunos no estudo de Física, reduziu o ruído
cognitivo de modo que os alunos concentrassem nos conceitos envolvidos nos
experimentos, viabilizou um feedback para aperfeiçoar a compreensão dos
conceitos acerca do eletromagnetismo, facilitou a coleta de informações de uma
maneira mais rápida, permitiu a geração e o teste de hipóteses, engajou os alunos
em tarefas com alto nível de interatividade, apresentou e esclareceu sobre a versão
simplificada da realidade na utilização das simulações, tornou conceitos abstratos
mais concretos durante as IE, proporcionou habilidades de raciocínio crítico frente a
modelos da realidade, auxiliou os alunos a aprenderem sobre o mundo natural,
vendo e interagindo com modelos científicos subjacentes que não poderiam ser
inferidos através da observação direta, acentuou a formação dos conceitos acerca
do eletromagnetismo promovendo mudanças conceituais, demonstrou o uso do
método experimental como uma alternativa para o método analítico de resolver
problemas, incentivou os alunos a realizarem pesquisas posteriores auxiliando-os a
transpor a barreira entre teoria e prática.
A constatação dos objetivos atingidos elencados acima foi possível, pois se
optou em utilizar a análise proposicional quantitativa e a análise de conteúdo como
metodologias de coleta de dados. O uso combinado dessas metodologias promoveu
o alcance e a compreensão dos significados manifestos e latentes nos
levantamentos e na entrevista, possibilitando a interpretação dos relatos sobre os
157
fenômenos eletromagnéticos, atribuindo resultados (aspecto qualitativo) e permitindo
a quantificação desses dados.
Os dados obtidos ao longo dos levantamentos e da entrevista, permitiram
confirmar o que a literatura aponta no que diz respeito à importância que deve ser
dada aos conceitos prévios dos alunos para que ocorra a aprendizagem de forma
significativa a partir de um conjunto de situações-problema exploradas via
intervenção experimental e uso de simulações. A utilização dos experimentos e de
simulações com alto grau de interatividade, como aquelas demonstradas no quadro
4, mostrou-se um viés metodológico adequado para operacionalização das
atividades que envolveram identificação de subsunçores, procedimentos inerentes à
investigação e construção de conceitos por parte dos alunos.
Não era nossa intenção determinar a importância particular de cada
intervenção, mas percebe-se nitidamente o quanto foi assertivo e edificador para o
aprendizado dos conceitos de eletromagnetismo a possibilidade de interação e de
visualização fornecidas pelas simulações, a manipulação ou construção dos
experimentos como organizadores prévios realizadas em pequenos grupos e
responder as sequências didáticas e as questões prévias contidas em cada uma
dessas intervenções. Cada intervenção teve sua parcela de contribuição, levando os
alunos a se comprometerem com seu próprio aprendizado, concebendo um
ambiente vital e rico em situações novas e desafiadoras, ampliando as
possibilidades de elaboração de novos conhecimentos e desenvolvimento de
habilidades, atitudes e competências relacionadas ao fazer e entender a Ciência,
corroborando com Araújo e Abib (2002).
Percebe-se, após a análise dos dados, que se por um lado o laboratório
investigativo lida com instrumentos empíricos táteis por outro as simulações estão
mais conectadas ao campo visual no ambiente virtual, no entanto, ambos fornecem
elementos que operam no cognitivo dos alunos e requerem habilidades distintas que
estão presentes no nosso cotidiano. O uso cada vez mais frequente do computador
ou o manuseio de ferramentas são ações muito frequentes na profissão de um
engenheiro civil e de forma alguma, como propõe o PPC do curso de Engenharia da
FESP/UEMG (pág. 51), pode-se pensar que elas são excludentes e sim devem ser
tratadas numa perspectiva de complementaridade.
158
A boa qualidade das respostas dos alunos no L2 e na entrevista confirmou
que a articulação entre o laboratório investigativo e as simulações computacionais
pode proporcionar aos alunos uma visão epistemológica mais adequada sobre os
papéis da experimentação e da simulação computacional, além de promover a
interatividade e o engajamento dos alunos em seu próprio aprendizado,
transformando a sala de aula em um ambiente propício a uma aprendizagem
significativa.
Ao longo da pesquisa percebe-se uma lacuna referente aos modelos
teóricos. Nossos objetivos deveriam incluir, também, possibilitar aos alunos algumas
noções sobre a validade dos modelos científicos, pois se considerou que é essencial
um maior debate acerca da discriminação entre um modelo teórico e a realidade.
Alguns alunos, tais como A (2,9,13,14,24, 26 e 27), 25% do total de participantes
dessa pesquisa, citaram na entrevista que as simulações possuem um contexto de
validade. Mesmo com esses relatos, percebe-se que esse debate deveria ocorrer de
forma mais persistente, visto 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 nos remete à lembrança do fato
de que um aluno (A8) afirmou ser a simulação “infalível” e que por mais bem
elaborada que seja o valor de qualquer simulação está acondicionado ao modelo, à
teoria física utilizada em sua construção, sendo indispensável a discussões sobre
seu contexto de validade.
Finalizo esta tese apontando como perspectiva futura dessa pesquisa a
implementação e avaliação de nossa proposta didática, envolvendo o ensino de
termodinâmica com melhorias no que diz respeito a incertezas experimentais com o
propósito de facilitar a discriminação entre sistemas reais e ideais. Também é nossa
intenção a inserção da teoria sociointeracionista de Vigotsky com a finalidade de
analisar o comportamento dos alunos durante as intervenções que possam ocorrer
no estudo da termodinâmica.
159
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166
167
APÊNDICES
APÊNDICE A
Apresenta-se, nos apêndices A e B, apenas cinco intervenções experimentais e cinco intervenções simuladas, respectivamente.
Laboratório Investigativo: Propriedades Magnéticas Aula 01 – IE1
Laboratório Investigativo Prof. Luciano Soares Pedroso
Fonte: YOUNG, Hugh D; FREEDMAN, Roger A. Sears e Zemansky: Física III –
Eletromagnetismo, 12.ed. São Paulo: Pearson Education, 2009, página 203.
MAGNETISMO
Introdução: Nesta sequência experimental, você observará os efeitos do magnetismo.
Objetivo: Ao final destas experiências, você será capaz de: 01. Identificar os polos magnéticos de um ímã. 02. Identificar os polos magnéticos da Terra. 03. Observar a repulsão e a atração magnética. 04. Observar que a ação magnética só ocorre em certos metais. 05. Observar as linhas de indução de um campo magnético. Material:
a) Ímã cilíndrico pequeno. b) Ímã cilíndrico grande. c) Suporte para o ímã grande. d) Pregos. e) Anel de alumínio. f) Barra de estanho.
168
g) Caixa com limalhas de ferro. Montagem: Questões:
1. Coloque o ímã grande, cuja extremidade vermelha é o polo norte, no suporte e deixe-o sobre a mesa até que ele fique em equilíbrio. Faça comentários sobre os polos magnéticos do ímã e da Terra.
2. Você observa que o ímã grande, colocado no suporte, possui uma pequena inclinação em relação ao eixo horizontal. O que você acredita ser o motivo dessa inclinação?
3. Aproxime um dos polos do ímã pequeno do polo norte do ímã grande e determine os polos do ímã pequeno.
4. Aproxime o polo norte do ímã pequeno - determinado no item anterior - do polo norte do ímã grande, o que você observa?
5. Aproxime o polo sul do ímã pequeno – determinado no item 02 - do polo sul do ímã grande, o que você observa?
6. Aproxime o polo norte do ímã pequeno do polo sul do ímã grande, o que você observa?
7. Aproxime o polo sul do ímã pequeno do polo norte do ímã grande, o que você observa?
8. Faça comentários sobre a atração e repulsão magnética. 9. Aproxime um dos polos do ímã cilíndrico, sucessivamente, do prego, do anel
de alumínio e da barra de estanho. Faça comentários a respeito da ação magnética sobre os diversos materiais.
10. Coloque a caixa com limalhas sobre o ímã cilíndrico e dê pequenos toques na caixa até que as limalhas se alinhem formando as linhas de indução.
169
Laboratório Investigativo: O Campo Magnético de uma Corrente Elétrica
Aula 02 – IE2 Laboratório Investigativo
Prof. Luciano Soares Pedroso
Fonte: YOUNG, Hugh D; FREEDMAN, Roger A. Sears e Zemansky: Física III – Eletromagnetismo, 12.ed. São Paulo: Pearson Education, 2009, página 251.
O Campo Magnético de uma Corrente Elétrica
Questão Prévia: O que observaremos se aproximarmos uma bússola de um fio conduzindo corrente elétrica? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Objetivos: Observar a interação entre uma corrente elétrica e uma bússola. Mapear o campo magnético gerado por um fio que conduz corrente elétrica. Introdução: Já conhecemos que o polo Norte de uma bússola aponta para o polo norte geográfico. Isso ocorre porque a Terra se comporta como um grande ímã. Mas, se polos opostos se atraem, então o polo Norte geográfico é um polo Sul magnético, pois ele atrai o polo Norte da bússola. O campo magnético terrestre está ilustrado na Figura 1, através das chamadas “linhas de campo”. O vetor campo magnético é tangente às linhas de campo, e as setas indicam o sentido do vetor. É importante notar que a figura mostra um corte transversal do campo, e que, portanto o campo é simétrico em torno do eixo que liga os polos magnéticos. Na realidade, como pode ser observado na figura, os polos geográfico e magnético não coincidem exatamente. Por isso, a agulha de uma bússola não aponta exatamente para o polo Norte geográfico.
170
Material: a) Um suporte para pilha. b) duas pilhas de 1,5 v cada uma. c) Uma bússola
Procedimento: Coloque as pilhas em seu próprio suporte; Posicione a bússola em baixo do fio; Acione a chave.
