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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Programa de Mestrado Profissionalizante em Ensino de Ciências e Matemática
Área de Concentração: Física
UTILIZAÇÃO DE ORGANIZADORES PRÉVIOS PARA
APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DO MAGNETISMO E DO
ELETROMAGNETISMO
Roberto Luiz de Azevedo
Belo Horizonte
2010
Roberto Luiz de Azevedo
UTILIZAÇÃO DE ORGANIZADORES PRÉVIOS PARA
APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DO MAGNETISMO E DO
ELETROMAGNETISMO
Dissertação apresentada ao Programa de
Mestrado Profissionalizante em Ensino de
Ciências e Matemática, como parte dos requisitos
para a obtenção do grau de Mestre em Ensino de
Física, elaborada sob a orientação da Profa. Dra.
Maria Inês Martins.
Belo Horizonte
2010
FICHA CATALOGRÁFICA Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Azevedo, Roberto Luiz de A994u Utilização de organizadores prévios para aprendizagem significativa do
magnetismo e do eletromagnetismo / Roberto Luiz de Azevedo. Belo Horizonte, 2010.
157f. : il. Orientadora: Maria Inês Martins Dissertação (Mestrado) – Pontifícia Universidade Católica de Minas
Gerais. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática. 1. Aprendizagem cognitiva. 2. Magnetismo – Estudo e ensino. 3.
Eletromagnetismo – Estudo e ensino. 4. Ensino – Metodologia. I. Martins, Maria Inês. II. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática. III. Título.
CDU: 37.025
Roberto Luiz de Azevedo
Utilização de organizadores prévios para aprendizagem significativa do Magnetismo e
do Eletromagnetismo.
Dissertação defendida publicamente no Mestrado
Profissionalizante em Ensino de Ciências e
Matemática - Área de Concentração: Física - da
Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
e aprovada pela seguinte Comissão Examinadora:
Profa. Dra. Maria Inês Martins (Orientadora) – PUC Minas
Prof. Dr. Lev Vertchenko – PUC Minas
Prof. Dr. Antônio Tarciso Borges - UFMG
Belo Horizonte, 02 de março de 2010.
A minha esposa Claudimeire e ao meu filho
Guilherme, que me apoiaram nesta caminhada.
AGRADECIMENTOS
A Deus, que me permitiu viver este momento tão especial;
a minha mãe, que me deu forças por meio de suas orações e ao meu pai, que me ensinou a
perseverar;
a minha família, pela compreensão que tiveram comigo;
à PUC-MG, representada por seus funcionários e professores, pela oportunidade e recursos
disponibilizados para a realização deste mestrado;
aos colegas de turma, por me incentivarem a continuar lutando;
ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia, Campus Machado (IFET-Machado),
na pessoa do diretor Walner Mendes, que ofereceu suas instalações para que a pesquisa de
campo pudesse ser realizada;
aos alunos do IFET-Machado, Cleidiane, Josiane, Marinês, Lucas, Willian, Renato, Thaison,
Gabriel, Agnaldo, Eduardo, Aloísio e Jaques, pela valiosa contribuição que deram à pesquisa,
participando ativamente das atividades;
aos funcionários Renato e Elber, da mecanografia do IFET-Machado, pela imperiosa
contribuição nas filmagens, edição das fotos e filmes;
a todos aqueles que, de uma forma direta ou indireta, contribuíram para a realização deste
trabalho.
Agradecimento especial
À minha orientadora Profa. Dra. Maria Inês Martins, por seus conhecimentos,
presteza, dedicação, amizade, paciência e respeito cultivados nestes anos de trabalho.
Sem dúvida, nossa convivência durante este período resultou em uma ótima
experiência para minha formação acadêmica e profissional.
A essência do processo de aprendizagem significativa está em que as idéias simbolicamente expressas sejam relacionadas de maneira não-arbitrária e substantiva ao que o aprendiz já sabe, ou seja, a algum aspecto relevante da sua estrutura de conhecimento.
David Paul Ausubel.
RESUMO
Como organizadores prévios, utilizamos textos retirados de revistas científicas e realização de
oficinas, em que os discentes colocaram “a mão na massa” para construírem os experimentos
propostos. Um mapa conceitual foi utilizado como recurso instrucional e apresentado no
término da aplicação da metodologia. Analisando as falas dos alunos e suas respostas antes e
depois da aplicação dos organizadores prévios (textos motivadores e oficinas), percebemos
uma mudança conceitual, isto é, um alargamento de seus conceitos prévios, assim como uma
sedimentação das ideias âncoras que existiam antes em sua estrutura cognitiva. Objetivando
auxiliar o docente na utilização dos organizadores prévios como uma estratégia de ensino na
preparação dos alunos para uma aprendizagem significativa, foi produzido um guia de
orientação para implementação dessa metodologia. Esse guia contém as estratégias que
podem ser adotadas pelo professor na condução de uma aprendizagem significativa.
Palavras-chave: Aprendizagem Significativa, Organizadores Prévios, Mapa Conceitual,
Magnetismo, Eletromagnetismo.
ABSTRACT
As prior organizers, were utilized texts drawn from scientific journal and wokshops, where
the students put “hands-on” to build the propose experiments. A conceptual map was used as
an instructional resource and presented at the end of the application of the methodology.
Analyzing the speech of the students and their responses before and after application of
organizers (texts and motivational workshops), we perceived a conceptual change, namely, an
extension of their preconceptions, as well as a storehouse of ideas anchors that existed before
in your cognitive structure. Aiming to assist the teacher in the use of prior organizers as a
teach strategy in preparing of the students for a meaningful learning was produced a guideline
for implementation of this methodology. This guide contains strategies that can be adopted by
the teacher in conducting a meaningful learning.
Keywords: Meaningful Learning, Prior Organizers, Conceptual Map, Magnetism,
Electromagnetism.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – Quadro de competências e habilidades de Física a serem estimuladas e
desenvolvidas pelos alunos do Ensino Médio.................................................................... 31-32
FIGURA 2 - Mapa Conceitual................................................................................................. 41
FIGURA 3 - Mapa conceitual do Magnetismo e Eletromagnetismo para o Ensino Médio.... 43
FIGURA 4 - Sequenciação de etapas da aplicação da metodologia........................................ 46
FIGURA 5 - Princípio de assimilação..................................................................................... 51
FIGURA 6 - Etapas da pesquisa: uma visão geral................................................................... 59
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Resultado do PISA - Brasil – 2000, 2003 e 2006.............................................. 19
LISTA DE SIGLAS
CEFET -CE - Centro Federal de Educação Tecnológica do Ceará.
ENEM – Exame Nacional do Ensino Médio.
IFET – Instituto Federal de Educação Tecnológica.
INEP – Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais.
LDB – Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional.
MEC – Ministério da Educação.
OCDE – Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico.
PCNEM – Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio.
PISA – Programa Internacional de Avaliação de Alunos.
PNLEM – Programa Nacional do Livro Didático para o Ensino Médio.
SEB – Secretaria de Educação Básica.
UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................
2. CONTEXTO DA PESQUISA ................................................................
3. REVISÃO DE LITERATURA ..............................................................
4. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .........................................................
4.1 A aprendizagem significativa e a legislação educacional vigente .....
5. METODOLOGIA ...................................................................................
5.1. Organizadores prévios para a aprendizagem do magnetismo e do
eletromagnetismo no ensino médio ............................................................
5.2. Cronograma da pesquisa .....................................................................
13
17
23
31
31
56
56
58
6. ANÁLISE DOS RESULTADOS ...........................................................
6.1. Análise das questões antes e depois da metodologia .........................
62
73
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................
REFERÊNCIAS ..........................................................................................
APÊNDICES ...............................................................................................
Pré questionário ...........................................................................................
Oficinas .........................................................................................................
Guia ...............................................................................................................
ANEXOS ......................................................................................................
Textos ............................................................................................................
83
86
90
91
94
127
149
149
13
1. INTRODUÇÃO
Em matéria sobre Educação do jornal JC on line, publicada em 02/05/2008, intitulada
“Ensino Médio terá novo modelo”, a Agência do Brasil (2008) relata preocupação do MEC
com respeito ao Ensino Médio oferecido aos nossos alunos que, na maioria das vezes,
frequentam a escola desmotivados e desinteressados pela aprendizagem.
Essa preocupação, presente para a grande maioria dos professores, faz com que sejam
experimentadas variadas metodologias para despertar o interesse de seu alunado. Muitos são
os atrativos externos ao ambiente escolar e, por essa razão, o aprimoramento metodológico de
ensino pode ampliar a motivação e o interesse dos alunos pelo estudo, no caso, da Física.
A perspectiva da pesquisa, embasada em nossa experiência docente de 15 anos no
Ensino Médio, estimulou a busca de uma abordagem diferenciada daquela que
tradicionalmente é adotada. Procuramos investigar sobre os fundamentos do Magnetismo e do
Eletromagnetismo, por considerarmos que esses conteúdos apresentam grande dificuldade de
entendimento por parte dos alunos, em razão de seu grau de abstração e seu enfoque
tridimensional.
A inspiração e motivação para o desenvolvimento desse tema de pesquisa se
consubstanciam na procura e no anseio de muitos profissionais do ensino por metodologias
alternativas que venham a dinamizar e significar o aprendizado da Física, além de motivar o
O ENSINO MÉDIO TERÁ NOVO MODELO
da Agência Brasil
da Folha Online
“Fazer com que o jovem na faixa etária dos 15 aos 17 anos se interesse pela escola e
que a escola permita ao jovem descobrir suas potencialidades. Estes são desafios
discutidos por um grupo de trabalho formado por especialistas da Secretaria de
Educação Básica (SEB/MEC) e do Núcleo de assuntos estratégicos da Presidência da
República. As discussões buscam delinear um projeto pedagógico para que o ensino
médio se torne mais atrativo ao estudante e leve em conta, entre outros aspectos, a
organização curricular, formação docente e o ingresso no ensino superior”.
14
alunado para uma nova fase acadêmica de descobertas que a aprendizagem significativa1 da
Física potencializa.
Não temos a intenção de solucionar, com este trabalho, os problemas do ensino de
Física na Educação Básica, e sim apontar alternativas metodológicas capazes de ampliar o
“leque de opções” dos professores, sugerindo-lhes uma abordagem diferente para os
conteúdos do Magnetismo e do Eletromagnetismo. Além disso, o objeto de estudo desta
pesquisa - desenvolvimento de uma metodologia alternativa para o ensino de Física - vem
somar às mudanças pelas quais passa o Ensino Médio.
Advogamos que a aprendizagem seria mais significativa e motivadora se a Física fosse
abordada de uma maneira contextualizada, com referências às situações cotidianas do aluno e
com o foco em seus conhecimentos prévios, aproveitando suas experiências socioculturais.
A motivação para o estudo da Física inicia-se da evocação daquilo que o aluno
conhece sobre o assunto a ser estudado. Para trazer à tona o conhecimento prévio do aprendiz,
utilizamos materiais instrucionais2 tais como: revistas, artigos, reportagens, entre outros que
tratam do assunto Magnetismo e Eletromagnetismo, além da realização de oficinas3.
Embora reconheçamos que tanto a ênfase dada à álgebra quanto os experimentos
demonstrados aos alunos desempenham um papel importante na aprendizagem da Física,
acreditamos, contudo, que neste nível de ensino, essas estratégias assumem um papel de
coadjuvante, ao passo que, o levantamento dos conceitos prévios dos discentes, bem como da
“ativação” da estrutura cognitiva dos alunos para o novo conhecimento a ser assimilado,
podem ser protagonistas no processo ensino/aprendizagem.
Hipotetizamos que a elaboração de um conteúdo, levando em conta os conhecimentos
prévios dos alunos, levantados a priori, juntamente com os materiais instrucionais
desempenhando o papel de “pontes cognitivas” e, interligando suas concepções espontâneas
1 Neste trabalho, compreende-se aprendizagem significativa na perspectiva de Ausubel (2003), conceito que será detalhado no capítulo 4 - Fundamentação Teórica. 2 Entendem-se por materiais instrucionais aqueles que contribuem com o aprendizado significativo do aluno, sendo constituídos por reportagens de revistas, artigos, curiosidades, históricos sobre o Magnetismo e o Eletromagnetismo. Serão introduzidos, antes do aluno estudar tradicionalmente, tais tópicos, sendo, por isso, considerados como organizadores prévios. Organizadores prévios são materiais introdutórios apresentados aos alunos antes da matéria, em um nível de abstração, generalidade e inclusividada maior do que a matéria em si e, explicitamente relacionado com suas pré-concepções, servindo de ponte cognitiva entre aquilo que o aluno sabe e aquilo que se deseja que ele aprenda. Doravante, onde se lê “materiais instrucionais” entende-se por “organizadores prévios”, e vice-versa. 3 Entende-se por oficinas como interação dos alunos com o objeto de aprendizagem, ou seja, “mão na massa” ou “hands on”. Essa interação se dará pela construção de protótipos. A realização das oficinas constitui, também, em um material instrucional e, consequentemente, em um organizador prévio.
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sobre o assunto com os conceitos a serem aprendidos, potencializem a aprendizagem mais
efetiva e significativa de conceitos físicos.
Numa fase terminal da aplicação da metodologia, apresentamos aos discentes um
mapa conceitual4, cujo objetivo seria apresentar os principais conceitos envolvidos com os
tópicos em estudo e suas inter-relações.
Abordamos os conceitos do conteúdo de Magnetismo e de Eletromagnetismo com
discentes do Ensino Médio da rede pública de ensino do estado de Minas Gerais, do Instituto
Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Machado, por meio de uma instrução orientada
que considera as concepções espontâneas dos discentes, mediadas por materiais instrucionais.
O produto final produzido por essa pesquisa consiste no material didático impresso
preparado para o desenvolvimento da metodologia sugerida (APÊNDICE C), assim como os
questionários (APÊNDICE A).
Os materiais instrucionais funcionam como ponte entre aquilo que é conhecido pelo
aprendiz e o que ele precisa saber, almejando esse aprendizado de maneira significativa, de
acordo com a Teoria da Aprendizagem Significativa de David P. Ausubel.
No segundo capítulo, apresentamos o contexto da pesquisa, em que justificamos e
abordamos os objetivos do desenvolvimento da metodologia de ensino do Magnetismo e do
Eletromagnetismo com a utilização dos materiais instrucionais.
No terceiro capítulo, fazemos uma revisão da literatura, incluindo artigos de
periódicos científicos, livros didáticos e livros de divulgação científica que abordam o ensino
contextualizado da Física na educação básica.
No quarto capítulo, discutimos a fundamentação teórica do trabalho por meio do
referencial teórico da Teoria da Aprendizagem Significativa de David P. Ausubel, para
embasar a metodologia a ser desenvolvida, tratando ainda da aprendizagem significativa e da
legislação educacional vigente.
O referido capítulo traz, ainda, outros trabalhos nos quais a ênfase está na discussão da
Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel, sendo que esses trabalhos foram feitos
com intuito de preparação para o estudo da obra original de David Paul Ausubel.
A seguir, no quinto capítulo, há a descrição da aplicação da abordagem do
Eletromagnetismo por meio da metodologia sugerida, em uma escola do Ensino Médio
escolhida para o desenvolvimento da presente proposta.
4 Assunto tratado pormenorizadamente no capítulo 4 – Fundamentação Teórica.
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No sexto capítulo, será feita uma análise dos resultados obtidos da aplicação da
metodologia de ensino proposta.
Finalmente, no sétimo capítulo, são apresentadas as considerações finais.
17
2. CONTEXTO DA PESQUISA
A Educação Brasileira passa por inúmeras transformações, tanto no âmbito legal
quanto na elaboração de projetos de pesquisa que procuram potencializar a prática docente em
sala de aula. Buscando atender a tais mudanças, desenvolvemos este trabalho de pesquisa
procurando estar em sintonia com as bases legais, para proporcionar aos professores uma
alternativa na abordagem de um determinado tema de estudo. Apesar de termos concentrado
nossa atenção no Magnetismo e o Eletromagnetismo, nada impede de aplicar a metodologia
proposta aos outros campos da Física.
A Lei de Diretrizes Básicas da Educação Nacional (LDB) - Lei n0 9.394/1996 -, em
seu capítulo II da Educação Básica, seção I, artigo 22 prevê que a educação básica possui por
objetivo a formação cidadã dos alunos: “A educação básica tem por finalidade desenvolver o
educando, assegurar-lhe a formação comum indispensável para o exercício da cidadania e
fornecer-lhe meios para progredir no trabalho e em estudos posteriores” (BRASIL, 1998, p.8).