Observe o sentido da corrente (i) e a orientação da bússola. Posicione a bússola acima do fio paralelamente a ele. Ligue a corrente novamente e observe a orientação da bússola. Segure a bússola em sua mão e oriente o fio verticalmente, próximo à agulha da bússola. Ligue a chave e observe a orientação da bússola. Agora, inverta o sentido da corrente elétrica e repita a experiência tanto para o fio na vertical quanto na horizontal. Questões: 1. A fim de explicar como é o campo magnético gerado por uma corrente elétrica, faça um esboço mostrando o fio condutor, o sentido da corrente elétrica, as linhas de campo magnético, especificando o sentido (lembre-se de que o vetor campo magnético é tangente às linhas de campo - reveja a Introdução). 2. O sentido do campo magnético depende do sentido da corrente? Como? 3. Pense numa maneira de memorizar a relação entre o sentido da corrente e o sentido do campo formado. Em outras palavras, invente uma regra de memorização, e descreva essa regra. Você pode usar seu próprio corpo, por exemplo. 5. E agora, consegue responder a questão prévia?
Figura 2: Arranjo experimental sobre a lei de Oersted.
171
Laboratório Investigativo: Construção e Validação de Eletroímã Aula 03 – IE3
Laboratório Investigativo Prof. Luciano Soares Pedroso
Fonte: YOUNG, Hugh D; FREEDMAN, Roger A. Sears e Zemansky: Física III – Eletromagnetismo, 12.ed. São Paulo: Pearson Education, 2009, página 253. Introdução
De longa data o estranho poder de atração dos ímãs fascina o homem. Alguns historiadores reportam sua descoberta à Grécia Antiga, onde um pastor de ovelhas teria observado que a ponta de seu cajado de ferro ficava presa em um certo tipo de rocha. Provavelmente, tal rocha era magnetita, um ímã natural. Conta-se ainda que os chineses costumavam usar uma pedra pendurada em um fio para indicar o melhor local de sepultamento de seus mortos e, ao utilizarem a magnetita para isso, inventaram a bússola acidentalmente. O mistério em torno dessa "estranha força" aumentou ainda mais quando, em 1820, o dinamarquês Hans Christian Oersted verificou que a agulha de uma bússola desviava ao se passar corrente elétrica por um fio próximo a ela. Descobria-se assim uma relação entre eletricidade e magnetismo: o eletromagnetismo. Até hoje a Ciência não compreende perfeitamente a origem da força magnética e, assim como aquele pastor na Antiguidade, os homens de nosso tempo ainda se deslumbram diante de um ímã e um simples pedaço de metal... Neste trabalho sugerimos algumas atividades utilizando ímãs e eletricidade.
Construindo um Eletroímã Este desafio de Engenharia é para construir o melhor eletroímã que você puder. Seu eletroímã será avaliado pelo peso que ele pode levantar, de forma que o melhor eletroímã será aquele que levantar o(s) objeto(s) mais massivo(s). Material para construção desse experimento:
a) 4,5 metros de fio de bitola 20; b) um prego;
172
c) um parafuso de aço; d) uma bateria de 9V; e) duas pilhas de 1,5 V com seu suporte; f) uma bússola; g) um multímetro; h) um reostato (resistor variável). i) 20 clipes de papel
Assim como em qualquer problema de engenharia, existem limitações e exigências que você deve cumprir. Aqui estão as diretrizes:
1. Você pode usar no máximo 150 cm de fio para cada eletroímã que fabricar. Não há mínimo.
2. O fio não pode ter bitola inferior a 20. 3. Você pode usar o prego ou o parafuso no centro do seu eletroímã, ou não
usar nenhum deles. 4. O eletroímã pode ser de qualquer formato ou tamanho. 5. Sua fonte de energia será uma única bateria de 9,0 volts. 6. Você pode usar qualquer material ferromagnético, como ferro, níquel ou aço,
como o peso a levantar. Você pode tentar levantar um único objeto, ou então coisas pequenas, como clipes de papel. É o “peso” total que importa.
Perguntas que deverão ser respondidas ao longo ou após a construção de seu
experimento:
a) O que é um eletroímã?
b) Como construíram e testaram seu Eletroímã?
1. Quanto mais voltas de fio tiver o eletroímã, mais forte será o seu campo magnético?
2. Quanto maior for o diâmetro da bobina, mais forte será o campo magnético? 3. O comprimento da bobina afeta a “força” do eletroímã? 4. Quanto maior a intensidade de corrente fluir pelo eletroímã, mais intenso será
seu campo magnético? Utilize o multímetro e o resistor variável para comprovar.
5. Há polaridades norte e sul em seu eletroímã?
173
6. É possível verificar qual é a polaridade norte de seu eletroímã? 7. O sentido da corrente elétrica modifica a polaridade de seu eletroímã? Utilize
a regra da mão direita para comprovar suas observações. 8. O que acontece se construirmos o eletroímã sem o prego ou parafuso como
núcleo? Construa outro eletroímã usando um tubo de caneta no lugar do prego!
9. Qual a função do núcleo de ferro no eletroímã?
174
Laboratório Investigativo: Força Magnética Aula 04 – IE4
Laboratório Investigativo Prof. Luciano Soares Pedroso
Fonte: YOUNG, Hugh D; FREEDMAN, Roger A. Sears e Zemansky: Física III – Eletromagnetismo, 12.ed. São Paulo: Pearson Education, 2009, página 220 e 226.
FORÇA MAGNÉTICA
Questão Prévia: Como funciona o motor de corrente contínua? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Introdução: Esta experiência demonstra o efeito da força magnética sobre um fio
condutor e, simultaneamente, indica o sentido da força magnética usando a regra do tapa.
Objetivos: Ao final destas experiências você será capaz de:
01. Observar a ação da força magnética sobre um fio condutor; 02. Aplicar, corretamente, a regra do tapa. 03. Fazer cálculos utilizando a equação da força magnética em um fio
condutor. Material:
a) Ímã grande. b) Fonte de tensão (9V). c) Fonte de tensão (3V). d) Fio de ligação com garra jacaré (dois). e) Gangorra (fio condutor em forma de gangorra). f) Suporte para a gangorra (figura 1). g) Suporte para o Motor (figura 2).
Montagem:
175
Figura 1 Figura 2 Procedimento:
01. Antes de montar a gangorra em seu suporte (conforme a montagem da figura 1), raspe os seus contatos, bem como os contatos do suporte (utilize um estilete ou lixa), para eliminar a oxidação;
02. Coloque a gangorra em seu lugar no suporte e prenda a garra jacaré de cada fio às hastes do suporte da gangorra (veja a montagem). Ligue a outra extremidade de um dos fios ao borne negativo (menor potencial) da fonte de tensão de 9V, deixando livre a extremidade do outro fio;
03. Posicione o ímã, verticalmente, abaixo da gangorra, com seu polo norte voltado para cima (veja a montagem);
04. Observe, atentamente, o movimento da gangorra ao se ligar a extremidade do outro fio ao borne da fonte de tensão.
05. Repita o procedimento 04, observando o sentido da corrente elétrica, que é do polo e maior potencial para o de menor potencial, e utilize a regra do tapa, para prever a deflexão da gangorra.
06. Mantendo o mesmo sentido da corrente elétrica inverta o ímã, deixando seu polo sul para cima. Antes de fazer a ligação, faça uma previsão sobre a nova deflexão da gangorra. Ligue, então, para comprovarem a previsão.
07. Mantendo o ímã na mesma posição do procedimento 06, inverta a corrente elétrica e, antes de fazer a ligação, faça uma previsão sobre a nova deflexão da gangorra. Ligue, então, para comprovarem a previsão.
08. Repita todos os procedimentos anteriores com a fonte de tensão de 3V. 09. A tensão fornecida à gangorra interfere em seu ângulo de deflexão?
Explique 10. A intensidade do campo magnético do ímã interfere na deflexão da
gangorra? Explique. 11. Repita todos os procedimentos com a espira no lugar da gangorra. 12. E agora, consegue responder a questão prévia?
176
Laboratório Investigativo: Indução Eletromagnética Aula 05 – IE5
Laboratório Investigativo Prof. Luciano Soares Pedroso
Fonte: YOUNG, Hugh D; FREEDMAN, Roger A. Sears e Zemansky: Física III – Eletromagnetismo, 12.ed. São Paulo: Pearson Education, 2009, página 281.
INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Questão Prévia: Como é possível gerar uma corrente elétrica apenas aproximando ou afastando, relativamente, um ímã de uma bobina? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Introdução: Este experimento procura demonstrar a indução eletromagnética e observar algumas de suas aplicações. Objetivo: Ao final deste experimento, você será capaz de: 01. Observar a indução eletromagnética. 02. Compreender a indução eletromagnética. 03. Compreender o funcionamento da usina elétrica. 04. Compreender as leis de Faraday e Lenz. Indução Eletromagnética Material:
a. Multímetro. b. Ímã cilíndrico c. Alicate-amperímetro.
177
Montagem:
Figura 1 Procedimento: 01. Escolha a menor escala de medida de corrente do alicate-amperímetro. 02. Coloque o ímã dentro do alicate-amperímetro. Comente que embora exista o campo magnético do ímã dentro da bobina, não há corrente induzida, pois o “amperímetro” nada acusa. 03. Retire rapidamente o ímã. O que se observa? 04. Coloque o ímã novamente dentro do alicate-amperímetro e retire-o lentamente, o que ocorreu com a indicação da corrente no alicate-amperímetro? 05. Inverta a polaridade do ímã e repita os procedimentos 02 e 03. O que se observa em relação ao sentido da corretne induzida indicada pelo alicate-amperímetro? 06. Faça o movimento de vai-e-vem com o ímã e observe a indicação do alicate-amperímetro. O que ocorre com o sentido da corrente induzida na espira? 09. Mantendo o ímã em repouso faça o movimento de vai-e-vem com o alicate-amperímetro. Há corrente induzida na espira? 10. Movimente ambos, um em relação ao outro. Há corrente induzida? Explique. 11. Há alguma relação entre o número de espiras na garra do alicate-amperímetro e a intensidade da corrente induzida indicada por ele? 12. Há campo magnético ao redor da “bobina” quando o ímã aproxima-se ou afasta-se dela? 13. E agora, consegue responder a questão prévia?
178
APÊNDICE B
Intervenção Simulada – Atração Magnética IS1
Questão prévia: Como um ímã pode manter “alguns” pregos presos na sua extremidade? _____________________________________________________________________________________________________________________________________ Introdução: Nesta sequência didática você observará os efeitos do magnetismo.
a) Abra a simulação “Atração Magnética22” b) Capture um prego com o ímã e aproxime-o do ímã N-S; c) O que ocorre com o prego quando ele toca o ímã N-S? d) Qual polaridade aparece na extremidade do prego que toca o ímã N-S? e) Capture outro prego e aproxime-o do prego que está preso pelo ímã N-S.
Explique o que você observa. f) Caso colocássemos um número maior de pregos do mesmo modo que os
anteriores, o ímã N-S suportaria mantê-los presos? Explique. g) E agora, consegue responder a questão prévia?
22 Disponível em: <http://www.fisicainterativa.xpg.com.br/inducao_magnetica/inducao_magnetica.html> Acesso em 01 maio. 2012.
179
Intervenção Simulada – Campo Magnético ao Redor do Ímã IS2 (1ª Parte)
Questão prévia: Como é a configuração do campo magnético de um ímã? _____________________________________________________________________________________________________________________________________ Introdução: Nesta sequência didática você observará os efeitos do magnetismo.
a) Acesse a simulação “Campo magnético ao redor de um ímã23” b) Qual polo representa a cor vermelha do ímã? (utilize a simulação anterior
(IS1) caso tenha dúvida) c) Qual o sentido do campo magnético ao redor do ímã? d) Caso esse ímã fosse quebrado ao meio o que ocorreria com seus polos? e) O que representam as setas ao redor do ímã? f) Caso colocássemos várias bússolas ao redor do ímã qual seriam suas
configurações? (pode desenhar se achar esclarecedor) g) Caso uma dessas bússolas desse uma volta completa ao redor do ímã,
quantas voltas ao redor do seu próprio eixo ela daria? h) E agora, consegue responder a questão prévia? i) Utilize a simulação “Campo Magnético da Terra24” para tirar algumas
conclusões sobre as questões anteriores.
23 Simulação Disponível em: <http://www.fisicainterativa.xpg.com.br/campo_magnetico_terra/campo_terrestre.html>. Acesso em 01 maio. 2012. 24 Simulação Disponível em: <http://www.fisicainterativa.xpg.com.br/campo_magnetico/campo_magnetico.html>. Acesso em 01 maio. 2012.
180
Intervenção Simulada – Campo Magnético Gerado por Corrente elétrica IS2 (2ª parte)
Questão prévia: Como é possível um fio condutor desorientar uma bússola? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Introdução: Nesta sequência didática você observará os efeitos do
Eletromagnetismo. a) Acesse a simulação “Campo Magnético no fio25” b) O que se percebe ao variar a corrente do circuito? c) E ao mudar a polaridade da bateria (anti-horário/horário)? d) Habilitando a função regra da mão direita, está de acordo com o esperado? e) O campo magnético criado pela corrente elétrica é diferente do campo
magnético criado por um ímã? Explique. f) Compare os resultados observados no experimento realizado no laboratório
com os apresentados na simulação. Qual a contribuição da simulação no entendimento do experimento de Oersted?
g) Utilize a simulação “Experimento de Oersted26” caso seja necessário.
h) E agora, consegue responder a questão prévia?
25 Simulação Disponível em: < http://www.fisicainterativa.xpg.com.br/campo_magnetico.html>. Acesso em 01 maio. 2012. 26 Disponível no CD do Hiperdocumento de Eletromagnetismo.
181
Intervenção Simulada – Campo Magnético na Bobina IS3
Questão prévia: Qual a relação entre o número de espiras, a intensidade e o sentido da corrente elétrica e campo magnético gerado ao redor de uma bobina? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Introdução: Nesta sequência didática você observará os efeitos do
Eletromagnetismo. a) Acesse a simulação “Campo Magnético na bobina27” b) O que se percebe ao variar a corrente do circuito? c) E ao mudar a polaridade da bateria (anti-horário/horário)? d) E ao modificar o número de espiras na bobina? e) Habilitando a função regra da mão direita, está de acordo com o esperado? f) Qual a polaridade da bobina quando o sentido da corrente elétrica é “horário”? g) O campo magnético criado pela corrente elétrica ao redor da bobina é
diferente do campo magnético criado por um ímã? Explique. h) Compare os resultados observados no experimento realizado no laboratório
com os apresentados na simulação. Qual a contribuição da simulação no entendimento da lei de Ampère?
i) E agora, consegue responder a questão prévia?
27 Simulação Disponível em: < http://www.fisicainterativa.xpg.com.br/bobina_bussola.html> Acesso em 01 maio. 2012.
182
Intervenção Simulada – Força de Lorentz IS4
Questão prévia: Qual a relação entre a força exercida no condutor e a corrente elétrica que flui por ele quando está inserido em um campo magnético? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Introdução: Nesta sequência didática você verificará a força exercida no condutor
como função da corrente e como função do campo magnético.
a) Acesse a simulação “Força de Lorentz28” b) O que se percebe ao ligar a corrente do circuito? c) E ao mudar a polaridade da bateria (anti-horário/horário)? d) E ao inverter a polaridade do ímã? e) Qual a direção e o sentido da força aplicada ao condutor quando a corrente
está no sentido horário? E quando o sentido da corrente está no anti-horário? f) O que ocorre ao redor do condutor quando se estabelece uma corrente?
Explique. g) Compare os resultados observados no experimento realizado no laboratório
com os apresentados na simulação. Qual a contribuição da simulação no entendimento da Força de Lorentz?
h) Acesse a simulação “Motor de corrente contínua”29 i) Como é a configuração da força de Lorentz no momento em que aq bobina
está paralela ao campo magnético do ímã? E quando está perpendicular? j) E agora, consegue responder a questão prévia?
28 Disponível no CD do Hiperdocumento de Eletromagnetismo. 29 Disponível no CD do Hiperdocumento de Eletromagnetismo.
183
Intervenção Simulada – Campo Magnético na Bobina IS5
Questão prévia: Como é possível gerar eletricidade com uma bobina e um ímã? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Introdução: Nesta sequência didática você observará os efeitos do
Eletromagnetismo. a) Acesse a simulação “Lei de Faraday30” b) O que se percebe ao aproximar o ímã da bobina? c) E ao afastá-lo? d) A velocidade de aproximação ou afastamento modifica a intensidade da
corrente induzida na bobina? e) Qual polo aparece na bobina quando aproximamos dela o polo norte do ímã? f) E quando afastamos? g) O campo magnético criado pela aproximação ou afastamento do ímã ao redor
da bobina é diferente do campo magnético criado por um ímã? Explique. h) Compare os resultados observados no experimento realizado no laboratório
com os apresentados na simulação. Qual a contribuição da simulação no entendimento da lei de Faraday-Lenz?
i) E agora, consegue responder a questão prévia?
30 Simulação Disponível em: < http://www.fisicainterativa.xpg.com.br/lei_faraday.html> Acesso em 01 maio. 2012.
184
APÊNDICE C
Percepções dos aspectos atitudinais, comportamentais, procedimentais durante as intervenções e relato dos desempenhos conceituais dos alunos ao longo da entrevista semiestruturada.
Alu
no A
1
Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Descreveu a estrutura do ímã citando os domínios magnéticos,
conceituou corretamente a Lei de Faraday-Lenz, conforme
ocorreu no L2Q8 descrevendo corretamente o comportamento
da agulha da bússola a partir da corrente elétrica estabelecida
no circuito, buscando exemplos ao longo da entrevista. Não
soube distinguir o campo magnético do campo elétrico e
afirmou que há uma relação entre eletromagnetismo e óptica,
mas não sobre descrevê-la.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
enta
l, at
itudi
nal e
proc
edim
enta
l
Ao longo do curso mostrou-se motivado, chegando no horário
e participando ativamente das intervenções. No grupo
apresentou atitudes de liderança e participação ativa.
Percebeu os objetivos do curso ao responder a questões
contidas nas intervenções com argumentações físicas
consistentes e participou com entusiasmo das intervenções
simuladas. Demonstrou, ao criar e testar hipóteses, que uma
atividade investigativa com alto grau de interatividade
aproxima-se muito da atividade científica, como afirmam Veit
(2005) e Vasconcelos (2005). Confirmou o papel da simulação
ao afirmar que a utilizou como complementação visual ao
experimento realizado, conforme afirmam Fiolhais e Trindade
(2003).
185
Alu
no A
2
Rel
ato
de
dese
mpe
nho
conc
eitu
al
Não descreveu a estrutura interna do ímã de maneira correta,
conceituou corretamente a lei de Faraday-Lenz, descreveu as
diferenças entre campo magnético e elétrico citando cargas
elétricas e inseparabilidade dos polos do ímã (corroborando
com L2Q4 e L2Q7) e comentou sobre a unificação entre
eletromagnetismo é óptica citando Maxwell.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
enta
l, at
itudi
nal e
proc
edim
enta
l
Reconheceu, durante a entrevista, o domínio de validade das
simulações frente aos experimentos realizados no laboratório
investigativo, corroborando com Medeiros & Medeiros (2002).
Não se mostrou participativo durante as IE, talvez por não
possuir, em sua estrutura cognitiva, conceitos fundamentais
sobre o assunto, muitas vezes demonstrados no L1.
Demonstrou ao longo do L2 ter participado ativamente da IS,
pois as citava com boas argumentações científicas. Sua
motivação passava pelas questões prévias nas intervenções
simuladas onde demonstrava mais interesse. Participou das
discussões do grupo dando opiniões e indagando o professor
sobre determinado conceito contido no experimento.