A utilização das oficinas como um dos organizadores prévios colocou os alunos em
contato com os princípios de funcionamento de alguns equipamentos, apresentando conceitos
articulados à compreensão do funcionamento de aparatos tecnológicos e do cotidiano. Nesse
sentido, as oficinas empregadas como material instrucional contribuem para a compreensão
dos fenômenos contemporâneos e, consequentemente, para a construção da cidadania.
A mesma lei, em seu artigo 3º, título II, preconiza como princípios do ensino:
a liberdade de aprender, ensinar, pesquisar e divulgar a cultura, o pensamento, a arte e o saber, o pluralismo de idéias e de concepções pedagógicas, o respeito à tolerância, a garantia do padrão de qualidade, a valorização da experiência extra-escolar e a valorização entre a educação escolar, o trabalho e as práticas sociais (BRASIL, 1998, p.1).
A pesquisa se harmoniza com aquilo que é preconizado na LDB, mais precisamente no
tocante à valorização das experiências extraescolares que são estimuladas em benefício de
uma aprendizagem significativa.
Essa legislação se materializa por meio dos Parâmetros Curriculares Nacionais para o
Ensino Médio (PCNEM) - 1999, procurando atender à premente necessidade de atualização
da Educação Brasileira que, dentre outras propostas, deve superar as limitações do Ensino
Médio, focalizado na formação pré-universitária (ensino propedêutico) e/ou
profissionalizante.
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O Ensino Médio deve deixar de ser preparatório para o ensino superior e estritamente
profissionalizante, passando, então, a assumir a complementação da educação básica, “[...]
isso significa preparar para a vida, qualificar para a cidadania e capacitar para o aprendizado
permanente, em eventual prosseguimento dos estudos ou diretamente no mundo do trabalho”
(BRASIL, 1999, p. 8)
A busca dos alunos por uma aprendizagem duradoura é a necessidade que está prevista
pelos PCNEM, conferindo aos aprendizes uma preparação mais sedimentada para a vida,
além da continuidade em seus estudos posteriores ou em seu trabalho.
Os PCNEM deixam clara a importância da existência e da disseminação dos cursos
técnicos, com a pretensão do Governo Federal em criar centenas de escolas técnicas
profissionalizantes, “[...] mas, que essa especialização não comprometa a formação geral para
a vida pessoal e cultural em qualquer tipo de atividade” (BRASIL, 1999, p. 8).
Tendo em vista ainda alguns dados sobre o Ensino Médio, como os de reprovação
nessa fase de ensino, justificamos, também, a abordagem temática desta pesquisa no tocante
ao aspecto pedagógico/metodológico.
Advogamos que, posto o aluno como o agente participativo de sua própria
aprendizagem e tornando significativos os conceitos, como pretende a metodologia sugerida,
sua motivação é potencializada, assim como seu interesse, podendo impactar inclusive na taxa
de reprovação.
Outro bom indicativo da situação da Educação Brasileira é o resultado do PISA (sigla,
do inglês, para “Programa Internacional de Avaliação de Alunos”), por se tratar de uma
avaliação internacional, podemos ter um comparativo com outros países.
Entre outros objetivos do PISA está a avaliação de conhecimentos e habilidades que
são necessários em situações de vida real. Esse objetivo específico do PISA vem mais uma
vez reforçar mudanças curriculares e metodológicas do Ensino Médio, compactuando com a
LDB e os PCNEM.
A primeira edição do PISA ocorreu em 2000 e a cada 3 (três) anos uma nova avaliação
é feita com alunos de 15 anos de idade. O PISA de 2000 avaliou o desempenho dos estudantes
em Leitura, ficando Ciências e Matemática em segundo plano, na avaliação de 2003, a área
principal foi a Matemática, e no de 2006, a principal área foi Ciências.
Os resultados do PISA, divulgados pela Organização para a Cooperação e
Desenvolvimento Econômico (OCDE), não foram animadores; a péssima posição do Brasil
no ranking de aprendizado em ciências se repetiu nas provas de Matemática e Leitura,
mostrando que os alunos brasileiros obtiveram, em 2006, médias que redundaram na 53ª
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posição em Matemática (entre 57 países), na 48ª em Leitura (entre 56 países) e na 52ª posição
em Ciências.
O pior resultado aparece em Matemática. Numa escala que vai até seis, 73% dos
brasileiros estão situados no nível 1 (um) ou abaixo disso.
Em Leitura, 56% dos jovens estão apenas no nível 1 (um) ou abaixo dele. Na escala,
que vai até cinco nessa prova, significa que são capazes apenas de localizar informações
explícitas no texto e fazer conexões simples.
Em Ciências, 61% tiveram desempenho que os colocam abaixo ou somente no nível 1
(um) de uma escala que vai até seis. Isso significa que seu conhecimento científico é limitado
e aplicado somente às poucas situações familiares.
Comparando o desempenho do Brasil no exame de 2003 (que já era ruim) com o de
2006, as notas pioraram em Leitura, ficaram estáveis em Ciências e melhoraram em
Matemática.
Na última aplicação do PISA, o Brasil subiu 14 pontos em Matemática, só superado,
entre os convidados, pela Indonésia (31 pontos) e, considerando os membros da OCDE, pelo
México (20 pontos).
A seguir, veja a tabela com os dados referenciados:
TABELA 1
Resultado do PISA - Brasil – 2000, 2003 e 2006
Pisa 2000 Pisa 2003 Pisa 2006
Número de alunos participantes 4.893 4.452 9.295
Ciências 375 390 390
Leitura 396 403 393
Matemática 334 356 370
Fonte: BRASIL, Ministério da Educação, Inep, Resultado do PISA, 2007
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Como há uma margem de erro para cada país, a colocação brasileira pode variar da
53ª, no melhor cenário, para a 55ª, no pior. O mesmo ocorre para as provas de Leitura e
Ciências. Em Leitura, varia da 46ª à 51ª. Em Ciências, da 50ª à 54ª.
Explicando a tabela temos: no nível abaixo de 1 ficam aqueles que chegam a 358
pontos; no 1, de 358 a 420; no 2, de 421 a 482; no 3, de 483 a 544; no 4, de 545 a 606; no 5,
de 607 a 668; e no nível 6, de 669 para cima.
Para a OCDE, encontram-se no nível 1 os estudantes que conseguem responder
questões envolvendo contextos familiares, onde toda a informação está presente e as questões
estão claramente definidas. No nível 2, os estudantes conseguem interpretar e reconhecer
situações em contextos que requerem nada além do que uma inferência direta. No nível 3, os
estudantes conseguem executar procedimentos claramente descritos, selecionar e pôr em
prática estratégias de resolução de problemas simples. Os estudantes do nível 4 podem
trabalhar efetivamente com modelos explícitos sobre situações complexas concretas, que
podem envolver situações difíceis ou necessitar tomadas de decisões. No nível 5, os alunos
são capazes de desenvolver trabalhos com modelos sobre situações complexas, identificando
vínculos e especificando suposições. No nível 6, estudantes conseguem conceitualizar,
generalizar e utilizar informações baseadas em suas próprias investigações e modelagem de
situações-problema complexas. (BRASIL, Ministério da Educação, Inep, 2009)
De acordo com o Inep, em 2009 participaram cerca de 50 mil alunos, de 990 escolas
públicas e privadas, das áreas rural e urbana de 587 municípios, em todos os estados do País,
além do Distrito Federal e, os resultados finais da avaliação de 2009 serão divulgados pela
OCDE em dezembro de 2010.
Diante do atual contexto do ensino nas escolas públicas e privadas e, sobretudo, pela
prática pedagógica dos professores de Física, justificamos a escolha do tema de pesquisa:
Utilização de Organizadores Prévios para Aprendizagem Significativa de Conceitos de
Magnetismo e de Eletromagnetismo, em que se propõe uma metodologia embasada na Teoria
da Aprendizagem Significativa de David P. Ausubel.
O novo Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM) é outro bom indicativo das
mudanças pelas quais passa o Ensino Médio. A tônica do novo ENEM é baseada em questões
mais contextualizadas, onde essas privilegiam o raciocínio em detrimento à memorização de
“fórmulas”, à “decoreba” de “macetes”. O presidente do Inep, Reynaldo Fernandes, relata: “A
prova ficará no meio do caminho entre o excesso de informações cobradas no vestibular e o
21
pouco conteúdo do antigo ENEM. Testará mais a capacidade de solucionar problemas da vida
real do que o conhecimento acumulado” (VEJA, 2009).
Como a aprendizagem no Ensino Médio deve ser voltada para a aquisição de
habilidades e de competências por parte do aluno, a proposta desta pesquisa procura alinhar-
se com essa mudança do processo seletivo, em que o conhecimento “enciclopédico” antes
preconizado não tem mais espaço numa sociedade dinâmica, onde as informações chegam a
uma grande velocidade e de fácil acessibilidade. Concordamos com a perspectiva do
coordenador do PISA, Andreas Shleicher, ao relatar que: “Mais importante que estocar
conhecimento é, sem dúvida, saber ordenar tantas informações disponíveis e chegar a uma
conclusão” (VEJA, 2009). Isso denota a atualidade e o engajamento da presente pesquisa no
cenário da educação.
Este trabalho objetiva buscar metodologias alternativas, facilitadoras do aprendizado
significativo, ou seja, metodologias que potencializem a aplicabilidade da Física em nossas
vidas, reconhecendo a Física envolvida com o nosso vivencial. Além disso, objetivamos
contribuir com as transformações pelas quais o ensino brasileiro passa, auxiliando a prática
docente em sala de aula.
Supomos que a aprendizagem possa ser mais significativa quando a Física for
abordada, particularmente no Ensino Médio, focalizando conteúdos elaborados, partindo
daquilo que o aluno possui internalizado em sua estrutura mental (cognitiva). Em outras
palavras, aproveitando como ancoradouro aos novos conhecimentos seus próprios
conhecimentos adquiridos vivencialmente.
Como a aprendizagem significativa não ocorre, portanto, num vácuo cognitivo, ou
seja, deverá existir na estrutura cognitiva do aprendiz “ideias âncoras”, “esteios ideacionais”
ou subsunçores5, em que o novo conhecimento possa se ligar de maneira substantiva e não
literal. Dessa forma, caberá ao professor a elaboração de meios facilitadores dessa
aprendizagem significativa.
O livro didático pode ser um dos meios facilitadores dessa aprendizagem, sobretudo,
ao considerar aqueles recomendados pelo Programa Nacional do Livro Didático para o Ensino
Médio (PNLEM) - 2007. Tais livros tendem a estar sintonizados e alinhados com essa
perspectiva de ensino mais significativo e contextualizado, ainda que mantenham, de certo
modo, uma vinculação com a perspectiva seriada. Isso é uma exigência da atual conjuntura
5 Conceito tratado no capítulo 3 – Revisão de Literatura.
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educacional que passa por transformações, e essas mudanças perpassam, também, pelos
docentes que devem acompanhá-las, incorporando-as à sua práxis.
Cabe aos professores a capacidade de suscitar nos discentes experiências pedagógicas
significativas, diversificadas e em consonância com a contemporaneidade. Segundo essa
ótica, os materiais de ensino, as metodologias alternativas de ensino e aprendizagem têm um
papel imperioso na aprendizagem do aluno.
A culminância da pesquisa é oferecer um material de apoio aos professores - produto
deste trabalho - de modo a potencializar uma prática pedagógica motivadora para os alunos.
Concentramos em alguns conceitos de Magnetismo e de Eletromagnetismo, tais como,
campo magnético e força magnética, mediante uma abordagem diferenciada da tradicional,
isto é, uma focalização naquilo que o aluno traz de conhecimento sobre o assunto e ação sobre
os pontos de ancoragem (ideias âncoras) conseguidos pela utilização de materiais
instrucionais e pelo mapa conceitual que parecem provocar uma facilitação no entendimento.
23
3. REVISÃO DE LITERATURA
Para esta pesquisa, utilizamos como consulta e fundamentação teórica parte de um
grande acervo científico que discute o uso de metodologias diferenciadas para o ensino da
Física, sobretudo, trabalhos que utilizam a Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel.
Entre os mais pertinentes a esse trabalho, destacamos aqueles citados neste capítulo,
juntamente com as discussões, correlações e contraposições à presente pesquisa.
Ao estudar as inúmeras publicações, observamos a preocupação com o ensino de
Física nas últimas décadas, sobretudo no que diz respeito à busca de metodologias
alternativas, minimizadoras do desinteresse e maximizadoras da motivação dos alunos.
No artigo intitulado Sobre o uso de metodologias alternativas para o ensino e
aprendizagem de ciências, Yamazaki; Yamazaki (2006) fazem um levantamento das diversas
metodologias utilizadas no ensino de ciências.
Segundo os autores, o ensino e aprendizagem da Física podem ser melhorados por
meio de metodologias que potencializem a criatividade, a criticidade e a motivação dos
alunos.
O ensino através de brincadeiras, jogos, desafios etc, parecem provocar aprendizagem de forma mais eficiente no sentido de que os estudantes além de mostrarem-se dinâmicos quando em meio ao processo, mostram-se também dispostos a continuar a aprendizagem mesmo que em outros contextos[...] (YAMAZAKI; YAMAZAKI, 2006, p.1).
As oficinas, bem como a exploração das reportagens de revistas científicas, vêm
dinamizar e colocar os estudantes como os protagonistas no processo da sua aprendizagem.
Com isso, esperamos um aumento do interesse e da motivação dos alunos, uma vez que se
tornarão agentes participativos e integrantes em seu processo de aprendizagem.
A apresentação das oficinas, tal como se propõe nesta pesquisa, possui um diferencial
em relação às brincadeiras, jogos, desafios, no que diz respeito ao envolvimento efetivo do
aluno na construção dos protótipos propostos. Nesse sentido, acreditamos que a utilização das
oficinas como um instrumento motivador para a aprendizagem subsequente promova um
maior interesse no aluno pelo assunto estudado.
Um aspecto preponderante a se considerar é o interesse do alunado em “querer
aprender” determinado tópico. Caso não haja tal interesse, não será essa ou aquela
metodologia eficiente. Conforme colocação do próprio Ausubel 2003, deve haver uma
24
predisposição dos alunos em aprender e, por outro lado, uma “vontade pedagógica” por parte
dos docentes em se adaptarem às formas alternativas de aprendizagem, fugindo do
tradicionalismo e encarando aquilo que é “novo”.
Na publicação do Centro Federal de Educação Tecnológica do Ceará (CEFET-CE),
em 2004, intitulada Oficinas de Física: uma proposta para desmistificar o ensino de Física e
conduzir para uma aprendizagem significativa, Sales; Barbosa (2004) abordam a aplicação da
metodologia de oficinas para o ensino de Física no CEFET-CE, em turmas dos cursos
técnicos, e/ou do ensino médio, com cerca de 25 alunos.
Os resultados obtidos com a utilização das oficinas foram satisfatórios no sentido da
interação social e da valorização do conhecimento informal e intuitivo, conduzindo a uma
aprendizagem efetiva. Segundo os autores, as oficinas de Física possuem por finalidade:
Desmistificar o ensino de Física, apontar para um caminho lúdico e prazeroso, reduzir a dicotomia teoria-prática e explorar uma Física fenomenológica, contextualizada e interdisciplinar. Utilizam materiais concretos de fácil aquisição e conduzem à confecção de modelos experimentais que facilitam o entendimento dos fenômenos físicos que se desejam estudar (SALES; BARBOSA, 2004, p.1).
Propomos, conforme fundamentação a ser apresentada no capítulo seguinte, a
utilização dos materiais instrucionais e o uso de conceitos subsunçores6 relevantes - sendo
utilizados como organizadores prévios7, a fim de se estabelecerem pontes cognitivas ou
“ideias âncoras”, criando, dessa forma, uma facilitação no entendimento entre os conceitos já
estabelecidos cognitivamente pelo aluno e os conceitos propostos para o aprendizado,
preparando-o para o conteúdo a ser assimilado.
Nesta pesquisa, reforçamos nossa proposta de trabalhar com as oficinas como um
caminho na formação de subsunçores relevantes na estrutura cognitiva dos alunos, na medida
em que:
As oficinas de Física conduzem os alunos para uma aprendizagem significativa, podendo ser aplicada mesmo antes de se enveredar pelos trâmites teóricos. Desta maneira, elas funcionam como “organizadores prévios” – estratégia proposta por Ausubel com fins de manipular a estrutura cognitiva, cujo intuito é provocar correlações entre o conhecimento que o aprendiz sabe e o que ele deverá vir a
6 Ideia mais ampla que funciona como subordinador de outros conceitos na estrutura cognitiva e como ancoradouro no processo de assimilação. 7 Organizador prévio é um material introdutório apresentado num grau mais elevado de generalidade, inclusividade e abstração do que a própria tarefa de aprendizagem. Objetiva-se preencher a lacuna entre aquilo que o aluno já sabe e aquilo que ele precisa saber.