186
Alu
no A
3
Rel
ato
de
dese
mpe
nho
conc
eitu
al
Descreveu a estrutura interna do ímã com seus domínios
magnéticos, afirmou conhecer a lei de Faraday-Lenz e deu
exemplos disso (corroborando com L2Q8), relatou as
diferenças entre campo magnético e elétrico, citando cargas
elétricas e ímãs, alegou conhecer as relações entre
eletromagnetismo e óptica, mas não a citou.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
enta
l,
atitu
dina
l e p
roce
dim
enta
l
Demonstrou, ao longo da entrevista, reconhecer o papel das
simulações computacionais frente ao laboratório investigativo
ao afirmar que “ ...tinham coisas que a gente não via no
experimento...” sustentando afirmações de Ausubel sobre a
diferenciação progressiva e reconciliação integradora.
Mostrou-se extremamente participativo e motivado durante as
IE interagindo com o grupo e com o professor. Teve como
característica marcante a busca por responder as questões
prévias com o máximo de conceitos corretos, levando o grupo
a discussões oportunas e vantajosas sobre os conceitos
envolvidos.
187
Alu
no A
4
Rel
ato
de
dese
mpe
nho
conc
eitu
al
Citou a estrutura interna do ímã (corroborando com L2Q4),
mas não a relacionou com seus domínios magnéticos,
descreveu corretamente a lei de Faraday-Lenz, mencionou a
distinção entre campo magnético e elétrico, mas não soube
exemplificar, informou que há uma relação entre
eletromagnetismo e óptica, mas não soube exemplificar.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
enta
l, at
itudi
nal e
proc
edim
enta
l
No inicio das atividades mostrou-se ansioso por conhecer os
experimentos propostos, talvez pelas frustrações ocorridas em
outros tipos de laboratório. Reconheceu o papel do laboratório
investigativo, corroborando com os PCN ao citar o
levantamento de hipóteses na comprovação de conceitos. Ao
afirmar que “As simulações dão base para entender o que
aconteceu no experimento” sustentou o papel das simulações
empíricas, que conforme Giordan (2008) derivam de medidas
experimentalmente observadas a fim de complementar os
experimentos realizados. Participou de maneira tímida das
discussões de grupo, mas contribuiu no momento em que era
indagado pelos colegas e professor.
188
Alu
no A
5
Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Descreveu a estrutura interna do ímã citando os domínios
magnéticos (corroborando com L2Q7), conceituou o
experimento de Oersted citando a IE2, citou corretamente a lei
de Faraday-Lenz, como boa argumentação e exemplos,
distinguiu o campo elétrico do campo magnético, mencionou a
relação entre eletromagnetismo e óptica citando a luz como
uma onda eletromagnética.
Det
alha
men
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rtam
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l,
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dina
l e p
roce
dim
enta
l
Em quase todas as aulas, demonstrou ter interagido de
maneira significativa com as IE e IS.
Ao afirmar que “As experiências são boas, elas nos fazem
pensar sobre o que está acontecendo”, percebeu o papel dos
experimentos propostos nas IE corroborando com os PCN.
Participou de maneira ativa das discussões de seu grupo,
contribuindo significativa. Percebeu que a validade das
questões prévias como subsunçores, demonstrando que a
base para a aquisição dos futuros conhecimentos sobre o
conteúdo abordado.
189
Alu
no A
6
Rel
ato
de d
esem
penh
o co
ncei
tual
Relatou a estrutura interna do ímã de maneira correta
citando a inexistência dos monopolos e caracterizando
os domínios magnéticos (corroborando com L2Q4),
assinalou a IS3 como exemplo do experimento de
Oersted, enunciou corretamente a lei de Faraday-Lenz
com exemplos do cotidiano, distinguiu corretamente o
campo magnético do campo elétrico citando cargas
elétricas e a questão 10 do L2. Mencionou a relação
entre eletromagnetismo e óptica, mas não deu exemplo
de como isso ocorre.
Det
alha
men
to
com
porta
men
tal,
atitu
dina
l e
proc
edim
enta
l
Mostrou-se motivado pelo curso e não encontrou
dificuldades para desenvolver as atividades propostas,
apresentando um raciocínio coeso. Concebeu o papel
das simulações ao afirmar que “...fiz hipóteses e elas
iam se confirmando.” confirmando o que afirma
Medeiros & Medeiros (2002).
190
Alu
no A
7
Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Demonstrou que compreende a estrutura interna do ímã, mas
não soube afirmar o que a compõe. Utilizou a IS3 para explicar
o experimento de Oersted. Descreveu a lei de Faraday-Lenz
(corroborando com L2Q5 e com L2Q7), não soube diferenciar
o campo magnético do campo elétrico, mencionou
corretamente a relação entre eletromagnetismo e óptica
citando a luz como onda eletromagnética (corroborando com
L2Q10).
Det
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l,
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l e p
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dim
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l
Nas aulas, este aluno fazia perguntas certificando que
acompanhava o que era proposto nas sequências didáticas.
Em alguns momentos era necessário apresentar exemplos
para convencê-lo sobre os significados dos conceitos e das
relações entre grandezas físicas envolvidas e demonstradas
nas intervenções simuladas. Manifestou satisfação com os
experimentos ao afirmar que “Eu gosto muito da parte das
experiências. Acho que elas provocam a gente.” Relatou
entusiasmo ao construir o eletroímã, validando o experimento
como proponente de aprendizagem conceitual.
191
Alu
no A
8 Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Descreveu com riqueza de detalhes a estrutura interna do ímã,
citando os domínios magnéticos, enunciou corretamente a lei
de Oersted (corroborando com L2Q5), distinguiu corretamente
o campo elétrico do campo magnético citando as cargas
elétricas, a IE1 e a IS2). Enunciou corretamente a lei de
Faraday-Lenz utilizando a IS5 como exemplo. Relatou a luz
como exemplo da relação entre eletromagnetismo e óptica
afirmando que ela é uma onda eletromagnética.
Det
alha
men
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com
porta
men
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l e
proc
edim
enta
l
Ao longo do curso, buscou apresentar respostas com
argumentação física, apresentando elementos que mostram
que foi capaz de relacionar, de forma significativa, os conceitos
físicos envolvidos nas intervenções com suas ideias e
conceitos prévios. Percebeu o papel das simulações
computacionais ao atestar que “As simulações permitem que o
aluno visualize situações de uma forma mais clara...”
corroborando com Medeiros & Medeiros (2002).
192
Alu
no A
9
Rel
ato
de
dese
mpe
nho
conc
eitu
al
Não soube descrever a estrutura interna do ímã, mencionou
corretamente a lei de Faraday-Lenz, citando a IE5, descreveu a
lei de Oersted citando a IS3 (corroborando com L2Q9). Relatou
a diferença entre o campo elétrico e o campo magnético
citando a questão 10 do L2, a IE1 e também a IS2. Não soube
citar a relação entre eletricidade, magnetismo e óptica.
Det
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proc
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Ao longo do curso, apresentou um grande progresso em
termos de manipulação com os materiais experimentais,
ampliando a reflexão sobre os procedimentos práticos e
teóricos adotados para responder as sequências didáticas.
Validou o uso das questões prévias como subsunçores ao
sustentar que “Responder as perguntas antes de montar as
experiências permitiam relembrar sobre o conteúdo que íamos
trabalhar.”
193
Alu
no A
10
Rel
ato
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conc
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al
Descreveu a estrutura do ímã de forma parcialmente correta,
sem citar os domínios magnéticos, utilizou-se da IE2 para
exemplificar o experimento de Oersted, relatou com firmeza e
riqueza de detalhes a lei de Faraday-Lenz, citando a IS5 com
suas variáveis, confirmou a diferença entre o campo elétrico e
magnético citando a IE1 (corroborando com L2Q4). Comunicou
a relação entre eletricidade, magnetismo e óptica citando os
campos magnéticos e elétricos da luz, sua perpendicularidade
bem como a contribuição de Maxwell para sua unificação.
Det
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Durante as intervenções se mostrou motivado para responder
às questões prévias e as sequências didáticas. Interagiu
fortemente com o professor, expondo suas dúvidas a partir das
reflexões em grupo, explicando os procedimentos realizados
com a intenção de encontrar as respostas. Demonstrou um
bom ganho conceitual durante o curso ao explicar de forma
detalhada e consistente a lei de Faraday-Lenz no L2. Admitiu,
ao afirmar que “Apesar de gostar de matemática, achei esse
curso mais bem esclarecedor.”, que o curso teve contribuição
na construção de sua aprendizagem conceitual.
194
Alu
no A
11
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esem
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ncei
tual
Além de citar os domínios magnéticos na estrutura interna do
ímã relatou o fluido magnético como portador de
nanopartículas magnéticas (corroborando com L2Q2 e L2Q4).
Explicou com detalhes o experimento de Oersted. Elaborou
uma boa explicação sobre a lei de Faraday-Lenz ao longo da
entrevista, citando a IE2 como ponto de partida para a
descoberta de leis mais gerais, relatou a diferença entre
campo magnético e elétrico utilizando a IE1 e a IS2.
Relacionou, de maneira correta o magnetismo, a eletricidade e
a óptica citando a luz como uma onda eletromagnética.
Det
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Evidenciou sua motivação durante o curso ao relatar que
“Gostei muito do experimento de Oersted. Aquela bússola
girando de um lado para outro quando a gente ligava o circuito
foi muito legal”.
Relatou ser a simulações o ponto forte do curso, pois permitem
“demonstrar algumas coisas que o experimento não mostra”.
Interagiu com o grupo de maneira peculiar, demonstrando
liderança durante as discussões e no momento de descrever
as respostas às questões prévias.