25
saber, para que esse conhecimento seja aprendido de forma significativa (SALES; BARBOSA, 2004, p.3).
No artigo Uma proposta para ensinar os conceitos de campo elétrico e magnético:
uma aplicação da história da Física, Magalhães; Santos; Dias (2002) sugerem a utilização da
história da Física como organizadores prévios, revelando a preocupação com as novas
metodologias para o ensino da Física, para uma aprendizagem significativa.
Nesse artigo, os autores comentam que “[...] nosso pressuposto é que a história da
Física pode ser um elemento facilitador de uma aprendizagem significativa, na medida em
que funciona como organizador prévio” (MAGALHÃES; SANTOS; DIAS, 2002, p.3). É
proposto a história da Física como agente otimizador da aprendizagem e como um
organizador prévio da compreensão conceitual de fenômenos Eletromagnéticos, não só da
compreensão, mas:
[...] que os alunos percebam que os fenômenos Eletromagnéticos estão presentes não somente no dia-a-dia deles, mas são essenciais em muitas pesquisas atualmente em curso nos mais modernos laboratórios, realizadas de acordo com os padrões científicos de pesquisa, internacionalmente adotados (MAGALHÃES; SANTOS; DIAS, 2002, p.4).
A abordagem do Eletromagnetismo como propõe este trabalho de pesquisa, com a
utilização da história como organizador prévio, possui um problema a ser considerado. Essas
histórias podem ser apresentadas de modo reducionista, o que pode levar o aluno a
interpretações fragmentadas e incompletas dos processos de construção do conhecimento e da
evolução da Ciência. Isso requer uma pesquisa e estudo aprofundado por parte do professor
antes de apresentar a história como um organizador prévio.
Outra questão é a veiculação implícita de uma visão empirista-indutivista de produção
do conhecimento, podendo levar à noção de que as teorias científicas são descobertas a partir
de observações livres de pressupostos teóricos.
As oficinas promovem uma maior interação, uma participação ativa dos alunos e
maior socialização dos mesmos, bem como possibilitam a problematização dos vários
assuntos apresentados ao longo da execução dos projetos propostos.
Com as oficinas, os discentes possuem três momentos distintos de aprendizagem:
aquele que antecede a consecução dos protótipos, (aquisição das competências necessárias
para a construção dos protótipos), o momento de “hand on”, ou seja, de “mão na massa”, e o
término da construção do protótipo quando, funcionando ou não, existirão sempre questões a
serem debatidas.
26
Em outro artigo estudado, com o título: Aprendizagem significativa e o ensino de
ciência8, Tavares (2005) utiliza a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel na
construção de objetos de aprendizagem, juntamente com a teoria da codificação dual9 de
Allan Paivio (MAYER, 2003).
De acordo com essa teoria, a aprendizagem se torna potencialmente efetiva quando a
transmissão dos conceitos se dá de forma verbal e visual, o que está em consonância com
Ausubel, ao considerar que a aprendizagem significativa receptiva verbal é potencialmente
eficiente para a faixa etária dos alunos estudados, ou seja, no desenvolvimento do estágio de
raciocínio abstrato: “[...] neste estágio do desenvolvimento, o emprego adequado da
aprendizagem receptiva verbal é altamente significativo” (AUSUBEL; NOVAK;
HANESIAN, 1980, p.101).
O pesquisador considera que, ao ser apresentado a um conjunto de informações novas,
se o aluno conseguir fazer conexões entre esse conjunto e o seu conhecimento prévio, ele
estará construindo significados pessoais acerca dessas novas informações, transformando-as
em conhecimento e, ainda argumenta que “será muito proveitoso para o aluno se o seu
primeiro contato com determinado conteúdo for através de um mapa conceitual10 construído
por um especialista” (TAVARES, 2005, p. 3). Dessa maneira, o aluno consegue ter uma visão
panorâmica do conteúdo, elucidando quais os conceitos mais importantes e suas conexões em
um corpo de conhecimento.
O mapa conceitual, além de estabelecer uma organização estruturada do conteúdo a ser
ensinado, possui outra vantagem, segundo o pesquisador, “[...] mapa conceitual apresenta a
um só momento uma informação visual estática e uma informação verbal” (TAVARES, 2005,
p.6).
Existe uma divergência entre Tavares (2005) e Moreira; Masini (2006) quanto ao
momento de apresentação dos mapas conceituais. Enquanto o primeiro defende a utilização
dos mapas conceituais antes de qualquer explanação, Moreira; Masini sustentam que os
mesmos devem ser apresentados aos alunos quando já tiverem alguma familiaridade com o
assunto. Esses autores argumentam que, se assim não for, os mapas não terão nenhum
significado para os alunos, e eles poderão encará-los apenas como algo a mais a ser decorado.
8 Departamento de Física e Programa de Pós-Graduação em Educação - Universidade Federal da Paraíba, 2005. 9 Essa teoria estabelece, em linhas gerais, que a transmissão de informações acontece de maneira mais efetiva quando são usados os canais verbal e auditivo. 10 O conceito de mapa conceitual será amplamente discutido no capítulo 3, sendo sua utilização como recurso instrucional.
27
Além disso, os mapas poderão ser muito difíceis ou confusos, criando uma dificuldade
para a aprendizagem ao invés de facilitá-la, constituindo-se, dessa forma, em um fator
desmotivador. Neste trabalho de pesquisa, utilizaremos o mapa conceitual numa fase final,
isto é, quando os alunos possuírem uma noção do conteúdo a ser ensinado.
O artigo estudado anteriormente está em consonância com a proposta da pesquisa no
que diz respeito à utilização consorciada dos mapas conceituais como recurso instrucional. Os
mapas conceituais possuem uma grande vantagem na programação do conteúdo, pois, de
acordo com o ponto de vista ausubeliano, o desenvolvimento de conceitos é facilitado quando
elementos mais gerais, mais inclusivos são introduzidos em primeiro lugar e, posteriormente,
esse conceito é progressivamente diferenciado. Essa estratégia de programação é
proporcionada pelos mapas conceituais, na medida em que forem utilizados como recurso
instrucional.
No artigo intitulado: Utilizando novas tecnologias no ensino experimental de
Eletromagnetismo, Haag (2003) sugere a utilização de interfaces conversoras
analógicas/digitais de baixo custo acopladas ao microcomputador, mais especificadamente na
saída para a impressora, onde os alunos fazem a aquisição automática dos dados e,
posteriormente, a sua interpretação com auxílio de gráficos e planilhas eletrônicas. Nessa
nova abordagem experimental do Eletromagnetismo, atividades abertas são sugeridas sobre o
tema, além de apresentarem vantagens como: redução do tempo de coleta e interpretação dos
dados, e a visualização dos fenômenos que seriam impossíveis de serem observados de outra
forma.
Ainda a respeito da pesquisa de trabalhos que tratam da implementação da
aprendizagem significativa, ou seja, da aplicação da Teoria de Ausubel, podemos citar o
artigo Buchweitz (1993): Aprendizagem significativa: idéias de estudantes concluintes de
curso superior. Muito embora o público em foco seja constituído por alunos do terceiro grau,
podemos aproveitar suas conclusões para inferir proposições.
No artigo citado, o autor descreve uma pesquisa feita com 40 alunos do último ano de
dois cursos de graduação: Física e Ciências Biológicas. Foi pedido aos alunos que
selecionassem e descrevessem uma aprendizagem que lhe tenha sido significativa, que ficou
marcada e bem caracterizada ao longo de suas vidas. Os alunos responderam com base nas
seguintes orientações: o local em que ocorreram as situações de aprendizagem significativa,
tipo de participação ativa ou passiva, duração da situação e classificação das indicações feitas
pelos estudantes sobre as razões consideradas na aprendizagem relatada.
28
As conclusões indicam que, as aprendizagens consideradas significativas não foram
apenas cognitivas, mas também de atitudes e de habilidades, envolvendo, predominantemente,
a participação ativa do aluno. O mais curioso foi a constatação de que essas situações de
aprendizagem significativa ocorrem no dia-a-dia do aluno.
Os estudantes consideraram significativa a aprendizagem, dentre outras respostas,
aquela que serve para aplicação do conhecimento adquirido e internalizado em outras
situações novas de seu dia-a-dia. Além disso, o prazer em aprender foi situado como motivo
de se considerar a aprendizagem significativa.
Os autores Novak e Gowin (1999) propõem a ideia de que grande parte das
aprendizagens ocorridas em sala de aula se aproxima mais da mecânica do que da
significativa. A aprendizagem mecânica acontece quando a relação entre a nova idéia e a idéia
antiga, existente na estrutura cognitiva do aluno, ocorrer de forma arbitrária e não substantiva,
levando o aluno a decorar. Moreira (1999) também destaca que a aprendizagem significativa
está longe de ocorrer em sala de aula, por se tratar de uma situação pouco trivial. Reforçando
a ideia da pouca aplicação da teoria da aprendizagem significativa, Gowin (1981) revela que
numa situação interativa do aluno, professor e material, o estudante possui uma forte
tendência a captar os significados compartilhados com o professor. Ou seja, “o estudante tem
uma grande responsabilidade em selecionar, julgar, revisar, testar, e organizar os muitos
significados confusos e conflitantes que emergem em um episódio de ensino” Gowin (1981).
Mais uma vez, um dos pressupostos de Ausubel para que ocorra a aprendizagem
significativa deve ser observado, isto é, o aprendiz, por intermédio de atividades lúdicas e
prazerosas, deve manifestar a sua disposição para relacionar de maneira substantiva o novo
material potencialmente significativo à sua estrutura cognitiva.
Um dos artigos que trabalha com aplicação da Teoria de Ausubel na implementação
de metodologias é: Interpretação de resultados de testes de retenção em termos da Teoria de
Aprendizagem de David P. Ausubel. Nesse artigo, Moreira; Dionísio (1975) apontam a
aplicação e os resultados da teoria numa instrução individualizada e noutra em grupo.
O argumento básico de Ausubel (2003) é que a estrutura cognitiva existente facilita a
aprendizagem, pois esta serve de âncora para a subsunção de novas informações. Quando a
interação entre a nova informação e o conhecimento já adquirido pelo aluno se dá de forma
substantiva e não arbitrária, a aprendizagem se dará de maneira eficiente, resultando numa
aprendizagem significativa.
Foi relatada nesse artigo uma experiência, no segundo semestre de 1973, com dois
grupos de 50 alunos na disciplina de Física II da Universidade Federal do Rio Grande do Sul
29
(UFRGS). De acordo com as conclusões obtidas no trabalho, a instrução individualizada
deveria ser mais eficiente do que a em grupo, pois, teoricamente, do ponto de vista de
ausubeliano, a primeira é, em princípio, voltada para o aluno, às suas habilidades e aptidões, à
sua estrutura cognitiva, sendo a aprendizagem de novas informações potencializada pela
ancoragem na estrutura cognitiva pré-existente.
Um detalhe muito importante ressaltado no trabalho, também considerado na presente
pesquisa, foi a preparação do material instrucional a ser elaborado levando em conta
especificadamente a estrutura cognitiva do aluno, pois, se assim não for, os resultados em
termos de aquisição do conhecimento podem se mostrar piores do que a instrução em grupo.
Um contraponto ao trabalho anterior está no fato de que os materiais instrucionais
utilizados na pesquisa fazem parte do cabedal de conhecimento dos alunos, por se tratarem de
temas atuais e amplamente acessíveis aos mesmos, tendo assim uma possível referência à sua
estrutura cognitiva.
Sob a ótica de Ausubel (2003), a instrução individualizada se torna potencialmente
mais apropriada para a promoção da aprendizagem significativa, desde que se determine a
estrutura cognitiva do aluno para então submetê-lo a uma programação individualizada de
acordo com sua própria estrutura. Quando se trabalha com muitos alunos, tal procedimento se
torna inviável, mas diversificar e ramificar a programação dentro do possível pode ser uma
solução adequada.
Dentro de uma instrução em grupo é muito mais difícil atentar às estruturas cognitivas
individuais dos alunos, já na instrução individualizada isso é viável. O artigo finaliza
colocando uma questão a ser investigada: “será que utilizando uma programação que
incorporasse princípios de subsunção daria melhores resultados do que numa programação
não baseada nesses princípios?” (MOREIRA, DIONÍSIO, 1975, p. 252).
A proposta desta pesquisa caminha nesse sentido, isto é, a ativação de conceitos
subsunçores relevantes presentes na estrutura cognitiva do aprendiz pela utilização dos
materiais instrucionais com a finalidade de tornar a aprendizagem significativa.
Podemos observar que são inúmeras as pesquisas que procuram otimizar o processo de
ensino/aprendizagem da Física, todas orbitam em torno de uma pergunta básica normalmente
feita pelos alunos: Onde irei aplicar ‘isso’ que estou estudando? Ou, para que serve ‘isso’
que estamos estudando? Todos esses questionamentos vêm ao encontro desta pesquisa –
tornar o ensino da Física significativo e contextualizado para o aluno.
30
Para se alcançar tal objetivo, será analisado o resultado obtido pela aplicação da
metodologia sugerida11. Constitui também, como objeto de trabalho, o tratamento dos
conhecimentos prévios e das experiências socioculturais trazidas pelos alunos, bem como as
formas de ativação desses pré-conceitos por meio da utilização dos materiais instrucionais
sugeridos pela pesquisa, sendo as oficinas realizadas na área de Magnetismo e
Eletromagnetismo.
O produto final deste trabalho será uma compilação da metodologia que resultará num
impresso: um manual para implementação de organizadores prévios para o ensino do
Magnetismo e do Eletromagnetismo.
11 A metodologia será explanada no capitulo 5 e resultará no produto da pesquisa: Um manual para a implementação de organizadores prévios para o ensino do Magnetismo e do Eletromagnetismo.
31
4. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
4.1. A aprendizagem significativa e a legislação educacional vigente
Apesar dos avanços da pesquisa em ensino de Física, sobretudo nas últimas décadas, a
abordagem da Física na grande maioria das escolas de nível médio pressupõe o aluno como
um mero expectador, receptor do conteúdo ensinado. Esse ensino tipicamente tecnicista e
mecanicista prioriza a memorização de “fórmulas” e de “receituários” de resolução de
exercícios e problemas tipificados.
Diante de uma situação problema distinta daquela tratada em sala, o aluno tende a
ficar perdido, comprovando que as habilidades e competências envolvidas nesse tipo de
resolução não foram adquiridas. Estamos compreendendo competência em acordo com
Philippe Perrenuod (1999): “uma capacidade de agir eficazmente em um determinado tipo de
situação, apoiada em conhecimentos, mas sem limitar a eles”. As competências seriam, então,
a mobilização de recursos cognitivos, a fim de responderem a uma situação-problema em
tempo real.
Procuramos, ainda, ancorar a contextualização pretendida nos PCNEM, destacando
competências e habilidades de Física a serem estimuladas e desenvolvidas pelos alunos do
Ensino Médio.
Na área
Em Física
Interações, relações e funções; invariantes e transformações
Identificar fenômenos naturais ou grandezas
em dado domínio do conhecimento
científico, estabelecer as relações; identificar
regularidades, invariantes e transformações.
Identificar regularidades, associando fenômenos que
ocorrem em situações semelhantes para utilizar as
leis que expressam essas regularidades na análise e
previsão de situações do dia-a-dia. Assim, por
exemplo, compreender que variações de correntes
elétricas estão associadas ao surgimento de campos
magnéticos pode possibilitar eventualmente
identificar possíveis causas do não funcionamento
do motor.
32
Na área Em Física
Ciência e Tecnologia na História
Compreender o conhecimento científico e
tecnológico contemporâneo como resultado
de uma construção humana inseridos em um
processo histórico e social.
Compreender o desenvolvimento dos modelos
físicos para direcionar corretamente os modelos
atuais, seu dogmatismo ou certezas definitivas.
Ciência e Tecnologia na Atualidade
Reconhecer e avaliar o desenvolvimento
tecnológico contemporâneo, suas relações
com as ciências, seu papel na vida humana,
sua presença no mundo cotidiano e seus
impactos na vida social.