195
Alu
no A
12
Rel
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conc
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al
Não soube descrever a estrutura interna do ímã. Relatou a lei
de Faraday-Lenz com muitas falhas conceituais, apenas citou
a regra da mão direita e não se lembrou de nenhuma
intervenção quando indagado pelo professor. Não fez distinção
entre campo elétrico e magnético no seu relato, demonstrando
não os reconhecer. Afirmou desconhecer a relação entre
eletricidade, magnetismo e óptica.
Det
alha
men
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l
Expressou sua motivação pela descoberta de novos conceitos
apoiados nas IE e nas IS ao afirmar que “Ao chegarmos no
laboratório de informática e conhecermos a simulação sobre a
indução no computador, e ver as linhas do campo do ímã e da
bobina quando aproximamos e afastamos o ímã das espiras,
foi uma descoberta. Perceber que a bobina gera um campo
magnético que vai contra o campo do ímã foi muito
esclarecedor”.
Descreveu sua insatisfação quanto ao tempo do curso,
afirmando que “tinha que ter mais tempo, ver mais coisas
sobre eletromagnetismo”.
Não se mostrou preparado para esse tipo de curso ao chegar
atrasado e tumultuar todo o ambiente durante sua chegada em
praticamente todas as aulas.
196
Alu
no A
13
Rel
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de
dese
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conc
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al
Não soube descrever a estrutura interna do ímã. Relatou com
muitas falhas o experimento de Oersted, demonstrando
desconhecimento da diferença entre campo magnético e
elétrico. Em sua fala afirmou conhecer a relação entre
magnetismo, eletricidade e óptica, mas não relatou
argumentos que a justificasse.
Det
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nal e
proc
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l
Validou o papel das simulações ao afirmar que “As simulações
mostram aquilo que não vejo no experimento” corroborando
com Medeiros e Medeiros (2002). Confirmou que a construção
coletiva do conhecimento pode ser uma estratégia facilitadora
do aprendizado ao assegurar que “A formação dos grupos de
trabalho no laboratório quando montamos as experiências foi
muito boa. Nosso grupo era muito unido. Os alunos discutiam
as perguntas e depois de fazer as montagens, um ajudando o
outro ainda revisávamos o que aprendemos”. Mesmo
afirmando sobre a colaboração do seu grupo de trabalho não
participou ativamente das intervenções, demonstrando uma
aprendizagem puramente mecânica durante o curso, o que
pode ser facilmente observado em seu desempenho
conceitual.
197
Alu
no A
14
Rel
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de d
esem
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conc
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al
Comunicou com boas argumentações científicas a estrutura
interna do ímã, citando a IS4 e fazendo um paralelo entre o
ímã e a bobina. Descreveu o experimento de Oersted
identificando a IS3 como uma referência. Relatou a lei de
Faraday-Lenz demonstrando ter compreendido sua relação
com o experimento de Oersted, além de detalhar a IE5 e a IS5
como exemplos. Evidenciou a relação entre magnetismo,
eletricidade e óptica ao afirmar que a luz é uma onda
eletromagnética e citar algumas de suas características.
Det
alha
men
to c
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l
Reconheceu a validade da articulação entre o laboratório
investigativo e as simulações computacionais ao afirmar que
“As simulações desprezam alguns dados que são importantes
e quando relacionamos os experimentos e as simulações
essas aproximações são resolvidas”. Mostrou-se fortemente
motivado ao chegar sempre no horário e colaborar com o
grupo no momento de responder as questões prévias e as
sequências didáticas. Demonstrou ter consciência da relação
entre teoria e prática ao sustentar que “...muitas vezes a teoria
é bem diferente da prática, pois na teoria existe muitas vezes
uma aproximação para que os valores deem certo”.
198
Alu
no A
15
Rel
ato
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dese
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eitu
al
Não soube descrever a estrutura interna do ímã, reconheceu o
experimento de Oersted citando a IE2 e a IS3 (corroborando
com L2Q9) e relatou a lei de Faraday-Lenz utilizando a IS5
como suporte. Demonstrou conhecer a relação entre
eletricidade, magnetismo e óptica ao falar sobre a luz como
uma onda eletromagnética.
Det
alha
men
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ompo
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l,
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l e p
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l
Demonstrou que a aprendizagem por descoberta pode
proporcionar ganhos conceituais ao admitir que “... o campo
magnético na bobina se opõe ao campo magnético do ímã
quando aproximo ou afasto ele da bobina foi uma descoberta
fantástica. É por esse motivo que se quero gerar mais energia
elétrica em uma usina hidrelétrica, tenho aumentar a vazão de
água”. Evidenciou grande habilidade na construção de
experimentos e os descreveu como fator motivador do curso.
Participou ativamente das intervenções e destacou a IE5 como
base para compreensão do eletromagnetismo.
199
Alu
no A
16 Rel
ato
de d
esem
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al
Descreveu a estrutura interna do ímã corretamente citando os
domínios magnéticos, não soube conceituar a lei de Faraday-
Lenz, mas citou a IS5 sem relembrar das variáveis contidas na
simulação, evidenciou reconhecer o experimento de Oersted
citando a IS3 com riquezas de detalhes, confirmou a diferença
entre o campo elétrico e magnético citando a IE1. Não soube
descrever a relação entre eletricidade, magnetismo e óptica.
Det
alha
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com
porta
men
tal,
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dina
l e
proc
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enta
l
Relatou insatisfação na montagem do grupo de trabalho, pois
seu grupo “trabalhou de forma muito individual”. Citou as
questões prévias e as sequências didáticas como fator de
motivação, corroborando com Ausubel, Novak e Hanesian
(1980): “Descobrir as leis por trás de um experimento,
respondendo as perguntas antes e depois da montagem foi o
ponto principal pra mim”. Em seu grupo apresentou atitudes de
liderança e participou com entusiasmo nas IS.
200
Alu
no A
17
Rel
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conc
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al
Não falou sobre a estrutura interna do ímã ao ser questionado,
comentou com muita firmeza a lei de Faraday-Lenz citando a
IS5 ao final da fala (corroborando com L2Q6), descreveu
corretamente o experimento de Oersted, citando a IE2;
localizou diferenças entre o campo elétrico e o campo
magnético, citando a carga elétrica e o interior do ímã; relatou
semelhanças entre eletricidade, magnetismo e óptica, mas não
citou a luz como uma onda eletromagnética.
Det
alha
men
to c
ompo
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l, at
itudi
nal e
proc
edim
enta
l
Relatou a importância dos conhecimentos prévios ao afirmar
que “No laboratório, durante a montagem do eletroímã, percebi
que o guia era importante, mas responder a pergunta antes de
iniciar a montagem era mais interessante pois não sabíamos o
que ia acontecer e tínhamos que dar nossa opinião”. Percebeu
o papel da articulação entre o laboratório e a simulação ao
relatar que “O uso das simulações e dos experimentos traz
maior conhecimento ao aluno forçando-o a trabalhar com os
modos tecnológicos e manuais, tendo várias formas de se
trabalhar com os conceitos de eletromagnetismo e observar
coisas que nos experimentos não poderíamos ver.”
corroborando com os PCN (BRASIL, 1999, p. 52-53) e com
Medeiros e Medeiros (2002, p. 80).
201
Alu
no A
18
Rel
ato
de
dese
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conc
eitu
al
Reconhece a estrutura interna do ímã, mas não soube afirmar
o que a compõe. Descreveu a lei de Faraday-Lenz e citou a
IS5 como referência, não diferenciou o campo magnético do
campo elétrico, relacionou corretamente a eletricidade, o
magnetismo e a óptica citando a luz como um exemplo de
onda eletromagnética.
Det
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men
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ompo
rtam
enta
l, at
itudi
nal e
pro
cedi
men
tal
Demonstrou perceber a evolução histórica do conhecimento
científico ao relatar que “A sequência das experiências mostra
a construção da ciência ao longo do tempo. As experiências
mostraram como o homem é capaz de interpretar a natureza e
criar leis para descrevê-la.” Mostrou-se fortemente motivado
com a construção do eletroímã e apresentou argumentações
consistentes a respeito da montagem apresentada pelo seu
grupo. Participou ativamente das discussões em grupo e
transcreveu a maioria das respostas das sequências didáticas.
Reconheceu que a construção coletiva, ocorrida durante o
curso, foi fundamental para a consolidação e o aprimoramento
dos conhecimentos ao afirmar que “Nesse curso nosso grupo
foi muito participativo, seja perguntando ao professor ou
conversando entre os próprios integrantes. O uso das
simulações e dos experimentos deu abertura para que isso
ocorresse e aprimorou nosso conhecimento sobre o
eletromagnetismo.”
202
Alu
no A
19
Rel
ato
de
dese
mpe
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conc
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al
Descreveu a estrutura interna do ímã, citando os domínios
magnéticos, enunciou corretamente o experimento de Oersted
(corroborando com L2Q8), relatou a diferença entre o campo
elétrico e o campo magnético citando as cargas elétricas e a
IS2. Forneceu indícios de que reconhece a luz como uma onda
eletromagnética.
Det
alha
men
to
com
porta
men
tal,
atitu
dina
l e
proc
edim
enta
l
Mostrou-se insatisfeito com o tempo excessivo gasto na
realização dos experimentos e na falta de equações que
fundamentassem os conceitos estudados. Reconheceu nas
simulações, como afirmam Medeiros e Medeiros (2002, p. 80),
um feedback rápido e um visual motivador. Buscou, no livro
texto, as equações necessárias ao aprofundamento dos
conceitos, relacionando de maneira consistente a teoria à
prática.