Acompanhar o desenvolvimento tecnológico
contemporâneo, por exemplo, estabelecendo contato
com os avanços das novas tecnologias na medicina,
por meio de tomografias ou diferentes formas de
diagnóstico; na agricultura, nas novas formas de
conservação de alimentos com o uso das radiações;
ou, ainda, na área de comunicações, com os
microcomputadores, CDs, DVDs, telefonia celular,
tevê a cabo.
FIGURA 1: Quadro de Competências e habilidades de Física a serem estimuladas e desenvolvidas pelos
alunos do Ensino Médio.
Fonte: Brasil, PCNEM - 1999, p.65.
É importante, ainda, citar o parágrafo das considerações finais dos PCNEM para a o
ensino da Física:
O desenvolvimento dos fenômenos elétricos e magnéticos, por exemplo, pode ser dirigido para a compreensão dos equipamentos elétricos que povoam nosso cotidiano desde aqueles de uso doméstico aos geradores e motores de uso industrial, provocando competências para utilizá-los, dimensioná-los ou analisar condições de sua utilização. Ao mesmo tempo, esses mesmos fenômenos podem explicar os processos de transmissão de informações, desenvolvendo competências para lidar com as questões relacionadas às telecomunicações. Dessa forma, o sentido para o estudo da eletricidade e do eletromagnetismo pode ser organizado em torno de equipamentos elétricos e telecomunicações (BRASIL, 1999, p.84).
Assim, os PCNEM compactuam com a ideia da utilização dos organizadores prévios
como uma forma de organização do conteúdo e uma maneira metodológica de introduzir um
assunto, desenvolvendo uma aprendizagem contextualizada e significativa.
33
Se a aprendizagem for ineficiente, nenhum conhecimento foi agregado à estrutura
cognitiva do aluno. O aprendiz desempenha, dessa forma, um papel de agente passivo no seu
processo de aprendizagem, aceitando “obedientemente” o que seu mestre preconiza.
Pressupomos o desenvolvimento de uma metodologia utilizando materiais
instrucionais e recurso instrucional sobre o Magnetismo e o Eletromagnetismo. Acreditamos
que, desse modo, o aluno poderá se tornar um agente ativo, participativo e integrado no
processo, potencializando uma aprendizagem significativa a ser internalizada em sua estrutura
cognitiva, pois aquela nova informação passou a fazer parte de seu cabedal de conhecimento.
Por essa razão, advogamos ser de extrema utilidade para a pesquisa a Teoria da
Aprendizagem Significativa de David Paul Ausubel (2003).
Um dos principais aspectos da teoria de Ausubel é a detecção dos conhecimentos
prévios dos alunos e o direcionamento da aprendizagem de modo a envolver tais
conhecimentos. Ausubel propõe uma aprendizagem que tenha um ambiente interativo, uma
comunicação eficiente que respeite e conduza o aluno a imaginar-se como parte integrante
desse novo conhecimento por meio de “elos” de termos familiares, além da necessidade de se
apresentar aos mesmos um material potencialmente significativo, ou seja, tanto lógico como
psicologicamente significativo.
A aprendizagem receptiva pode se tornar significativa na medida em que o novo
conhecimento se relacione de maneira substancial e não-arbitrária com algum aspecto da
estrutura cognitiva prévia que lhe for relevante, estando, dessa maneira, mais próximo da
aprendizagem significativa. Quanto menos se estabelece esse tipo de relação, mais a
aprendizagem se aproxima da mecânica.
Na aprendizagem significativa temos aumento da capacidade de aprender outros
conteúdos mais facilmente, mesmo que a informação original seja esquecida e, se a nova
informação também for esquecida, existe uma facilitação para a “reaprendizagem”.
Outra vertente da teoria de Ausubel é a utilização de mapas conceituais como recurso
instrucional para aprendizagem significativa, ressaltando o caráter hierárquico da disposição
dos conceitos nesses mapas: conceitos mais gerais situam-se no topo da pirâmide, enquanto os
mais específicos, na base.
Os mapas permitem ao aluno uma visão geral dos conceitos principais e são
instrumentos de negociação, isto é, os alunos sempre trazem alguma coisa deles próprios para
negociação.
Moreira; Masini (2006) defendem que a teoria de Ausubel está fundada na
organização e na interação do material na estrutura cognitiva do aprendiz, descrevendo um
34
modelo para planejar a instrução, apresentando os princípios relativos à programação do
conteúdo, citando como exemplo os mapas conceituais, bem como as vantagens e
desvantagens da sua utilização.
Na obra original de Ausubel (2003) são discutidos diferentes tipos de aprendizagem
que podem se tornar significativas ou não. O curioso é que uma aprendizagem mecânica pode
se tornar significativa para o aluno a depender de dois elos: do próprio aluno e do professor. O
aluno necessita estar receptivo à aprendizagem significativa, e imbuído de alguns conceitos
esteios fundados em sua estrutura cognitiva, além de ter sua autocrítica formada. Além disso,
o professor deve recorrer aos meios facilitadores da aprendizagem significativa, com a
utilização de pontes cognitivas, materiais instrucionais e, ainda, levando em conta aspectos
idiossincráticos do aluno.
Quando o conteúdo ensinado ao aluno possui uma ligação (ponte cognitiva) com
algum conhecimento estabelecido cognitivamente em sua estrutura, ou seja, quando aquele
conteúdo faz sentido para o aprendiz, Ausubel considera que ocorreu uma aprendizagem
significativa. De acordo com o autor, a aprendizagem receptiva significativa se constitui como
base da maior parte do conhecimento, ao contrário do que muitos docentes imaginam, não é
necessariamente mecânica e tampouco passiva.
A aprendizagem significativa receptiva é um processo ativo ao requerer no mínimo:
(1) o tipo de análise cognitiva necessária para se averiguarem quais são os aspectos da estrutura cognitiva existente mais relevantes para o novo material potencialmente significativo; (2) algum grau de reconciliação com as idéias existentes na estrutura cognitiva – ou seja, a apreensão de similaridades e de diferenças, e resolução de contradições reais ou aparentes entre conceitos e proposições novos e os já enraizados; e (3) reformulação do material de aprendizagem em termos dos antecedentes intelectuais idiossincrática e do vocabulário do aprendiz em particular (AUSUBEL, 2003, p.06).
Percebemos que esse tipo de aprendizagem pode se tornar significativa ou mecânica
dependendo do aluno e do próprio professor, se o aprendiz possui um interesse, motivação
para aprender determinado conteúdo, a aprendizagem significativa se torna eficaz, caso
contrário, os conteúdos “assimilados” pelo aluno terão forma vaga e confusa, levando-o
tendenciosamente para o hábito de decorar.
Além disso, o aprendiz necessita manifestar uma disposição de relacionar o novo
material em sua estrutura cognitiva de forma substantiva e não arbitrária. Ao professor, cabe a
escolha de um material potencialmente significativo, isto é, relacionável à sua estrutura
cognitiva de uma maneira não arbitrária e não literal (substantiva).
35
A aprendizagem significativa receptiva verbal se aplica mais eficientemente aos
adolescentes e aos adultos que passaram pelo estágio concreto-empírico do desenvolvimento
cognitivo.
Sobre esses estágios de desenvolvimento, os autores Ausubel; Novak; Hanesian, 1980,
se fundamentam “na gênese das operações concretas” de Piaget, que ocorre em crianças com
idade de sete aos onze anos. Em resumo, Piaget considera que na idade escolar do ensino
fundamental as crianças são capazes de realizar operações lógicas e matemáticas elementares.
Todavia, ainda ficam a depender, para isso, de recursos visuais concretos. Assim, Piaget
denominou a inteligência nessa idade como “operacional concreta”. A capacidade para o
pensamento abstrato surge apenas cerca de quatro anos mais tarde. Sob a condição de que
haja à sua frente material visual concreto, as crianças de 7 a 8 anos não têm mais o menor
problema em ordenar varetas segundo o respectivo comprimento e compreendem facilmente
que um todo contém mais elementos do que uma parte12.
Após a passagem pelo estágio concreto-empírico, os alunos possuem um maior
amadurecimento cognitivo e são capazes de uma maior abstração, fazendo com que partindo
das ideias apresentadas surjam conceitos claros, estáveis, não ambíguos e memorizados a
longo prazo, como uma estrutura organizada de conhecimento.
No estágio de raciocínio abstrato, os autores Ausubel; Novak; Hanesian, 1980, se
basearam “nos esquemas operatórios formais ou abstratos”. De acordo com Piaget, os alunos
do ensino médio e, antes de tudo, de nível superior, não pensam apenas operatoriamente, mas
avançam mais e mais em direção a raciocínios formais e abstratos. Já não dependem, na
mesma medida, de material visual concreto, como sucede com as crianças em idade escolar
inferior. Questões lógicas simples que recorrem integralmente à capacidade representativa,
como a pergunta se há mais pássaros ou maior números de pardais, já não geram mais
dificuldades consideráveis na idade dos 11 ou 12 anos. A partir dessa idade, também são
formuladas conclusões dedutivas, ou seja, tiradas as consequências de determinadas
pressuposições (premissas)13.
È no estágio de raciocínio abstrato que se encontram adolescentes e adultos, e que a
aprendizagem significativa receptiva verbal se torna exequível, resultando em uma
aprendizagem realmente significativa, “[...] neste estágio do desenvolvimento, o emprego
12 Sobre o assunto, entre suas inúmeras obras, indica-se Piaget (2003, 1996, 1976, 1975). 13 Para uma maior profundidade no assunto, sugerimos as obras de Piaget (2003, 1996, 1976 e 1975).
36
adequado da aprendizagem receptiva verbal é altamente significativo” (AUSUBEL; NOVAK;
HANESIAN, 1980, p.101). Os alunos a serem investigados se encontram nessa faixa etária.
A facilitação da aprendizagem significativa receptiva em sala, isto é, a manipulação
dos atributos da estrutura cognitiva do aprendiz, é levada a efeito de duas formas:
1. de forma substantiva, através do caráter inclusivo, do poder de explicação e das propriedades integradoras dos conceitos e princípios específicos e unificadores apresentados ao aprendiz (AUSUBEL, 2003, p.10). 2. de forma sistemática, através de métodos apropriados de apresentação, disposição e avaliação da aquisição significativa da matéria, através da utilização adequada de material de instrução organizado e pré-testado e através da manipulação adequada das variáveis quer cognitivas, quer sociais de motivação da personalidade (AUSUBEL, 2003, p.10).
Logo, para preparar uma instrução que esteja coerente com a teoria de Ausubel, a
primeira e difícil tarefa é a de identificar os conceitos básicos da matéria de ensino, no caso
do Magnetismo e do Eletromagnetismo, e de como eles estão estruturados.
Na pesquisa, procuramos identificar tais conceitos por meio de um pré-questionário no
qual versam questões cotidianas sobre Magnetismo. Essas questões foram elaboradas com
base em materiais instrucionais.
A finalidade desse levantamento é o de avaliar o quão está desenvolvido
cognitivamente o aluno, pois, a aprendizagem significativa não se leva a cabo num vácuo
cognitivo. Quando tal problema estiver resolvido devemos dar atenção a outros aspectos14.
Para se implementar a aprendizagem significativa receptiva é necessário observar os
princípios relativos à programação do conteúdo preconizados por Ausubel (2003):
1. Diferenciação progressiva: é uma maneira de se organizar o conteúdo para promover
uma aprendizagem significativa de um determinado conteúdo. Na diferenciação
progressiva, as ideias mais gerais e inclusivas são apresentadas aos alunos em primeiro
lugar, sendo, então, progressivamente diferenciadas em termos de detalhes e
especificidades.
14 Uma vez que o problema organizacional substantivo (identificação dos conceitos organizadores básicos de uma dada disciplina) é resolvido, a atenção pode ser dirigida aos problemas organizacionais envolvidos na apresentação e no arranjo sequencial das unidades componentes. Aqui, hipotetizam-se vários princípios relativos à programação eficiente do conteúdo, aplicáveis independentemente do campo da matéria de ensino (AUSUBEL, 1968, p.152).
37
Essa forma de organização do conteúdo se fundamenta na Psicologia, pois
corresponde à sequência natural de aquisição da consciência e da sofisticação cognitiva dos
seres humanos quando são submetidos a um campo completamente desconhecido do
conhecimento. Um segundo pressuposto seria o processo de representação, organização e
guarda no sistema cognitivo humano desse conhecimento.
(1). [...] é menos difícil para os seres humanos compreenderem aspectos diferenciados de um todo anteriormente aprendido, mais inclusivo, do que formular o todo inclusivo a partir das suas partes diferenciadas anteriormente aprendidas. (2). [...] a organização que o indivíduo faz do conteúdo de uma determinada disciplina no próprio intelecto consiste numa estrutura hierárquica, onde as idéias mais inclusivas ocupam uma posição no vértice da estrutura e subsumem, progressivamente, as proposições e abrangem proposições, conceitos e dados factuais progressivamente menos inclusivos e mais diferenciados. (AUSUBEL, 2003, p.166).
Quando o aluno é suficientemente maduro cognitivamente, isto é, apresenta um
arcabouço ideativo já estável em sua estrutura, a aprendizagem significativa verbal de novos
conceitos e ideias se tornam potencialmente eficazes, como considera o pesquisador:
[...] as novas idéias e informações se apreendem e retêm, de modo mais eficaz, quando já estão disponíveis na estrutura cognitiva idéias mais inclusivas e especificamente relevantes para desempenharem um papel de subsunção ou para proporcionarem uma ancoragem ideária a estas novas (AUSUBEL, 2003, p.166).
Os PCNEM preconizam que o novo ensino médio “[...] deverá preparar o aluno para a
vida, qualificar para a cidadania e capacitar para o aprendizado permanente, em eventual
prosseguimento dos estudos ou diretamente no mundo do trabalho” (BRASIL, 1999); os
critérios do Programa Nacional do Livro Didático (PNLD) reforçam essa ideia, sobretudo no
critério da “Proposta Pedagógica”, em que se exige dos livros didáticos uma sintonia com as
Teorias da Educação e que se leve em conta o desenvolvimento cognitivo dos alunos:
[...] examinam-se os fundamentos da proposta que sustenta a coleção, avaliando sua atualidade em termos de teorias da educação em ciências; o modo como é considerado e utilizado o conhecimento dos alunos no encaminhamento das atividades; o modo como a proposta considera o desenvolvimento cognitivo dos alunos; a coerência entre o que é proposto no manual do professor e o que efetivamente é apresentado no livro do aluno; os modos de contextualização dos conteúdos e as pontes estabelecidas com o cotidiano; o caráter do conhecimento científico expresso na obra; se ela apresenta a ciência como tendo caráter histórico, de produção coletiva e de constante reconstrução (Brasil, 2008, p.22).
Esta pesquisa está alinhada e pretende contribuir com as mudanças que estão
acontecendo na Educação Brasileira, tais mudanças começam a ser expressas nos livros
38
didáticos recomendados pelo PNLEM, cuja formatação está fundamentada nos PCNEM, com
critérios explicitados no programa.
Ausubel salienta que a organização de um determinado conteúdo focado numa
aprendizagem significativa deva ser conduzida de modo que ative os conceitos subsunçores
dos alunos, isso não é uma prática difundida nas salas de aula, ao contrário, o que se observa é
uma organização que privilegia a memorização do conteúdo, em que o aluno é forçosamente
conduzido a pensar tal qual seu professor. Essa prática organizacional leva em conta somente
os aspectos tópicos, sem considerar o nível relativo de abstração, generalidade e de
inclusividade.
Esta prática tanto é incompatível com a verdadeira estrutura da maioria das disciplinas como é incongruente com o processo em que se postula a ocorrência aprendizagem significativa, com a organização hierárquica da estrutura cognitiva, em termos de gradações progressivas de inclusão em sentido descendente com o mecanismo de acréscimo através de um processo de diferenciação progressiva de uma área indiferenciada. Deste modo, na maioria dos casos, exige-se aos estudantes que apreendam os pormenores de disciplinas novas e desconhecidas, antes de adquirirem um conjunto adequado de subsunçores relevantes, a um nível de inclusão apropriado (AUSUBEL, 2003, p.166).
2. Reconciliação interativa15: é um processo pelo qual o conteúdo é organizado de modo
que as semelhanças e diferenças significativas sejam ressaltadas, de reconciliar
inconsistências reais ou aparentes e de explorar explicitamente relações entre as ideias.
Da mesma forma que na diferenciação progressiva, nesse processo, a figura do
professor é de extrema importância ao apontar essas tênues semelhanças e as quase
imperceptíveis diferenças entre um conceito e outro.
Podemos citar, da teoria Eletromagnética, um exemplo em que a reconciliação
interativa é fundamental, que o conceito de monopólo elétrico pode levar o aluno a concluir
que também exista o monopólo magnético. Caso o professor não proceda a reconciliação
interativa, fatalmente essa confusão acontecerá.
Um relato de Ausubel sobre os livros didáticos da década de 1960 revela que a
reconciliação interativa está longe de acontecer nesses livros – textos, pois, existia a
compartimentalização e segregação das ideias ou tópicos particulares dentro dos seus
respectivos capítulos ou subcapítulos, e ressaltam as consequências desta abordagem:
15 As ideias de Ausubel; Novak; Hanesian (1978) sobre a reconciliação interativa se fundamentaram em trabalhos anteriores de Ward; Davis (1939) e de Kastrinos (1965), que comprovaram seu potencial e efetividade no processo de aprendizagem, além de comprovarem uma significativa retenção por parte dos alunos do material aprendido.
39
(1) termos múltiplos são usados para representar conceitos que são intrinsecamente equivalentes, à exceção da referência contextual, criando, assim, uma pressão e uma confusão cognitivas incalculáveis, bem como encorajando a aprendizagem por memorização; (2) que não se faz utilização adequada de idéias relevantes anteriormente apreendidas, como base para a subsunção e assimilação de novas informações relacionadas; (3) e que, visto que não se tornam claras e explicitas as diferenças significativas entre conceitos aparentemente semelhantes, muitas vezes, estes percepcionam-se e retêm-se como sendo idênticos (AUSUBEL, 2003, p.168).
Atualmente, com o PNLEM, as obras didáticas estão cada vez mais sintonizadas com
as mudanças que se processam, no sentido de fornecerem aos professores mais recursos
didáticos, e aos alunos um conhecimento contextualizado e significativo.
De acordo com os PCNEM:
as características de nossa tradição escolar diferem muito do que seria necessário para a nova escola. De um lado, essa tradição compartimenta disciplinas em ementas estanques, em atividades padronizadas, não referidas a contextos reais. De outro lado, ela impõe ao conjunto de alunos uma atitude de passividade, tanto em função dos métodos adotados quanto da configuração física dos espaços e das condições de aprendizado (BRASIL, 1999, p. 9).
A pretensão dos PCNEM, a de uma nova escola, está totalmente alinhada com o
princípio relativo à programação do conteúdo, na medida em que sugere a sua organização de
forma a obter uma maior integração dos alunos no seu processo de aprendizagem, além disso,
os PCNEM preconizam a descompartimentação das disciplinas em ementas desconexas.
Pretendemos, com a aplicação da metodologia, desenvolver no alunado as
competências e habilidades necessárias para a sua formação integral, em consonância com os
PCNEM:
[...] estar formada para a vida significa mais do que reproduzir dados, denominar classificações ou identificar símbolos. Significa:*saber se informar, comunicar-se, argumentar, compreender e agir;*enfrentar problemas de diferentes naturezas; *participar de um convívio social que lhes dê oportunidades de se realizarem como cidadãos;*fazer escolhas e proposições;*tomar gosto pelo conhecimento, aprender a aprender (BRASIL, 1999, p.9).
3. Organização sequencial: de acordo com Ausubel (2003) a disponibilidade de
subordinadores ideacionais relevantes e substantivos para a aprendizagem verbal
significativa pode ser otimizada valendo-se das dependências sequênciais16 naturais
16 Dependência sequencial: relação entre as unidades de assuntos que aparecem antes e depois, nas quais o conhecimento das primeiras é essencial para a aprendizagem das últimas.
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entre as divisões componentes de uma disciplina. Se a organização da ordem dos
tópicos de determinado campo de conhecimento obedecer tais dependências
sequenciais, a aprendizagem de cada unidade se torna uma realidade de direito
próprio.
4. Consolidação: com a consolidação podemos assegurar uma prontidão17 continuada do
assunto e êxito na aprendizagem sequencialmente organizada, desde que o passo
precedente seja sempre claro, estável e bem organizado. O assunto não deveria ter
continuidade até que todas as etapas anteriores tivessem sido compreendidas. “Assim,
nunca se deve introduzir novo material na sequência até se dominarem bem todos os
passos anteriores” (AUSUBEL, 2003, p.172).
A consolidação é obtida mediante “[...] confirmação, correção, clarificação, no
decurso do retorno (feedback), e através da prática diferencial e da revisão no decurso da
exposição repetida, com retorno, ao material de aprendizagem” (AUSUBEL, 2003, p.172).
O enfoque do autor sobre ‘aquilo que o aluno já sabe’ como o fator isolado mais
importante, influenciando a aprendizagem antecedente, está sempre implícito nos princípios
anteriormente citados. Tais princípios programáticos organizacionais destinam-se a tornar os
materiais instrucionais potencialmente significativos para os alunos.
Na presente pesquisa, sugerimos a utilização de mapas conceituais como um recurso
instrucional na organização do conteúdo, facilitando a realização da diferenciação progressiva
e da reconciliação interativa em que advogamos potencializar a aprendizagem significativa.
Para cada conteúdo o professor pode apresentar um mapa conceitual. No caso desta pesquisa,
apresentamos uma sugestão de um mapa conceitual para Eletricidade e para o Magnetismo.
“Os mapas conceituais podem ser traçados para toda uma disciplina, para uma
subdisciplina, para um tópico específico de uma disciplina e assim por diante” (MOREIRA;
MASINI, 2006, p.52).
17 Existência de um nível evolutivo de funcionamento cognitivo suficiente para tornar possível uma dada tarefa de aprendizagem com uma economia razoável de tempo e esforço (como da adequação de ideias especificamente relevantes na estrutura cognitiva de um aprendiz particular – prontidão para aprendizagem da matéria).
41
FIGURA 2: Mapa Conceitual
Fonte: MOREIRA; BUCHWEITZ, 1987
É de extrema importância salientar que se trata de “um mapa conceitual” e não “o
mapa conceitual”, ou seja, cada profissional da área pode traçar seu mapa e, com certeza, não
serão iguais, pois, cada qual possui uma visão diferente de como os conceitos estão
relacionados dentro de uma disciplina e, além disso, cada mapa conceitual deverá ser visto
como uma das possíveis representações de um determinado conteúdo.
Um mapa conceitual é uma estrutura dinâmica que reflete a compreensão de quem o
faz no momento, sendo um ótimo recurso para compartilhar, trocar e “negociar” significados.
Alguns professores afirmam a utilização de “mapas conceituais” antes mesmo de
terem ouvido falar neles. Na realidade, o que usam são quadros-sinópticos, servindo esse
conhecimento prévio como ideia-âncora (subsunçor) para dar significado ao conceito de mapa
conceitual, de tal maneira que o interpretaram apenas como um novo tipo de quadro-sinóptico
(um caso de aprendizagem significativa subordinada derivativa!).
Os mapas conceituais devem ser vistos como diagramas planares que mostram as
relações hierárquicas entre conceitos de um corpo de conhecimento, e que derivam sua
existência da própria estrutura conceitual desse corpo de conhecimento.
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De uma maneira geral, os mapas conceituais, além de poderem ser utilizados como um
recurso instrucional, podem, também, ser usados como instrumento de ensino e/ou de
aprendizagem, assim como auxiliares na análise e planejamento do currículo (STEWART et
al., 1979).
A utilização de mapa conceitual apresenta vantagens e desvantagens. Entre as
possíveis vantagens, pode-se mencionar (MOREIRA e MANSINI, 2006):
• enfatizar a estrutura conceitual de uma certa disciplina e o papel dos sistemas conceituais em seu desenvolvimento; • mostrar que os conceitos de uma certa disciplina diferem quanto ao grau de inclusividade e generalidade e apresentar esses conceitos em uma ordem hierárquica de inclusividade que facilite sua aprendizagem; • proporcionar uma visão integrada do assunto e uma espécie de “listagem conceitual” daquilo que foi abordado nos materiais instrucionais.
Dentre as possíveis desvantagens podemos citar:
• se o mapa não tem significado para os alunos, eles podem encará-lo como algo a mais para decorar; • os mapas podem ser muito complexos ou confusos e dificultar a aprendizagem, ao invés de facilitá-la; • a habilidade dos alunos em construir hierarquias conceituais pode ficar inibida em função de já receberem prontas as estruturas propostas pelo professor (segundo sua própria percepção e preferência). (MOREIRA e MANSINI, 2006, p. 56, 57).
Essas desvantagens podem ser minimizadas, na prática, pela explicação do professor,
deixando claro que existem diversas formas de se construir um mapa, estimulando os próprios
alunos a traçarem os seus. Além disso, o professor, ao elaborar mapas conceituais para usá-los
como recurso instrucional, deve ter sempre em mente um compromisso entre a clareza e
completeza. Ou seja, nem todas as possíveis linhas que indicam relações entre conceitos
devem ser traçadas, a fim de manter a clareza do mapa.
Vale a pena observar que os mapas conceituais “[...] podem ser usados para dar uma
visão geral prévia do que vai ser estudado, eles devem ser usados, preferencialmente, quando
os alunos já têm uma certa familiaridade com o assunto” (MOREIRA; MASINI, 2006, p.55).
O mapa conceitual sugerido por Moreira; Buchweitz (1987) relaciona algumas leis que
não são estudadas no Ensino Médio, em razão do ferramental matemático utilizado e, além
disso, o próprio Moreira faz algumas críticas sobre a utilização de expressões matemáticas
utilizadas como conectores entre um conceito e outro, pois, pode ser uma maneira de
contornar o desconhecimento das relações entre conceitos.
43
Optamos por utilizar o mapa a seguir, uma vez que é direcionado para o Ensino
Médio.
FIGURA 3: Mapa conceitual do Magnetismo e do Eletromagnetismo para o Ensino Médio
Este é um modelo de mapeamento conceitual, seguindo a concepção ausubeliana, ou
seja, partimos de um conceito geral e mais inclusivo (força) e, progressivamente, foi se
diferenciando em termos de detalhes e especificidades.
representação
FORÇA
atuando
CARGA ELÉTRICA
FORÇA ELÉTRICA
CAMPO MAGNÉTICO
CAMPO ELÉTRICO
LEI DE COULOMB
CORRENTE ELÉTRICA
em movimento (fonte)
FORÇA MAGNÉTICA
LINHAS DE CAMPO
VETOR B
FLUXO MAGNÉTICO
LINHAS DE FORÇA
VETOR E
LEI DE FARADAY
ÁREA
FEM INDUZIDA
IMÃ
GERADORES MOTORES HIDRELÉTRICAS TERMOELÉTRICAS
mensurar
experiência de Oersted regra da mão direita fonte
representação
Vari- ando
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Escolhemos o conceito subsunçor “força” pelo fato de todos os alunos terem uma
noção desse assunto. Podemos perceber que no topo do mapa temos um conceito muito geral
e inclusivo, no “miolo” do mapa encontramos conceitos intermediários e na base conceitos
específicos, pouco inclusivos, formados pelos exemplos e/ou aplicações.
A pesquisa se desenvolverá numa sequência coerente com a teoria ausubeliana, ou
seja, dentro da diferenciação progressiva e da reconciliação interativa, partindo daquilo que o
aluno possui internalizado como conceitos prévios:
1º - motivamos o aluno com um breve histórico e algumas curiosidades a respeito do
assunto (organizador prévio), com a utilização do material instrucional;
2º - ativamos ou criamos os subsunçores relevantes de sua estrutura cognitiva por meio
da leitura das reportagens (organizador prévio), com o uso do material instrucional;
3º - colocamos os alunos em interação com os equipamentos a serem construídos nas
oficinas (organizador prévio);
4º - propiciamos um momento de compartilhar, negociar e trocar significados,
utilizando o mapa conceitual como recurso instrucional.
Uma explicação se faz necessária nesse momento, designamos o mapa conceitual
como sendo um recurso instrucional e não um material instrucional (organizador prévio) por
dois motivos:
10 – há algumas divergências entre alguns pesquisadores quanto ao momento mais
apropriado para se apresentar o mapa conceitual, antes ou depois do assunto a ser estudado;
20 – de acordo com o aspecto idiossincráticos de cada um, podemos ter diferentes
mapas para um mesmo assunto.
Dessa maneira, anteriormente à utilização do mapa conceitual, depois que o discente
tenha tido um pré-contato com o assunto, sugerimos a utilização dos organizadores prévios
que, em nosso caso, seriam representados pelos materiais instrucionais (textos e as oficinas)
sobre o Magnetismo e o Eletromagnetismo. Assim, os materiais instrucionais servirão de
suporte para os mapas conceituais (recurso instrucional), e como elemento imprescindível na
manipulação da estrutura cognitiva do aluno.
45
Baseamo-nos em outros trabalhos18 para fundamentar a hipótese de que o emprego de
um organizador prévio pode contribuir para a promoção da aprendizagem significativa. Para
ter-se o máximo da eficiência da aprendizagem de um determinado conteúdo se torna
necessário um organizador separado para cada unidade de material, assim sendo, a
organização sequencial do assunto pode ser muito eficiente, uma vez que cada novo
incremento de conhecimento serve como subordinador para a aprendizagem subsequente.
No caso desta pesquisa, foram trabalhados conteúdos de força magnética; um
organizador prévio interessante seria composto de artigos que tratem do desenvolvimento da
pesquisa brasileira nos trens Maglev (levitação magnética), ressaltando o princípio de
funcionamento desses trens-bala e a construção de motores elétricos.
Para cada tópico dado existe um problema de averiguação sobre qual sequência
particular é mais eficiente, isso requer considerações da análise lógica da tarefa, diferenciação
progressiva, nível evolutivo do funcionamento cognitivo, reconciliação interativa e
hierarquias de aprendizagem.
Pretendemos, através desta sequência sugerida, uma eficiente promoção da
aprendizagem significativa. Primeiro, estimulamos o aluno com um histórico do assunto,
curiosidades etc. Posteriormente, manipulamos a estrutura cognitiva do aluno com os
organizadores prévios que lhes sejam significativos, em seguida, fazemos o uso de conceitos
ou proposições inclusivas e substantivas mais amplas, que funcionem como subordinadores
de outros conceitos na estrutura cognitiva e como ancoradouro no processo de assimilação.
Tal manipulação é conseguida por meio da leitura de textos, artigos etc, que tratem das
aplicações tecnológicas do assunto em estudo. Quando essa etapa da pesquisa estiver
cumprida e os conceitos subsunçores dos alunos ativados, apresentamos o mapa conceitual.
Logo após este estágio, esperamos que os alunos sedimentem e consolidem seus
conceitos com a manipulação e construção de seus protótipos, fase da realização das oficinas.
Pretendemos, com a organização do conteúdo sugerida e descrita, atingir o estágio da
aprendizagem significativa e ter uma efetiva assimilação dos conceitos.
18 Os autores Ausubel; Fitzgerald (1962), Gubrud; Novak (1973), Royer; Cable (1975), West; Fresham (1976) concordam que na aprendizagem escolar sequencial, o conhecimento do material que aparece anteriormente possui aproximadamente a mesma função de um organizador prévio em relação ao material que aparece posteriormente na sequência, vindo a potencializar a aprendizagem significativa.
46
FIGURA 4: Sequenciação de etapas da aplicação da metodologia
Os organizadores prévios constituem um recurso pedagógico que auxilia no
cumprimento dos princípios apresentados anteriormente, sobretudo na diferenciação
progressiva e a reconciliação integradora, eliminando o hiato existente entre o que o aluno já
sabe (conceitos prévios) e aquilo que ele precisa saber se quiser adquirir novos conhecimentos
mais ativa e rapidamente.
O principal objetivo dos organizadores prévios é manipular a estrutura cognitiva do
aluno de tal maneira que o novo material possa ter algum significado para ele, ou seja, possa
ser lógico. Os organizadores envolvem a utilização de materiais relevantes, inclusivos e
introdutórios que são maximamente claros e estáveis.
Os organizadores prévios são introduzidos antes do próprio material de aprendizagem,
sendo utilizados para facilitar o estabelecimento de uma disposição significativa da
aprendizagem, com isso, os alunos reconhecem que elementos dos novos materiais de
aprendizagem podem ser significativamente aprendidos relacionando-os com os aspectos
relevantes da estrutura cognitiva existente.