203
Alu
no A
20
Rel
ato
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dese
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nho
conc
eitu
al
Não soube falar sobre a estrutura interna do ímã, descreveu
corretamente a lei de Faraday-Lenz citando a IE5 e IS5, relatou
as diferenças entre campo magnético e elétrico citando cargas
elétricas e a IE1, comentou sobre a unificação entre
eletromagnetismo e óptica, caracterizando a luz como uma
onda eletromagnética.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
enta
l, at
itudi
nal e
proc
edim
enta
l
Manifestou entusiasmo durante todas as intervenções. Ao
longo do L2 apresentou, muitas das vezes, uma aprendizagem
mecânica dos conceitos estudados. Demonstrou reconhecer a
validade das questões prévias como subsunçores ao sustentar
que “Responder as perguntas antes de fazer as experiências
foi motivador ao ponto de que não sabíamos o que ia
acontecer. Após realizarmos as experiências e responder as
perguntas relatando algumas leis que observávamos foi me
deixando ainda mais curioso sobre o que ocorria na
experiência se eu fizesse isso ou aquilo.” Demonstrou que a
articulação entre o laboratório e a simulação são capazes de
promover a construção de novos conceitos ao afirmar que
“Usar os experimentos e as simulações demonstrou que a
física tem muito mais coisas que os livros não conseguem
contemplar.” (grifo nosso)
204
Alu
no A
21
Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Identificou a estrutura interna do ímã de maneira correta
citando os domínios magnéticos, conceituou a lei de Faraday-
Lenz, citando a IS5 e comentando sobre as grandezas
envolvidas na simulação, relatou o experimento de Oersted
citando a IS3 e a IE2 com muitos detalhes, relacionou a IE1 às
propriedades do campo magnético na tentativa de diferenciá-lo
do campo elétrico (corroborando com L2Q10). Descreveu a
relação entre eletricidade, magnetismo e óptica citando a luz
como onda eletromagnética.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
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l, at
itudi
nal e
proc
edim
enta
l
Reconheceu, durante a entrevista, o domínio de validade das
simulações frente aos experimentos realizados no laboratório
investigativo, corroborando com Medeiros & Medeiros (2002)
ao afirmar que “...uma vez que podemos mexer virtualmente
com o experimento, com situações quase impossíveis de criar
no experimento.” Mostrou, na entrevista e ao longo do L2, ter
participado ativamente das IE e das IS, pois as referiu com
argumentos científicos.
Identificou na produção coletiva o aporte necessário para a
compreensão dos conceitos estudados.
Manifestou que a articulação entre o laboratório e a simulação
promoveu a relação entre a Física e o cotidiano ao afirmar que
“O curso foi bastante interessante e esclarecedor, visto que
além de explicar os conceitos do magnetismo relacionou-os ao
cotidiano.”
205
Alu
no A
22
Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Citou a estrutura interna do ímã sendo composta pelos
domínios magnéticos, sintetizou a lei de Faraday-Lenz usando
a IS5, formulou uma explicação para o experimento de
Oersted citando a IE2 e a IS3, não soube diferenciar o campo
magnético do campo elétrico, descreveu a relação entre
eletricidade, magnetismo e óptica utilizando a questão 10 do
L2 como exemplo.
Det
alha
men
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ompo
rtam
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l, at
itudi
nal e
proc
edim
enta
l
Participou de forma acanhada nas discussões do grupo, mas
apresentou argumentações científicas quando indagado pelo
professor. Percebeu o papel do laboratório como organizador
prévio ao afirmar que “Usar as simulações depois dos
experimentos foi um fator motivador. Nos experimentos a
gente testava algumas hipóteses, mas eram poucas, já nas
simulações testávamos muitas outras hipóteses, sem o medo
de estragar o experimento.” Caracterizou o papel das
simulações como amplificadora do campo visual ao dizer que
“Nela (simulação) o ímã tinha um campo magnético em 3D,
com as linhas de campo fechadas, coisa que a gente não vê
quando colocamos o ímã sobre a mesa e espalhamos a
limalha de ferro.”
206
Alu
no A
23
Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Sustentou, em sua fala, a existência de pequenas partículas
(microímãs) na composição da estrutura interna do ímã, falou
corretamente sobre o experimento de Oersted utilizando como
exemplo a IE2, diferenciou o campo elétrico do campo
magnético citando as cargas elétricas estudadas em
eletrostática e a IS2. Apresentou a luz como exemplo da
unificação entre eletricidade, magnetismo e óptica.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
enta
l, at
itudi
nal e
proc
edim
enta
l
Participou efetivamente das intervenções e das discussões em
grupo, realizando argumentações cientificamente corretas.
Reconheceu durante o curso o processo histórico de produção
do conhecimento ao relatar que “A Física não é só equações e
cálculos, é muito mais que isso, é uma ciência construída com
erros e acertos, de experimentações e retomadas para
responder algumas perguntas.” Demonstrou ao longo da
entrevista uma aprendizagem significativa de
eletromagnetismo ao mencionar que “O núcleo de ferro do
eletroímã aumenta bastante a força de atração dele. Que o
eletroímã possui dois polos, como os ímãs, que essa
polaridade é dada pelo sentido da corrente elétrica que circula
na bobina, que o número de voltas do eletroímã altera sua
força e que quanto mais voltas tiver a bobina, mais forte será o
eletroímã.”
207
Alu
no A
24
Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Utilizou a ideia dos domínios magnéticos para descrever a
estrutura interna do ímã, apresentou corretamente a lei de
Oersted utilizando a IE2 como exemplo, diferenciou o campo
elétrico do campo magnético citando a IE1 com a limalha de
ferro e a IS2. Utilizou o exemplo da pergunta 10 no L2 para
ilustrar indícios de que reconhece a luz como uma onda
eletromagnética.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
enta
l, at
itudi
nal e
proc
edim
enta
l
Relatou os domínios de validade das simulações ao descrever
que “Ao manipular as simulações, mesmo sabendo que não
são as representações reais ali demonstradas, elas servem de
modelo para você criar uma resposta para as suas perguntas.”
Participou de forma intensa das intervenções e principalmente
da construção do eletroímã. Reconheceu ao final do curso que
o teste de hipótese foi um aporte metodológico importante para
a construção do conhecimento sobre eletromagnetismo ao
descrever que “No começo senti que o curso não seria muito
bom, uma vez que nós, futuros engenheiros, precisamos de
uma Física forte, muito boa. Com o passar das aulas percebi
que estava errado. É isso que precisamos conhecer da Física.
Criar hipóteses e testá-las, voltar ao problema e verificar sua
validade. Foi isso que o curso nos proporcionou.”
208
Alu
no A
25
Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Citou os domínios magnéticos na composição da estrutura
interna do ímã, explicou com exemplos retirados das
intervenções simuladas a lei de Faraday-Lenz, descreveu a
diferença entre campo magnético e elétrico utilizando a IE1 e a
IS2. Relacionou, de maneira correta o magnetismo, a
eletricidade e a óptica citando a luz como uma onda
eletromagnética.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
enta
l, at
itudi
nal e
proc
edim
enta
l
Relatou, ao longo da entrevista, que a complementaridade
entre o laboratório investigativo e as simulações promove uma
aprendizagem significativa de eletromagnetismo ao narrar que
“Nas simulações usamos o que aprendemos nos experimentos
de uma maneira diferente. Dá pra fazer mais coisas, criar
novas situações e experimentar mais.” e ainda que “...os
experimentos e as simulações se completavam, um ensinava
uma coisa e o outro aprofundava, me motivou muito ter
aprendido eletromagnetismo assim.” (grifo nosso)
Confirmou o papel da experimentação ao longo do curso ao
dizer que “Posso afirmar que o curso me ajudou a tirar
algumas dúvidas sobre o real papel dos experimentos de
Física.”
209
Alu
no A
26
Rel
ato
de d
esem
penh
o co
ncei
tual
Apontou os domínios magnéticos na estrutura interna do ímã
como os causadores do campo magnético e ainda comentou
que os domínios são responsáveis pela inexistência de
monopolos magnéticos. Elaborou uma boa explicação sobre a
lei de Faraday-Lenz ao longo da entrevista e citou a IS5 como
complemento à IE5. Concluiu que a diferença entre o campo
magnético e elétrico são as linhas que formam esses campos,
utilizando como exemplo a IE1 e a IS2. Deduziu que a luz é a
unificação entre o magnetismo, a eletricidade e a óptica
relembrando que ela é uma onda eletromagnética.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
enta
l, at
itudi
nal e
pro
cedi
men
tal Mostrou-se insatisfeito com o tempo excessivo dispensado em
responder as questões prévias. Relatou o papel do laboratório
investigativo ao afirmar que “Os experimentos nos dão uma
visam real dos conceitos de eletromagnetismo, fazendo com
que possamos obter informações mais reais e exatas sobre o
que ocorre.” Descreveu o domínio de validade das simulações
ao encontrar um erro em uma delas afirmando que “As
simulações, como por exemplo, no caso do experimento de
Faraday, o ímã não tinha as linhas de campo magnético
fechadas e a bobina não fechava as linhas do campo
magnético ao seu redor ao aproximar o ímã.” Interagiu de
maneira intensa com o professor e com os colegas de grupo,
demonstrando liderança e poder de persuasão. Relacionou o
curso a conceitos do cotidiano ao confirmar que “O conteúdo
estudado foi bem interessante devido a sua aplicabilidade no
cotidiano.”
210
A
luno
A27
Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Desconhece os motivos da geração do campo magnético dos
ímãs, explicou como muitas falhas conceituais a lei de
Faraday-Lenz ao longo da entrevista. Não conseguiu citar
nenhum exemplo a fim de diferenciar o campo magnético do
campo elétrico. Relacionou, de maneira correta o magnetismo,
a eletricidade e a óptica citando a luz como uma onda
eletromagnética.
Det
alha
men
to c
ompo
rtam
enta
l,
atitu
dina
l e p
roce
dim
enta
l
Não participou adequadamente das intervenções ao longo do
curso, realizando-as com pouco entusiasmo.
Destacou as simulações como aproximação da realidade,
certificando seu domínio de validade, corroborando com
Medeiros e Medeiros (2002, p. 82).
Foi capaz de perceber a relação entre teoria e prática ao
descrever que “O curso não utilizou muitas equações, mas
percebi que elas estavam presentes nas simulações ao serem
programadas e nos experimentos, quando respondíamos as
questões.”, mesmo não interagindo de maneira adequada com
o grupo e as intervenções.
211
A
luno
A28
Rel
ato
de d
esem
penh
o
conc
eitu
al
Aplicou a ideia dos domínios magnéticos para explicar a
estrutura interna do ímã e sua inseparabilidade magnética.
Explicou o experimento de Oersted citando a IE2
(corroborando com L2Q9). Utilizou-se da IE5 para definir a lei
de Faraday-Lenz, confirmou a diferença entre campo
magnético e elétrico utilizando a IS2 e a questão 10 do L2
como exemplos. Comentou sobre a dualidade da luz citando o
efeito fotoelétrico e o experimento da fenda dupla.
Det
alha
men
to
com
porta
men
tal,
atitu
dina
l e
proc
edim
enta
l
Participou ativamente do curso em todos os momentos,
interagindo e colocando seu ponto de vista ao grupo e ao
professor. Mostrou-se um bom observador e soube conduzir o
grupo a discussões científicas corretas. Expressou-se
motivado pelas questões prévias ao afirmar que “As perguntas
no começo de cada experimento e de cada uma das
simulações motivava nosso grupo a discutir e tirar conclusões,
mesmo antes de realizar o que o texto pedia.”
212
APÊNDICE D
Roteiro da entrevista Perguntas
Conhecimento prévio Você já havia tido contato com este conteúdo: o eletromagnetismo?
Pessoal Que tipo de escola você cursou? Pública ou privada? Pessoal O que te levou a fazer inscrição na disciplina Física III?
Aprendizagem significativa /
conceitos Como você imagina a estrutura do ímã?
Aprendizagem significativa /
conceitos
O que você acredita ser responsável por criar um campo ao redor do ímã? E, o que você considera responsável por criar
um campo magnético ao redor de um fio condutor? Aprendizagem significativa /
conceitos Existe relação entre eletricidade e magnetismo?
Aprendizagem significativa /
conceitos Comente sobre os experimentos de “Oersted” e “Faraday”.
Aprendizagem significativa /
conceitos
Existe eletricidade independente do magnetismo? E existe magnetismo independente da eletricidade?
Aprendizagem significativa /
conceitos Você saberia distinguir o campo elétrico do campo magnético?
Aprendizagem significativa /
conceitos Existe relação entre eletricidade, magnetismo e óptica?
Visão epistemológica/ Uso do laboratório
investigativo
Qual experimento sobre eletromagnetismo realizado na sua turma mais lhe chamou atenção? Explique o motivo.
Visão epistemológica/ Uso do laboratório
investigativo Você confia nas respostas que o experimento lhe fornece?
Visão epistemológica/ Uso das simulações
computacionais
Qual simulação sobre eletromagnetismo realizado na sua turma mais lhe chamou atenção? Explique o motivo.
Visão epistemológica/ Uso das simulações
computacionais Você confia nas respostas que a simulação lhe fornece?
Visão epistemológica/ Uso das simulações
computacionais
Há fenômenos que você “não consegue visualizar”. Tem que interpretar, criar modelos, etc. Qual a contribuição das
simulações na compreensão dos conceitos sobre eletromagnetismo?
Aprendizagem significativa/ Motivação
O que mais lhe motivou durante o curso de Física III?
Aprendizagem significativa/ Curso de
Física III O que você achou a respeito do curso?
213
APÊNDICE E
PRÉ-TESTE (L1) E PÓS-TESTE (L2)
Questões pertencentes ao Pré-teste (L1) e ao Pós-Teste (L2)
1) Exemplifique situações do seu cotidiano em que o termo magnetismo foi
mencionado.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
_________________________________________________________________
2) Você já fez alguma experiência (ou brincadeira) com ímãs. Descreva o que você
fez. Pode desenhar se considerar esclarecedor.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
3) Dentre os equipamentos que você conhece quais deles funcionam levando em
conta o magnetismo?
Este questionário faz parte de minha pesquisa sobre o uso de experimentos e simulações computacionais no ensino de Física. Vocês foram escolhidos para participar de várias etapas da pesquisa. De início, solicito a sua colaboração neste teste que tem como finalidade verificar o que vocês aprenderam sobre o assunto em foco, no caso o eletromagnetismo. Desde já agradeço a sua disponibilidade e interesse em colaborar. Estou à disposição de vocês para qualquer informação em relação ao meu trabalho de investigação. Obrigado, Prof. Luciano. Coloque aqui as iniciais do seu nome:_________________ L2 – __/2012 Uso exclusivo do pesquisador: A____
214
___________________________________________________________________
_________________________________________________________________
4 - Usando um ímã permanente, um estudante, o esfrega continuamente e sempre
no mesmo sentido em um prego de aço, conforme indica a figura.
Após esse processo, o estudante verifica que o prego fica imantado, atraindo outros
pregos.
a) O polo norte do ímã prego é a sua ponta. Como Pedro pode verificar isso? ___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
__________________________________________________________________
b) Distraidamente, Pedro coloca o prego imantado ao lado de outro prego idêntico, mas não imantado. Depois, para verificar qual dos dois é o prego imantado, usando apenas esses dois objetos, ele os dispõe conforme indica a
figura seguinte. Se a ponta do prego A atrair a região central
do prego B, qual deles está imantado? Qual
seria a conclusão se essa atração não
ocorresse?
____________________________________
____________________________________
____________________________________
___________________________________________________________________
215
5 - A figura a seguir descreve uma regra, conhecida
como "regra da mão direita", para análise da direção e
do sentido do vetor campo magnético em torno de um fio
percorrido por uma corrente elétrica. Analisando a figura,
responda aos itens a seguir.
a) O que representam, na figura, as setas que estão ao lado dos dedos polegar e
indicador?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
__________________________________________________________________
b) Faça um esboço (desenho) das linhas de campo magnético em torno desse fio.
c) Faça uma análise qualitativa relacionando a dependência do módulo do vetor
campo magnético nas proximidades do fio com a intensidade de corrente elétrica e
com a distância em que se encontra do fio.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
__________________________________________________________________
6 - Desenhe, na própria figura, as linhas de campo magnético que surgem na espira
quando o ímã aproxima-se dela, bem como a polaridade que aparece em cada lado.
b) A velocidade de aproximação ou afastamento do ímã em relação à bobina
influencia na intensidade da corrente induzida? Justifique.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
216
c) O número de espiras da bobina é importante na intensidade da corrente induzida
no circuito? Justifique sua resposta.
___________________________________________________________________
__________________________________________________________
7 – a) A figura abaixo possui uma bateria ligada a uma bobina. Qual polo surge na
extremidade direita da bobina? Justifique.
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
b) Explique como a corrente
elétrica fornecida pela bateria gera
o campo magnético que circunda a
bobina.
____________________________
____________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________
8 - Na experiência realizada pelo seu professor, 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?
____________________________________________
____________________________________________
____________________________________________
217
9 - Sabemos que até o início do século XIX a eletricidade e o magnetismo eram
estudados de forma separada, ou seja, considerava-se que não havia nenhuma
ligação entre esses dois fenômenos. No ano de 1820, foi anunciado um
experimento, realizado pelo físico Hans Christian Oersted, que constatou a ligação
entre a eletricidade e o magnetismo. Oersted verificou que a agulha de uma bússola
mudava de direção quando a corrente elétrica passava em um fio condutor que
estava bem próximo dessa bússola. Dessa forma, ele pôde concluir que além dos
ímãs, as correntes elétricas também produzem campo magnético, cujo sentido
depende do sentido da corrente elétrica. A simulação abaixo tem a finalidade de
demonstrar o experimento de Oersted.
Descreva, com riquezas de detalhes, como a simulação pode descrever o
experimento de Oersted
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
10 - Um ímã 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 ímã, sendo essas
posições tracejadas na figura. Desenhe a agulha da bússola nas várias posições
indicadas na figura.
218
11 - Na figura abaixo você observa a distorção na imagem provocada por um ímã
nas proximidades da tela de um monitor. Explique como isso ocorreu.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Questões pertencentes apenas ao pós-teste (L2)
12 – Descreva o que mais gostou durante nosso curso.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
13 – Descreva o que menos gostou durante nosso curso.