As razões para o uso de organizadores prévios se baseiam:
1. A importância de ter idéias estabelecidas relevantes, ou apropriadas, estabelecidas, já disponíveis na estrutura cognitiva, para fazer com que as novas idéias logicamente significativas se tornem potencialmente significativas e as novas idéias potencialmente significativas se tornarem realmente significativas (isto é, possuírem novos significados), bem como fornecer-lhes uma ancoragem estável (AUSUBEL, 2003, p.12). 2. As vantagens de se utilizarem as idéias mais gerais e inclusivas de uma disciplina na estrutura cognitiva como idéias ancoradas ou subsunçores, alteradas de forma adequada para uma maior particularidade de relevância para o material de instrução. Devido à maior aptidão e especificidade da relevância das mesmas, também usufruem de uma maior estabilidade, poder de explicação e capacidade integradora inerentes (AUSUBEL, 2003, p.12).
MAT. INSTRUCI-
ONAL (organizadores prévios)
Leitura em estrutura de reportagens,
artigos etc
Oficinas
Mapas conceituais
(recurso instrucional)
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3. O fato de os próprios organizadores tentarem identificar um conteúdo relevante já existente na estrutura cognitiva (e a ser explicitamente relacionado com esta) e indicar, de modo explicito, a relevância quer deles próprios para novo material de aprendizagem (AUSUBEL, 2003, p.12).
As razões pelas quais o uso desses organizadores potencializa a aprendizagem
receptiva significativa estão relacionadas com o fato de como os mesmos são organizados,
partindo de ideias mais generalizadas e potencialmente significativas, chegando aos conceitos
mais específicos e inclusivos (diferenciação progressiva). Defendemos para essa etapa o
material de divulgação de pesquisas, a saber, artigos em revistas científicas, reportagens,
jornais e a realização das oficinas etc. Esse processo manipula a estrutura cognitiva do
aprendiz de tal forma que o novo material aprendido passe a ter um significado para ele.
Ausubel considera que os alunos dessa faixa etária (adolescentes) possuem a um
arcabouço de idéias estáveis, conferindo a eles uma maior sofisticação cognitiva. Essas idéias
ancoras, foram desenvolvidas ao longo da vida do discente. Assim sendo, são capazes de
relacionar abstrações significativamente umas as outras sem ajuda de apoios concreto-
empíricos.
Destacam, em seguida, outras funções para esses organizadores:
[...] proporcionar um suporte (ancoragem) ideário para a incorporação e retenção estáveis do material pormenorizado e diferenciado que resulta da situação de aprendizagem, bem como aumentar a discriminação entre esta situação e as idéias ancoradas relevantes da estrutura cognitiva (AUSUBEL, 2003, p.66).
Os organizadores podem, ainda, ser diferenciados conforme a familiaridade do
material, para um material de aprendizagem pouco familiar ao aluno é conveniente utilizar um
organizador expositório, cujo objetivo é o de oferecer subordinadores próximos às ideias pré-
conceituais dos alunos.
Para materiais de aprendizagem que são familiares poderá ser usado um organizador
comparativo, tanto para a integração das novas ideias à estrutura cognitiva como para
aumentar a discriminabilidade entre ideias novas e as existentes que são essencialmente
diferentes, mas podem causar confusão.
Sempre que a capacidade de discriminação entre as idéias ancoradas e novas idéias do material de instrução seja um problema grave, pode utilizar-se um organizador comparativo que clarifique de modo explicito semelhanças e diferenças entre os dois conjuntos de idéias. Quando não se trata de um problema especial, geralmente é suficiente um organizador expositivo (AUSUBEL, 2003, p.12).
48
Neste trabalho, utilizamos um organizador expositivo (materiais instrucionais), tendo
em vista que grande parte dos alunos pesquisados possui pouca familiaridade com o assunto
estudado.
Ausubel ressalta ainda que a utilização dos organizadores prévios propicia ao aprendiz
uma pré-visão generalizada do conteúdo que lhe será passado, e ainda recomenda a
elaboração desses organizadores para cada nova unidade de material:
[...] é que só desta forma é que o aprendiz pode usufruir das vantagens dos subsunçores, que lhes dão uma previsão geral do material de instrução mais detalhado, antes do verdadeiro confronto com este, quer elementos de organização que incluem e explicam, de forma mais eficaz, as idéias relevantes da estrutura cognitiva do mesmo (AUSUBEL, 2003, p.152).
Para que os organizadores prévios cumpram com o seu papel, estes devem ser
apresentados numa linguagem acessível e em termos familiares ao aprendiz e, além disso,
serem passíveis de apreensão. A premissa desses organizadores é de que o material
logicamente significativo se incorpore com mais rapidez e mais estavelmente na estrutura
cognitiva do aluno, à medida que for passível de subordinação às ideias existentes
especificamente relevantes. Essa incorporação do material aprendido significativamente se
torna possível, pois, “[...] utilizam e mobilizam quaisquer conceitos ancorados relevantes já
estabelecidos na estrutura cognitiva do aprendiz e torna-os parte da entidade subordinadora”
(AUSUBEL, 2003, p.154).
Assim sendo, não só o novo material se torna mais familiar e potencialmente mais
significativo, como os antecedentes ideacionais mais relevantes na estrutura cognitiva também
são selecionados e usados de forma integrada.
Além disso, os organizadores prévios constituem um ótimo esteio se estiverem: “[...]
tornando possível a subsunção a idéias especificamente relevantes (e apoiando-se noutras
vantagens da aprendizagem de subsunção), os organizadores fornecem uma ancoragem ótima
para o material de instrução, a um nível apropriado de inclusão” (AUSUBEL, 2003, p.154).
Ausubel (2003) salienta também que o uso de organizadores prévios pode eliminar a
tendência natural dos alunos em memorizar o conteúdo que não lhes é familiar.
[...] o uso de organizadores torna desnecessária grande parte da memorização à qual os estudantes recorrem muitas vezes, pois lhes exigem que aprendam os pormenores de uma disciplina desconhecida, antes de terem disponível um número suficiente de idéias ancoradas chave que tornem estes pormenores significativos. Devido à freqüente não disponibilidade de tais idéias na estrutura cognitiva, com as quais os pormenores se podem relacionar de forma não-arbitraria e substantiva, o
49
material, embora logicamente significativo, não possui, muitas vezes, significação potencial (AUSUBEL, 2003, p.154).
Outro pesquisador19 relata que os organizadores prévios exercem um efeito importante
na aprendizagem escolar, e análises estatísticas de seus achados para avaliar a “significância
prática” revelaram dados interessantes sobre esses organizadores.
Uma das principais variáveis da aprendizagem receptiva significativa é a
discriminação. Quando se apresenta ao aluno um material potencialmente significativo, a
existência da discriminação entre as ideias novas e os conceitos ou proposições previamente
aprendidos na estrutura cognitiva do aluno facilita enormemente a aprendizagem significativa,
caso contrário pode ocorrer uma interferência proativa20.
Isto passa-se, sobretudo, quando os dois conjuntos de idéias são confusamente semelhantes e quando as idéias anteriormente apreendidas não são claras nem estão bem estabelecidas. Nestas últimas condições, o aprendiz encontra, de forma compreensível, uma maior dificuldade na aprendizagem de novas idéias do que se não tivesse sido anteriormente exposto a um conjunto de proposições confusamente semelhantes e não discrimináveis (AUSUBEL, 2003, p.159).
A discriminabilidade entre o novo material aprendido e as ideias já estabelecidas é
uma função, em grande parte, da estabilidade das ideias já existentes que são relacionáveis na
estrutura cognitiva do aprendiz.
Pretendemos, também, com os organizadores prévios, utilizados como material
instrucional, e o uso dos mapas conceituais como recurso instrucional, atingir um determinado
grau de discriminação que seja suficiente para termos um bom resultado na assimilação do
conteúdo. Desse modo, se os organizadores, por um lado, conseguirem formatar de forma
clara, sem ambiguidades, e explicitar as diferenças e semelhanças fundamentais existentes
entre os novos conceitos e princípios subsunçores a serem apreendidos, as novas ideias
estariam, dessa forma, discriminadas em relação às ideias esteios, facilitando assim a
compreensão do novo conteúdo, evitando possíveis confusões e, por outro, ideias semelhantes
estabelecidas na estrutura cognitiva do aluno. A partir desse pressuposto, postula-se:
19 Em 98% dos casos um organizador prévio resultou numa melhora de 10 a 18% de aumento no escore médio de aprendizagem. Comparando com grupos que não usaram um organizador prévio, a percentagem de aumento no escore médio de transferência de conceitos efetuada por um organizador variou de 16 a 50%, dependendo do tipo de tarefa de aprendizagem (BARNES, 1972 apud AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1978, p.148). 20 Constitui uma transferência negativa causada pela confusão entre duas ideias similares, cujos esteios não estão suficientemente estáveis na estrutura cognitiva do aluno.
50
(1) Uma capacidade de discriminação melhorada das novas idéias ancoradas iria permitir ao aprendiz apreender, mais tarde, as idéias e informações mais pormenorizadas da própria passagem de aprendizagem, com menos ambiguidades, significados competidores e idéias erradas sugeridas pelas idéias semelhantes estabelecidas na estrutura cognitiva do que seria possível de outra forma (AUSUBEL, 2003, p.170). (2) À medida que estes novos significados mais claros e discerníveis, menos confusos e altamente diferenciados interagem com os respectivos subsunçores (isto é, com significados análogos, estabelecidos e mais subordinantes ou combinatórios, durante o intervalo de retenção), também retêm a própria identidade durante mais tempo (AUSUBEL, 2003, p. 170).
Outro aspecto da Teoria de Ausubel considerado pertinente e relevante para a pesquisa
é a Teoria da Assimilação, já que é pela assimilação de conceitos que crianças e adultos
adquirem novos conhecimentos. Além disso, com o processo de assimilação, a aquisição e a
organização de significados na estrutura cognitiva se tornam mais claras e precisas. A
hipótese da assimilação ajuda a explicar como o conhecimento é organizado na estrutura
cognitiva do aluno.
Se armazenam as novas idéias em relações ligadas a idéias correspondentemente relevantes, existentes na estrutura cognitiva [e se também é verdade quer que um membro do par relacionado é, geralmente, subordinante, ou é mais inclusivo do que outro, quer que o membro subordinante (pelo menos, assim que estiver estabelecido) é o mais estável do par], os resíduos cumulativos daquilo que se apreende, retém e esquece (a estrutura psicológica do conhecimento ou estrutura cognitiva como um todo) têm, necessariamente, de estar em conformidade com o princípio organizacional de diferenciação progressiva (AUSUBEL, 2003, p.107).
A essência da Teoria da Assimilação “[...] está na idéia de que se adquirem os novos
significados por meio da interação de novas idéias (conhecimentos) potencialmente
significativas com proposições e conceitos anteriormente apreendidos” (AUSUBEL, 2003,
p.106).
No processo de assimilação, mesmo após o aparecimento do significado, a relação
entre as ideias-esteios (subsunçores) e as assimiladas permanecem na estrutura cognitiva.
Ausubel descreve o processo de “subsunção” por meio do que ele chama de “princípio
de assimilação”, o qual é representado simbolicamente da seguinte maneira:
51
FIGURA 5: Princípio de assimilação
Fonte: MOREIRA; MASINI, 2006, p.25
Assim, a assimilação é um processo que ocorre quando um conceito ou proposição a,
potencialmente significativo, é assimilado sob uma ideia ou conceito mais inclusivo já
existente na estrutura cognitiva, como um exemplo, extensão, elaboração ou qualificação do
mesmo. A partir dessa interação, tanto a nova informação como os conceitos e proposição
aprendidos anteriormente são modificados, e o novo produto interacional adquire um novo
significado. Além disso, a’ e A’ permanecem relacionados como co-participantes de uma
nova unidade a’A’ que nada mais é do que o subsunçor modificado.
No caso da pesquisa, se o conceito de força magnética deve ser aprendido por um
aluno que já possui o conceito de força bem estabelecido em sua estrutura cognitiva, o novo
conceito específico (força magnética) será assimilado pelo conceito mais inclusivo (força) já
adquirido. Esse pré-conhecimento já estabelecido funcionará como um ótimo subsunçor,
funcionando como um ancoradouro para as novas ideias.
Esse processo de interação sequencial de novos significados resulta:
O processo de assimilação sequencial de novos significados, a partir de sucessivas exposições a novos materiais potencialmente significativos, resulta na diferenciação progressiva de conceitos ou proposições no conseqüente aperfeiçoamento dos significados e numa potencialidade melhorada para se fornecer ancoragem a aprendizagens significativas posteriores. (AUSUBEL, 2003, p.106).
O refinamento dos significados é obtido pela diferenciação progressiva dos conceitos
ou proposições, com o consequente aumento potencial para a criação de uma base para
posterior aprendizagem significativa. O relacionamento dos conceitos ou proposições por
meio de uma aprendizagem sobreordenada21 ou combinatória acarreta o surgimento de novos
21 Aprendizagem do significado de um novo conceito ou proposição que não pode se relacionar especificamente com proposições ou conceitos subordinados na estrutura cognitiva, mas pode se relacionar com antecedentes amplos de um conteúdo genericamente relevante na estrutura cognitiva.
Nova informação
potencialmente
significativa.
Relacionada e
assimilado por
Conceito
subsunçor
existente na
estrutura
Produto
interacional
(subsunçor
modificado).
52
significados, e significados conflitantes podem ser resolvidos por meio da reconciliação
integradora.
Admite-se que a assimilação aumente o poder de fixação de três maneiras diferentes:
Em primeiro lugar, ficando “ancorado”, por assim dizer, a uma forma modificada de uma idéia altamente estável e relevante existente na estrutura cognitiva, novo significado partilha, de modo substituto, a estabilidade e longevidade desta idéia. Em segundo lugar, este tipo de “ancoragem”, continuando, durante o intervalo de armazenamento, a relação original não-arbitrária e substantiva entre a nova idéia e as estabelecidas, também protege o novo significado da interferência relativa exercida por idéias semelhantes contraditórias anteriormente apreendidas (pró-ativas), experimentadas em simultâneo, ou encontradas posteriormente (retroativas). Esta interferência é muito mais prejudicial quando se relaciona arbitrariamente o material de aprendizagem à estrutura cognitiva, tal como no caso da aprendizagem por memorização. Em terceiro lugar, o fato de se armazenar a idéia significativa acabada de surgir numa relação ligada com a(s) idéia(s) particular(es) da estrutura cognitiva para a qual é mais relevante - ou seja, com a(s) idéia(s) com a(s) qual(is) estava originalmente relacionada para a aquisição de significado – torna, presumivelmente, recuperável um processo menos arbitrário e mais sistemático, explicando, também, a assimilação obliterante quando a recuperação não é possível (AUSUBEL, 2003, p.107).
No estudo do Magnetismo e do Eletromagnetismo consideramos que, havendo a
aprendizagem significativa propriamente dita, as vantagens por parte dos alunos estariam na
dissociação dos novos conceitos em suas ideias básicas, ficando como resultado dessa
dissociação as ideias âncoras que poderão servir de subsunçores para entendimentos
posteriores.
Não é difícil de inferir que uma aprendizagem, quando se torna significativa para o
aluno, faz com que ele aplique os seus conhecimentos em inúmeras situações - problemas do
seu cotidiano -, em outras palavras, ele adquiriu uma competência que o acompanhará por
toda sua vida. A aquisição de competências e de habilidades é a tônica dos PCNEM, que
integram os objetivos a serem atingidos no Ensino Médio. Uma das estratégias sugerida para
atingir tais objetivos é a seleção dos “Temas estruturadores do ensino da Física”, são temas
que articulam conhecimento e competências. Um desses temas foi tratado de uma forma
fenomenológica e lúdica, em que os alunos trabalham na compreensão dos equipamentos
elétricos que estão presentes em nosso dia-a-dia, desde aqueles de utilização doméstica aos
geradores e motores de uso industrial, provendo competências para utilizá-los, dimensioná-los
ou analisar condições de sua utilização, havendo uma efetiva interação dos alunos com esses
equipamentos.
53
Percebemos que tais temas estruturadores “podem funcionar” como organizadores
prévios para o caso do Magnetismo e do Eletromagnetismo se fossem organizados em torno
dos equipamentos elétricos e telecomunicação, um dos seis temas sugerido pelos PCNEM.
A semelhança dos temas estruturadores com os organizadores prévios é no tocante à
organização dos conteúdos da Física, em termos de objetivos almejados e na exemplificação
de como reorganizar as áreas tradicionalmente trabalhadas, de maneira a atribuir-lhes novos
sentidos.
De acordo com os PCNEM: “Esses temas apresentam uma das possíveis formas para a
organização das atividades escolares, explicitando para os jovens os elementos de seu mundo
vivencial que se deseja considerar” (BRASIL, 1999, p. 71).
A implementação da aprendizagem significativa é observada, também, com o
PNLEM, refletida na elaboração de livros que possuem uma maior preocupação com a
contextualização e, consequentemente, visando à aprendizagem significativa.