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
__________________________________________________________________
219
APÊNDICE F
Intervenção Simulada – Campo Magnético na Bobina IS5
Código Fonte import java.applet.Applet; import java.awt.*; import java.awt.event.*; public class faraday extends Applet implements Runnable, AdjustmentListener, ItemListener, MouseListener, MouseMotionListener { Image img_circuit; Image img_circuit_lamp; Image img_magnet; final int xCenter = 450; final int xMin = 0; final int xMax = 800; int xMagnet; final int yMagnet = 100; double iMovement; boolean bDrag; int coil; Scrollbar hsb_coil; Choice c_lamp; Image img_off; Graphics g_off; private volatile Thread myThread; public void init() { resize(900, 350); setBackground(Color.white); setForeground(Color.black); setLayout(null); setFont(new Font("SansSerif", 0, 16)); Label label = new Label("HE - EJS", 1); add(label); label.setBounds(getSize().width - 200, getSize().height - 20, 200, 20); Label label1 = new Label("n\372mero de espiras", 2); add(label1); label1.setBounds(getSize().width - 320, getSize().height - 50, 215, 20); hsb_coil = new Scrollbar(0, coil, 5, 2, 25);
220
add(hsb_coil); hsb_coil.setBounds(getSize().width - 100, getSize().height - 50, 100, 20); hsb_coil.addAdjustmentListener(this); c_lamp = new Choice(); c_lamp.addItem("galvan\364metro"); c_lamp.addItem("l\342mpada"); c_lamp.select(0); add(c_lamp); c_lamp.setBounds(getSize().width - 200, getSize().height - 75, 200, 20); c_lamp.addItemListener(this); img_circuit = getImage(getCodeBase(), "circuit.gif"); img_circuit_lamp = getImage(getCodeBase(), "circuit_lamp.gif"); img_magnet = getImage(getCodeBase(), "mag_sn.gif"); img_off = createImage(getSize().width, getSize().height); g_off = img_off.getGraphics(); addMouseListener(this); addMouseMotionListener(this); } public void destroy() { } public void update(Graphics g) { paint(g); } public void paint(Graphics g) { g_off.clearRect(0, 0, getSize().width, getSize().height); g_off.drawImage(c_lamp.getSelectedIndex() != 0 ? img_circuit_lamp : img_circuit, 370, 100, this); drawSpring(g_off, 370, 100, 40, 160, coil, false); int i = (int)Math.ceil(Math.abs(iMovement) / 5D); i = Math.min(i, 5) * 2; int ai[] = new int[8 + i * 2]; int ai1[] = new int[8 + i * 2]; int ai2[] = new int[8 + i * 2]; int ai3[] = new int[8 + i * 2]; boolean aflag[] = new boolean[8 + i * 2]; for(int j = 0; j < 8; j++) { ai[j] = xMagnet + (j >= 4 ? 50 : -50); ai1[j] = 94 + 4 * (j % 4); ai2[j] = j >= 4 ? 1 : -1; ai3[j] = 0; aflag[j] = j >= 4; } for(int k = 0; k < 2 * i; k++) { ai[k + 8] = 450 + (k >= i ? 70 : -70); ai1[k + 8] = (100 - 3 * (i - 1)) + 6 * (k % i); ai2[k + 8] = k >= i ? 1 : -1; ai3[k + 8] = 0; if(iMovement > 0.0D) { aflag[k + 8] = k < i; } else {
221
aflag[k + 8] = k >= i; } } drawMagneticField(g_off, ai, ai1, ai2, ai3, aflag); g_off.drawImage(img_magnet, xMagnet - 60, 90, this); g_off.setColor(Color.black); if(!bDrag) { g_off.drawString("arraste-me", xMagnet - 40, 85); } drawSpring(g_off, 370, 100, 40, 160, coil, true); if(c_lamp.getSelectedIndex() == 0) { char c = '\u01C9'; char c1 = '\372'; g_off.setColor(Color.black); double d1 = Math.min(Math.max((iMovement * 3.1415926535897931D) / 90D, -1.0471975511965976D), 1.0471975511965976D); for(int i1 = -1; i1 <= 1; i1++) { g_off.drawLine(c + i1, c1, c + i1 + (int)(40D * Math.sin(d1)), c1 - (int)(40D * Math.cos(d1))); } } else { g_off.setColor(Color.red); for(int l = 0; (double)l < Math.abs(iMovement * 2D); l++) { double d = 6.2831853071795862D * Math.random(); double d2 = 20D + Math.random() * 20D; double d3 = 40D + Math.random() * 20D; int j1 = 450 + (int)(d2 * Math.cos(d)); int k1 = 450 + (int)(d3 * Math.cos(d)); int l1 = 250 + (int)(d2 * Math.sin(d)); int i2 = 250 + (int)(d3 * Math.sin(d)); g_off.drawLine(j1, l1, k1, i2); } } iMovement *= 0.80000000000000004D; iMovement = 0.0D; g.drawImage(img_off, 0, 0, this); } private void drawMagneticField(Graphics g, int ai[], int ai1[], int ai2[], int ai3[], boolean aflag[]) { double d = 0.0D; double d1 = 0.0D; double d2 = 0.0D; double d3 = 0.0D; for(int i = 0; i < ai.length; i++) { double d4 = ai[i] + ai2[i]; double d5 = ai1[i] + ai3[i]; for(int j = 0; j < 100; j++) { if(aflag[i]) { g.setColor(new Color(255 - (57 * j) / 100, (198 * j) / 100, (198 * j) / 100));
222
} else { g.setColor(new Color((198 * j) / 100, (198 * j) / 100, 255 - (57 * j) / 100)); } double d6 = 0.0D; double d7 = 0.0D; for(int k = 0; k < ai.length; k++) { if(d4 != (double)ai[k] || d5 != (double)ai1[k]) { double d9 = Math.pow(d4 - (double)ai[k], 2D) + Math.pow(d5 - (double)ai1[k], 2D); d6 += ((double)((aflag[i] ? 1 : -1) * (aflag[k] ? 1 : -1)) / d9) * ((d4 - (double)ai[k]) / Math.sqrt(d9)) * 500D; d7 += ((double)((aflag[i] ? 1 : -1) * (aflag[k] ? 1 : -1)) / d9) * ((d5 - (double)ai1[k]) / Math.sqrt(d9)) * 500D; } } double d8 = Math.sqrt(d6 * d6 + d7 * d7); if(d8 > 5D) { d6 = (d6 * 5D) / d8; d7 = (d7 * 5D) / d8; } double d10 = d4 + d6; double d11 = d5 + d7; g.drawLine((int)d4, (int)d5, (int)d10, (int)d11); d4 = d10; d5 = d11; } } } public void drawSpring(Graphics g, int i, int j, int k, int l, int i1, boolean flag) { g.setColor(new Color(127, 0, 0)); for(int j1 = 0; j1 < i1; j1++) { if(!flag && j1 == i1 - 1) { g.drawArc(i + (l * 2 * j1) / (2 * i1 + 1), j - k, (l * 3) / (2 * i1 + 1), 2 * k, 0, 180); } if(flag) { g.drawArc(i + (l * 2 * j1) / (2 * i1 + 1), j - k, (l * 3) / (2 * i1 + 1), 2 * k, 60, 120); } } for(int k1 = 0; k1 < i1 - 1; k1++) { if(flag) { g.setColor(new Color(127, 0, 0)); g.drawArc(i + (l * 2 * k1) / (2 * i1 + 1) + (l * 2) / (2 * i1 + 1), j - k, l / (2 * i1 + 1), 2 * k, 180, 90); } else { g.setColor(Color.darkGray);
223
g.drawArc(i + (l * 2 * k1) / (2 * i1 + 1) + (l * 2) / (2 * i1 + 1), j - k, l / (2 * i1 + 1), 2 * k, 270, 120); } } if(flag) { g.setColor(Color.black); g.drawLine(i, j, i, j + k); } } public void start() { myThread = new Thread(this); myThread.start(); } public void stop() { myThread = null; } public void run() { for(Thread thread = Thread.currentThread(); myThread == thread;) { try { repaint(); Thread.sleep(100L); } catch(InterruptedException interruptedexception) { } } } public void adjustmentValueChanged(AdjustmentEvent adjustmentevent) { if(adjustmentevent.getSource() == hsb_coil) { coil = hsb_coil.getValue(); repaint(); } } public void itemStateChanged(ItemEvent itemevent) { repaint(); } public void mouseEntered(MouseEvent mouseevent) { } public void mouseExited(MouseEvent mouseevent) { } public void mouseClicked(MouseEvent mouseevent)
224
{ } public void mouseReleased(MouseEvent mouseevent) { if(bDrag) { bDrag = false; } } public void mousePressed(MouseEvent mouseevent) { if(Math.abs(xMagnet - mouseevent.getX()) < 60 && Math.abs(100 - mouseevent.getY()) < 10) { bDrag = true; } } public void mouseDragged(MouseEvent mouseevent) { if(bDrag) { double d = Math.min(Math.max(mouseevent.getX(), 0), 800); iMovement = ((d - (double)xMagnet) * (double)coil) / 6D; if(d > 450D) { iMovement *= -1D; } if(Math.abs(d - 450D) < 100D) { iMovement *= -1D; } xMagnet = (int)d; } } public void mouseMoved(MouseEvent mouseevent) { if(Math.abs(xMagnet - mouseevent.getX()) < 60 && Math.abs(100 - mouseevent.getY()) < 10) { setCursor(new Cursor(12)); return; } else { setCursor(new Cursor(0)); return; } } public faraday() { xMagnet = 100; bDrag = false; coil = 10; } }
225
ANEXOS
ANEXO A
EMENTA DA DISCIPLINA DE FÍSICA III (EXPERIMENTAL)
FÍSICA III Carga Horária: 80h 3º PERÍODO
EMENTA Eletrodinâmica: circuitos elétricos simples, Eletromagnetismo: Carga e campo elétrico, Lei de Gauss, Corrente, resistência e força eletromotriz, circuitos de corrente contínua, Campo e forças magnéticas, Lei de Ampère, Lei de Faraday, Lei de Lenz e aplicações, corrente alternada, Física Moderna: relatividade, fótons, elétrons e átomos, natureza ondulatória das partículas. Experimentos de Termometria, Calorimetria, Leis da Termodinâmica, Eletrostática, Circuitos elétricos, Eletromagnetismo, Determinação da constante de Planck, Difração da luz, Efeito Fotoelétrico.
BIBLIOGRAFIA BÁSICA YOUNG, H. D; FREEDMAN, R. A. Sears e Zemansky: Física III - Eletromagnetismo 12.ed. São Paulo: Pearson Education, 2009.
WALKER, J.; HALLIDAY, D.; RESNICK, R. Fundamentos de física 2: gravitação, ondas e termodinâmica. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. v. 2. WALKER, J.; HALLIDAY, D.; RESNICK, R. Fundamentos de física 3: eletromagnetismo. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. v. 3.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR CAMPOS, A. A. G. Física experimental básica na universidade. 2. ed. Belo Horizonte: Ed. UFMG, 2008. PERUZZO, J. Experimentos de física básica: termodinâmica, ondulatória e óptica. São Paulo: Ed. Livraria da Física, 2012. TIPLER, P. A. Física para cientistas e engenheiros: mecânica, oscilações e ondas termodinâmicas. 3. ed. São Paulo: Guanabara Koogan, 2011. v. 1. WALKER, J.; HALLIDAY, D.; RESNICK, R. Fundamentos de física 4: óptica e física moderna. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. v. 4.