Podemos dizer que os livros selecionados pelo PNLEM - 2007 encontram-se, de certo
modo, sintonizados com a teoria de Ausubel. O livro Universo da Física, de Sampaio;
Calçada (2005), realiza a diferenciação progressiva nas resoluções de exercícios, ou seja, os
autores realizam uma discussão que antecede a resolução numérica, apresentando a solução na
forma literal, cujo resultado numérico só é substituído no final. O mesmo utiliza
organizadores prévios, introduzindo questões no início dos capítulos do livro do aluno. Em
seu volume único, os autores fazem o uso dos organizadores prévios quando em alguns
capítulos o tema é iniciado por uma apresentação na perspectiva histórica.
Outro livro, Física – Ciência e Tecnologia, Penteado; Torres (2005), considera a
utilização dos benefícios dos organizadores prévios, quando no início de cada capítulo é
apresentado ao aluno um pequeno texto motivador que anuncia o assunto a ser tratado, de
modo abrangente, articulando o assunto central do capítulo. No livro do professor, é sugerida
a utilização de conceitos subsunçores, como o de “força” e “energia”, por exemplo, por serem
temas da atualidade.
Noutro livro analisado pelo PNLEM-2007, Física, Gaspar (2005), identificamos como
organizadores prévios textos de apresentação que contextualizam e justificam a importância
do conteúdo a ser discutido, o que possibilita aos alunos uma leitura autônoma.
E por fim, no livro Física, Santos Filho; Toscano (2005), o conteúdo é trabalhado a
partir de situações contextualizadas no dia-a-dia, tomadas como ponto de partida do processo
de ensino e aprendizagem, constituindo, dessa forma, em um organizador prévio. No aspecto
pedagógico/metodológico, cada capítulo do livro é apresentado de uma maneira
54
contextualizada em torno de uma questão organizadora da aprendizagem, sendo, também,
uma maneira de introduzir o assunto com vistas nos organizadores prévios.
A utilização dos organizadores prévios como um artifício para promover a
aprendizagem significativa é solidamente justificada pela Teoria da Aprendizagem
Significativa de Ausubel.
O psicólogo americano R. E. Mayer realizou uma pesquisa de vinte anos sobre os
organizadores prévios e utilizou o apoio da Teoria a Assimilação para fundamentar e predizer
resultados. Essa teoria foi estudada anteriormente e, podemos dizer resumidamente que sua
essência está na idéia de que novos significados são adquiridos pela interação do novo
conhecimento com os conceitos e preposições aprendidos anteriormente.
Segundo Mayer,
[...] organizadores avançados resultarão em uma aprendizagem mais ampla em situações onde o aluno normalmente não possuir ou usar um contexto assimilativo para incorporar o novo material. Em particular, os organizadores avançados resultarão em uma aprendizagem mais ampla quando o material for potencialmente conceitual... (MAYER, 1979, p. 161, tradução nossa).22
Essa conclusão de Mayer fortalece ainda mais a utilização dos organizadores prévios
como materiais introdutórios de um assunto e direcionados àqueles alunos que aparentemente
não possuem nenhum subsunçor estável disponível em sua estrutura cognitiva.
Mayer testou, também, a influência de materiais potencialmente significativos na
aprendizagem dos alunos, quando o estudo permitiu um tratamento interativo dos alunos com
os materiais, esses materiais utilizados como organizadores avançados se revelaram como
auxiliadores para a aprendizagem significativa à medida que eles fizessem uma referência
com as idéias relevantes da estrutura cognitiva do aluno.
Contemplamos em nossa pesquisa a interação do aluno com o material, isso foi feito
no momento da realização das oficinas, além de servirem como importantes suscitadores de
idéias esteios, as oficinas concorrem para uma maior motivação dos alunos, pois, é nesse
momento que os discentes colocam a “mão na massa” para a montagem dos protótipos
sugeridos.
Outra importante conclusão de Mayer diz respeito ao conhecimento prévio do aluno e
o tratamento interativo. De acordo com Mayer, os aprendizes mais inexperientes, como menos
22 [...] advance organizers will result in broader learning outcomes in situations where learner does not normally possess or use an assimilative context for incorporating the new material. In particular, advance organizers will result in broader learning when the material is potentially conceptual… .
55
subsunçores disponíveis em sua estrutura cognitiva, podem tirar mais aproveito dos
organizadores avançados.
Essas conclusões são apoiadas pela Teoria a Assimilação, podemos transcrever:
Quando o design de um estudo permitiu uma interação entre conhecimento versus tratamento (KTI), houve algum apoio para a conclusão de que os organizadores avançados auxiliaram fortemente os alunos inexperientes do que aqueles que possuem um rico arcabouço de conhecimento. (MAYER, 1979, p. 161, tradução nossa).23 Quando o design de um estudo permitiu um Tratamento Interativo × Materiais (MTI), houve um padrão consistente onde os organizadores avançados auxiliaram fortemente a performance, quando o material era pouco integrado do que quando estava em espiral ou em formato organizado. (MAYER, 1979, p. 161, tradução nossa).24
23 When the design of a study allowed for a Knowledge × Treatment Interaction (KTI) there was some support for the finding that advance organizers more strongly aided inexperienced learners those possessing a rich set of subsuming knowledge. 24 When the design of a study allowed for a Materials × Treatment Interaction (MTI) there was a consistent pattern in which advance organizers more strongly performance when material was poorly integrated than when it was in spiral or organized format.
56
5. METODOLOGIA
5.1. Organizadores prévios para a aprendizagem do magnetismo e do eletromagnetismo
no ensino médio
No presente trabalho de pesquisa, estudamos o ensino/aprendizagem de conceitos do
Magnetismo e de Eletromagnetismo por meio dos organizadores prévios, explanados no
capítulo da Fundamentação Teórica, sendo que esses, segundo Ausubel (2003), constituem
uma facilitação para a aprendizagem significativa.
Como organizadores prévios serão utilizados leituras científicas/oficinas, e os mapas
conceituais como recurso instrucional, com o intuito de, respectivamente, ativar e organizar a
estrutura cognitiva do aluno para aquilo que será abordado (estudado). Sendo assim, o uso dos
organizadores prévios não substituirá a aula tradicional que será ministrada pelo professor da
disciplina, constituindo-se, dessa forma, como um agente facilitador, anterior à aprendizagem
do conteúdo de Magnetismo e do Eletromagnetismo para os alunos daquela escola.
A metodologia foi aplicada aos alunos do Ensino Médio do Instituto Federal de
Educação, Ciência e Tecnologia (IFET Sul de Minas, Campus Machado). Foi feito uma
relação dos interessados em participar da pesquisa e com essa listagem foram sorteados 12
(doze) alunos. Foi perguntado àqueles sorteados sobre o interesse em participar da pesquisa e
a disponibilidade de irem à escola no período da tarde. Caso houvesse alguma
impossibilidade, outro aluno seria chamado. Antes do sorteio foi explicado aos discentes toda
a metodologia e os objetivos da pesquisa.
Todo o desenvolvimento da metodologia realizou-se no Campus Machado, dada as
melhores condições de infraestrutura.
Para motivá-los a participarem efetiva e seriamente deste trabalho de pesquisa, foram
contabilizados 25% da pontuação da última prova sobre o assunto para os alunos
participantes, sendo a frequência verificada diariamente.
Durante a segunda quinzena de agosto e a primeira quinzena de setembro de 2009
(quatro semanas), foram ministradas 19 (dezenove) atividades-dias de 1,5 horas. A proposta
foi aplicada no turno da tarde, enquanto aulas tradicionais de tópicos distintos do Magnetismo
e Eletromagnetismo seriam ministradas pelo professor da disciplina no quarto bimestre. A
proposta foi aplicada em 19 (dezenove) atividades-dias, sendo 1 (uma) atividade-dia para o
questionário, 13 (treze) atividades foram utilizadas para as leituras dos textos de Magnetismo
57
e de Eletromagnetismo, incluindo as discussões, 4 (quatro) atividades-dias foram destinadas à
realização das oficinas e 1 (uma) atividade utilizada para o fechamento da pesquisa, com a
apresentação do mapa conceitual do assunto tratado e aplicação do pós-questionário. Os
alunos foram divididos em 3 (três) grupos de 4 (quatro) alunos para a leitura dos textos, bem
como para a realização das oficinas. Na leitura dos textos procuramos, a cada dia, alternar os
elementos de cada grupo, com o objetivo de estimular a socialização entre os alunos. Já na
realização das oficinas, os grupos foram mantidos desde o início até o final das atividades.
Tanto a fase das discussões das questões como as atividades das oficinas foram
gravadas em áudio e vídeo e posteriormente transcritas para o trabalho. Optamos pela
exemplificação das falas e respostas a cada passo da análise, utilizando nomes fictícios na
identificação dos alunos.
A razão de se escolher grupos de 4 (quatro) alunos parte da experiência profissional do
pesquisador, e dos bons resultados alcançados com esse tipo de distribuição ao longo de 12
(doze) anos de docência.
Os tópicos escolhidos dentro do Magnetismo e do Eletromagnetismo foram: força
magnética e indução eletromagnética. Esses temas balizaram as atividades das oficinas que
foram realizadas após o cumprimento de outros estágios (leitura dos textos, respostas às
questões dos textos e discussão dessas respostas).
As interferências do pesquisador ocorriam no próprio Instituto, no período da tarde,
em uma sala, e com atividades-dias de 1,5 h (uma hora e meia) para não tornar o trabalho
cansativo e desestimulante. O desenvolvimento da pesquisa se deu conforme o cronograma a
seguir.
58
5.2. CRONOGRAMA DA PESQUISA
1º dia
18/08
2º dia
19/08
3º dia
20/08
4º dia
21/08
5º dia
24/08
6º dia
25/08
7º dia
26/08
8º dia
27/08
9º dia
28/08
10º dia
31/08
11º dia
01/09
12º dia
02/09
13º dia
03/09
14º dia
04/09
15º dia
08/09
16º dia
09/09
17º dia
10/09
18º dia
11/09
19º dia
14/09
Questionário 17:00
às
18:30
Leituras 17:00 às 18:30
Oficinas 17:00 às 18:30
Questionário
e Mapa
Conceitual
17:00
às
18:30
59
Inicialmente, foi aplicado um questionário (APÊNDICE A) com o intuito de levantar
os conhecimentos prévios dos alunos sobre Magnetismo e Eletromagnetismo e, a partir desses
conhecimentos, avaliar o desenvolvimento cognitivo dos mesmos.
Após o cumprimento das três primeiras etapas da pesquisa, o questionário foi passado
novamente para os alunos responderem. Nosso objetivo com isso é avaliar o quanto de ideias
novas (subsunçores) foram incorporados pela estrutura cognitiva do discente, podendo haver,
também, uma alteração da ideia âncora existente, evoluindo para um conceito mais geral e
inclusivo.
FIGURA 6: Etapas da pesquisa: uma visão geral
Posteriormente, os discentes leram textos históricos e científicos sobre Magnetismo
(ANEXO A), que relatam a experiência vivida por Magnês, e textos sobre o
Eletromagnetismo. Em todas as leituras os alunos tinham que responder alguns
questionamentos. Por esse motivo, necessitavam fazer uma leitura atenta desses textos. O
intuito dos textos é de ambientá-los ao novo conteúdo do Magnetismo, bem como do
Eletromagnetismo, que viria a ser trabalhado no decorrer do bimestre. Toda etapa foi gravada
em áudio e vídeo, assim como as discussões entre os alunos sobre as questões.
Na segunda fase, foram entregues aos alunos textos científicos de revistas,
reportagens, artigos etc, pertinentes ao assunto de Magnetismo e do Eletromagnetismo
(ANEXO A). Assim como na primeira fase, os discentes responderam algumas questões a
respeito do assunto tratado e discutiram entre si suas respostas com a mediação do professor.
Foram distribuídos 4 (quatro) textos sobre o Magnetismo e 8 (oito) textos sobre o
Eletromagnetismo. Em média trabalhamos 1 (um) texto a cada dia, levando um total de 14
(quatorze dias) para desenvolver essa etapa22.
22 Ver cronograma da pesquisa – capítulo 5.
Pré-
Questionário
Leitura de textos de
Magnetismo e de
Eletromagnetismo
(organizadores
prévios)
Oficinas
(organizadores
prévios)
Pós-
questionário
Mapa
conceitual
60
O principal objetivo desse material instrucional foi preparar cognitivamente os
discentes para o assunto que seria estudado com o professor titular da disciplina, assim como
ativar os subsunçores relevantes. Outro objetivo foi despertar os subsunçores na estrutura
cognitiva dos discentes, ou mesmo criar ideias âncoras para o estudo futuro do Magnetismo e
do Eletromagnetismo.
Primando pelo bom entendimento dos textos apresentados, antes da leitura dos
mesmos, foi dado aos alunos um texto complementar com intuito de fornecer significados aos
termos que apareceriam. A seguir, foram analisadas as relações de dependência entre as
grandezas relacionadas e os conhecimentos prévios dos alunos, ou seja, procuramos
identificar neste estágio os possíveis subsunçores, procedendo a leitura de artigos e
contextualizando o conteúdo.
O penúltimo estágio da aplicação da metodologia foi a realização das oficinas, em que
os alunos, de posse dos conhecimentos e conceitos adquiridos ou modificados, passaram para
aplicação dos mesmos na construção de equipamentos ou experimentos que permitissem a
consolidação e a sedimentação dos conceitos assimilados nas etapas anteriores. Os
equipamentos trazidos para as oficinas eram pré-montados, e os alunos, seguindo o roteiro,
finalizavam a montagem. Os roteiros estão no APÊNDICE B.
Para a realização das oficinas foram necessárias 4 (quatro) atividades-dias. Os temas
abordados nessa atividade foram: Indução Magnética, 2 (dois) equipamentos, em que foi
trabalhada a construção de um protótipo para a Levitação Magnética e Freio Magnético. Os
alunos trabalharam, também, com Campo Magnético, Força Magnética, 2 (dois)
equipamentos, construindo um Motor Convencional e um Motor de Rotor Líquido. Foram
mantidos os mesmos grupos de estudos e cada grupo teve que construir todos os
equipamentos e experimentos sugeridos, realizando um rodízio entre todas as atividades.
Levamos para a sala de aula todos os materiais necessários para a realização das
oficinas, e foram distribuídos aos alunos roteiros passo-a-passo de como montar os
experimentos.
Todas as atividades desenvolvidas durante a aplicação da metodologia foram gravadas
em áudio e vídeo para que pudessem ser transcritas para o trabalho e analisadas. As
interferências do pesquisador eram apenas como mediador das discussões entre os alunos e os
grupos.
A última etapa da pesquisa foi a apresentação do mapa conceitual. Segundo Moreira
(2006), os mapas conceituais devem ser apresentados aos alunos quando os mesmos já
tiverem tido um contato inicial com o conteúdo. Assim sendo, logo após as oficinas, foi
61
passado aos alunos o mapa conceitual do Eletromagnetismo23 elaborado por nós, cujo
principal objetivo foi mostrar uma visão geral do referido tópico, bem como organizar e
apresentar os conceitos básicos do tópico que seria estudado no decurso normal.
23 Ver Figura 3.
62
6. ANÁLISE DOS RESULTADOS
Na análise dos resultados, os nomes reais dos alunos foram substituídos por nomes
fictícios, mantendo o gênero.
No decorrer da aplicação da metodologia, percebemos uma intensa socialização entre
os membros dos grupos e entre os grupos. Cada componente contribuía com seu parecer, isto
é, com aquilo que ele trazia de pré-conhecimento a respeito do assunto.
A cada novo encontro fazíamos uma troca de componentes entre os grupos, de
maneira a estimular o relacionamento entre os alunos, efetivando, dessa forma, a socialização.
Notamos que cada aluno apresentava certa ansiedade em saber as respostas corretas
das questões, pois, o professor não julgava se elas estavam “certas” ou “erradas”, apenas
emitia considerações que estimulassem/provocassem o raciocínio dos alunos. Foi combinado
que as respostas seriam discutidas somente ao término da pesquisa, pois, dessa forma, a
pesquisa não seria “contaminada” com o parecer do professor.
Diante dessa situação, a maioria dos alunos argumentou se poderia pesquisar o assunto
em livros ou internet. O professor não se interpôs, deixando os discentes livres para
realizarem suas pesquisas.
Achamos genial essa atitude por parte dos alunos, uma vez que a pesquisa feita em
condições motivadoras e não por imposição é uma forma de adquirir efetivamente os
subsunçores relevantes para o estudo futuro de um determinado tópico.
Nossa intenção foi utilizar alguns conceitos do Magnetismo e do Eletromagnetismo
que estão mais próximos do cotidiano do aluno, para suscitar ou despertar subsunçores
relevantes para a aprendizagem significativa desses dois tópicos a serem estudados
futuramente.
Houve um momento durante as discussões em que duas teses surgiram, a do aluno
Renan, de que a magnetita só adquiriu propriedades magnéticas ao sair em forma de lava do
vulcão e resfriando-se na direção norte-sul terrestre, e a do aluno Wilson, que a magnetita já
possuía propriedades magnéticas mesmo antes do resfriamento, conforme demonstrado
abaixo:
“Acho que deve ser uma região com muitos vulcões. Alguns ativos, outros inativos e
ai algum desses ativos provavelmente deve ter a lava quando sai desce nas rochas e deve ter
formado várias pedras de magnetita ai no local no momento que foi resfriada a lava” (Aluno
Renan).
63
“Na minha opinião a magnetita já nasceu magnetita mesmo lá no interior da Terra”
(Aluno Wilson).
Observamos também que, com a evolução da aplicação da metodologia, os alunos iam
modificando seus pré-conceitos, substituindo-os por ideias mais relevantes e estáveis,
observadas nas falas dos estudantes. Quando questionados, suas respostas iam paulatinamente
adquirindo mais propriedade, mais firmeza e clareza de raciocínio. Dessa forma, a ideia
âncora anterior foi sendo substituída ou modificada pela nova ideia mais inclusiva. Com a
leitura, por exemplo, do texto 3: Imãs naturais: fósseis magnéticos (ANEXO A), essas
mudanças começaram a acontecer. O texto, entre outros assuntos, mencionava o ponto Curie
da magnetita, sobre esse tema, percebemos que algumas pré-concepções dos alunos foram
modificadas.
Comparando a temperatura (5850C) com a temperatura do núcleo terrestre - obtida via
pesquisa - concluíram que a tese do Renan estava correta, e todos os alunos passaram a
sustentar a mesma ideia.
“Então ontem eu já estava com a ideia do Wilson que a magnetita saia imã já só que hoje mudei para a do Renan porque se ela perde suas propriedades com quinhentos e oitenta e cinco lá no centro da Terra que é uma temperatura mais alta ela não pode ter propriedades magnética” (Aluna Marina).
“Eu coloquei a mesma coisa que a Marina que ela perderá as propriedades
magnéticas acima de quinhentos e oitenta e cinco graus” (Aluno Eder).
Nesse momento, o professor pergunta ao aluno se ele faz uma ideia de quanto seria a
temperatura no interior Terra.
“Uai. Eu pesquisei na internet e encontrei que é acima de seis mil graus Celsius”
(Aluno Eder).
O professor pergunta ao aluno Wilson se ele ainda defende sua tese.
“Não. (risos de todos os alunos) Na minha visão eu vou querer abdicar ela porque segundo o texto a magnetita perde as propriedades magnéticas dela quando ela ultrapassa quinhentos e oitenta e cinco graus Celsius e como o centro da Terra está muito mais com uma temperatura muito mais superior do que essa... com certeza ela perde o seu poder lá no centro, mas ai surge outra dúvida, um questionamento: O que faz com que a Terra tenha esse campo magnético?” (Aluno Wilson).
64
Aproveitando “esse gancho”, o professor questionou o aluno Wilson se o magma
movimentava no interior da Terra. Esse foi um bom momento para introduzir outro subsunçor
que serviria para ancorar uma nova ideia da geração de campo magnético pela circulação de
corrente num condutor.
“Na minha opinião ele se movimenta. Ele se movimenta o tempo todo sem parar”
(Aluno Wilson).
“Eu suponho que fosse pela diferença de temperatura mesmo seja mínima, mas é alguma temperatura como é o quente como que o lugar mais quente ele se movimenta é... supondo que com o ar daqui da Terra é mais quente ele sobe e o frio desce suponhando que o magma quente sobe e o frio desce e depois resfriando movimento” (Aluno Jaime).
O professor questiona: como é chamada essa movimentação?
“Correntes de convecção” (Aluno Agenor).
Então o professor argumentou: existiria outra causa para a movimentação do magma?
“Poderia ser o movimento de rotação da Terra” (Aluno Agenor).
Os alunos, motivados pela questão, pesquisaram o assunto e um deles relatou:
“É eu pesquisei que o movimento de rotação da Terra e o movimento de convecção do
magma que ele vai gerar como que em espiras ele vai gerar um campo magnético e também
que tem tipo descargas elétrica dentro do magma e isso vai fazer o campo magnético da
Terra” (Aluno Agenor).
Outro aluno completou a resposta.
“Eu li alguma coisa a respeito. Eu li lá que o núcleo ele é composto por cargas elétricas, correntes elétricas e no manto são formada espiras solidas junto com o movimento da Terra há tipo uma reação das espiras com as cargas elétricas gerando um campo magnético. Isso que eu cheguei a conclusão lá” (Aluno Jaime).
65
Essa inferência feita pelo aluno ficou sedimentada com a leitura do texto sobre a
origem do Eletromagnetismo e com a experiência de Oersted.
Essa conclusão a qual chegaram os alunos constitui um importante subsunçor para o
estudo significativo de outras fontes de campo magnético, ou seja, uma vez internalizado e
contextualizado que a movimentação das partículas carregadas eletricamente presentes no
magma dá origem ao magnetismo terrestre, torna-se mais fácil de relacionar a essa ideia
estável (subsunçor estabelecido na estrutura cognitiva do aluno), a origem do campo
magnético produzido, por exemplo, ao redor de um fio condutor pela circulação corrente
elétrica, pois, a corrente é a movimentação ordenada das partículas portadoras de carga
elétrica.
Deste modo, é possível relacionar a mesma ideia estável, não só do campo magnético
gerado ao redor de um fio condutor, mas o campo magnético produzido pela circulação de
corrente elétrica por uma bobina ou por uma espira.
Além de mudanças de concepções, observamos também que a estrutura cognitiva de
alguns alunos foi alargada quando um deles relatou uma experiência cotidiana que havia
realizado.
“Eu também concordo que ela perde suas propriedades magnéticas e também eu tive a oportunidade de ter feito essa experiência. É um imã de alto-falante eu estava na casa do meu avô eu coloquei no fogão de lenha eu tirei ela não tinha mais a propriedade de puxar, de puxar, de atrair”(Aluno Aloir).
Com os textos sobre o funcionamento dos microfones, procuramos desenvolver
subsunçores para o estudo da Lei de Faraday, uma vez que esses dispositivos funcionam com
base na indução de correntes elétricas pela variação do fluxo magnético em uma bobina. Foi
utilizado, também, um texto tratando do funcionamento dos alto-falantes.
O texto 8 (ANEXO A), que trata do microfone de indução, teve como objetivo a
criação de subsunçores para a indução eletromagnética. A maioria dos alunos intuiu que a
corrente elétrica induzida na bobina era consequência do movimento de vai-e-vem do imã na
mesma.
Ao enfrentarem questões sobre a indução de corrente elétrica pela variação do fluxo
magnético, os alunos que internalizaram essa ideia âncora adquirida pela leitura dos textos e
pela realização das oficinas puderam assimilar facilmente a ideia (nova) de que as correntes
induzidas são produzidas pelo movimento relativo entre o imã e a bobina, ou seja, pela
variação do fluxo magnético através da bobina.
66
“A s vibrações provocadas pela voz na membrana faz com que o imã entre e saia da
bobina gerando uma corrente elétrica que é ampliada. Essa energia elétrica é convertida em
energia sonora e é retransmitida” (Aluno Wilson).
“Ela aparece através do campo magnético que ativa (gera) a corrente elétrica
causada pelos sinais sonoros que passa pela membrana ocorrendo vibração no imã que
também ativa a bobina gerando através do movimento a corrente elétrica” (Aluno Eder).
“A parece através do campo magnético, porque ao falarmos as ondas sonoras emitidas, faz com que a membrana vibra, e com esse movimento de vibração, o imã que está ligado na bobina se movimenta também, então esses movimentos se transformam em sinais elétricos” (Aluno Tiago).
Foi perguntado aos alunos se haveria alguma diferença na indução da corrente elétrica,
com respeito ao movimento do imã ou da bobina. Todos responderam que tanto faz o imã se
mover em direção da bobina parada ou ao contrário. Das duas maneiras haveria indução de
corrente elétrica, ficando claro para nós que, o importante é que haja um movimento relativo
entre bobina e imã.
Em relação ao texto 9 (ANEXO A), que trata sobre o alto-falante, somente dois alunos
responderam coerentemente as questões que tratavam das diferenças entre o microfone e o
alto-falante.
Josiane e Renan responderam que para haver a vibração do cone do alto-falante existe
a necessidade de uma corrente percorrer a bobina, gerando um campo magnético. Esse campo
interagiria com o campo magnético do imã fixo, convertendo, dessa forma, os sinais elétricos
em sinais sonoros pela vibração do cone.
“Quando a corrente proveniente do microfone atravessa a bobina, na presença do
imã, fica sujeita a ação de forças magnéticas que a fazem vibrar” (Aluna Josiane).
“A corrente elétrica atravessa a bobina, que é imersa no campo magnético criado pelo imã, fica sujeita à ação de forças magnéticas que a fazem vibrar. A vibração da bobina provoca a vibração do cone de papelão. O ar junto ao cone também vibra, gerando ondas sonoras e reproduzindo o som que foi captado pelo microfone” (Aluno Renan).
Não conseguiram explicar a origem da vibração que seria pela inversão do sentido da
corrente elétrica pela bobina.
67
Com este texto, esperamos que tivessem sido criadas ideias âncoras para a
compreensão do funcionamento dos geradores e dos motores elétricos, uma vez que nos
microfones temos a movimentação do imã gerando corrente elétrica, e nos alto-falantes a
corrente elétrica produzindo movimento.
No texto 10 (ANEXO A), que trata do gravador de fitas, o objetivo foi fazer os alunos
perceberem que outros materiais ferromagnéticos (óxido de ferro nas fitas cassetes) podem ser
magnetizados.
Quatro alunos conseguiram responder convenientemente as questões. Em geral, esses
alunos intuíram que a variação da corrente elétrica aplicada no eletroímã produz um campo
magnético também variável, esse campo orientaria as partículas de óxido de ferro presentes na
fita.
Os alunos disseram que ao colocar a fita cassete na presença de um campo magnético
externo, esses pequenos imãs se desorientariam, desmagnetizando a fita. Essas falas
encontram-se transcritas a seguir:
“Os sinais sonoros através da bobina gerando a corrente elétrica pelo fio variando
então um campo magnético” (Aluno Eder).
“O eletroímã que aplica o fluxo magnético na fita” (Aluno Agenor).
“Os sinais sonoros gerado pela bobina gera uma corrente elétrica, criando o campo
magnético” (Aluno Tiago).
“É o eletroímã que vai aplicar um fluxo magnético ao óxido da fita” (Aluno Luciano).
“Ondas sonoras convertidas em corrente elétrica eletriza o pequeno eletroímã que
interaje com o imã no campo magnético. Magnetiza as partículas presentes na fita” (Aluno
Jaime).
Com o texto 11 (ANEXO A), que lida com cartão magnético, procuramos sedimentar
ainda mais os subsunçores adquiridos com a leitura dos outros textos. Os alunos foram
questionados sobre a relação entre o código binário, as regiões magnetizadas e as
desmagnetizadas da fita. Todos concluíram acertadamente que o digito 1 estaria relacionado
às regiões magnetizadas e o digito 0 às regiões não magnetizadas.
68
Um percentual de quase 42% dos alunos observou uma característica comum entre a
fita cassete e o cartão: a existência de um eletroímã e de uma corrente elétrica variável nesse
eletroímã. Podemos inferir que um subsunçor importante para o entendimento da indução
eletromagnética foi internalizado.
“A onde não há magnetizáveis é nulo 0 não possui valor, já nas faixas magnetizáveis o
valor é 1, por ter alguma força nesta parte” (Aluna Marina).
“Na tarja presente no verso do cartão, a parte magnetizada, por exemplo, recebe a numeração 1, e a não magnetizada 0, ao passar esse cartão num caixa eletrônico, a bobina presente no caixa vai fazer essas leituras das partículas de 0 e 1, e manda para o computador que vai nos mostrar as informações presentes no cartão” (Aluno Tiago).
“Digamos que a parte não magnetizada represente os dígitos 0 e a parte magneizável represente os dígitos 1. Ao passar o cartão a bobina capta os sinais das áreas magnetizáveis e não magnetizáveis essa sequencia constituirá um código binário que será decodificado pelo computador” (Aluno Wilson).
O texto 12 (ANEXO A), sobre detector de metais, estudado pelos alunos, não trazia
muitos detalhes sobre o funcionamento. Poucos alunos responderam coerentemente as
questões. Eles confundiram a função do detector de encontrar metais escondidos com o de
atrair. Alguns alunos chegaram perto da explicação correta identificando no detector de
metais eletroímãs indutores de correntes no metal enterrado, passando a localizá-los. Com
este texto surgiu, pela primeira vez, a expressão “variação do fluxo magnético induzindo uma
corrente elétrica”.
“Quando o detector de metais está em funcionamento gera uma corrente elétrica
quando aproxima um objeto metálico vai ocorrer uma variação do fluxo magnético induzindo
nele correntes” (Aluna Josiane).
“O objeto metálico altera a corrente que por sua vez geram um campo magnético
variável que induz corrente na bobina, alterando o valor da corrente que a atravessa”
(Aluno Agenor).
Um grupo de alunos observou que, anteriormente ao texto de microfone, relacionamos
a corrente elétrica como responsável pela geração do campo magnético, enquanto que, na
nova situação, temos a movimentação do imã dentro da bobina gerando a corrente elétrica.
69
Com os sete textos iniciais, procuramos ambientar os discentes com o assunto que
veriam, dispondo um vocabulário próprio para tratar os tópicos de Magnetismo e de
Eletromagnetismo. Os textos se mostraram motivadores e interessantes, aguçando a
curiosidade dos alunos, confirmando que essa preparação prévia contribui, também, para
promover uma aprendizagem significativa, potencializando que subsunçores relevantes sejam
criados na estrutura cognitiva dos aprendizes através da leitura destes textos.
Sobre o texto 1 (ANEXO A), que trata da descoberta do magnetismo, podemos
observar, pelas respostas transcritas abaixo, que os alunos, em sua maioria, possuem uma boa
noção da existência do campo magnético terrestre e de sua grande influência sobre os
materiais.
Suas argumentações sobre os processos de magnetização são coerentes e plausíveis. A
maioria dos discentes respondeu corretamente sobre a adequada orientação numa mata
utilizando uma bússola improvisada. Quanto aos processos de eletrização, os alunos citaram o
atrito de um imã num corpo magnetizável, ou o aquecimento do corpo colocando-o na direção
norte-sul terrestre.
“Com a tesoura eu retiraria um fio, o mais fino possível, da atadura e o amarraria um fio da agulha. Então eu equilibraria a tesoura em cima do frasco contendo álcool e amarraria a linha com a agulha na ponta da tesoura. Então eu imagino que o campo magnético da Terra faria com que a agulha se alinhasse na posição norte-sul” (Aluno Wilson).
“De alguma forma eu utilizaria a agulha em forma de um ponteiro de bússola, em que utilizaria o algodão para passar álcool e analgésico na agulha, deixando-a incandescente; em que ao resfriar se tornaria um imã. Após, utilizaria a tesoura como suporte e as ataduras para prender a agulha de forma que ela indicasse a direção norte-sul do campo magnético terrestre” (Aluno Eder).
“Colocaria o álcool em recipiente com as ataduras amarraria a agulha com a tesoura
cortaria as ataduras em fita bem finas para amarrar a agulha depois com cuidado vai
colocando a agulha com cuidado no recipiente para que não afunde completamente” (Aluno
Jaime).
Com estas respostas, julgamos que os alunos assimilaram como surge o magnetismo
natural.
No texto 2 (ANEXO A), que trata das histórias e lendas do magnetismo, todos os
alunos relacionaram a lava vulcânica como responsável pelo magnetismo da magnetita.
Segundo suas respostas, o magnetismo é algo inerente a esse mineral, originando do
70
magnetismo terrestre. Essa ideia prévia foi modificada pela realização das pesquisas
realizadas pelos próprios alunos ou pelo professor, conforme relatamos anteriormente.
Uma conclusão interessante estabelecida pelos alunos foi a relação entre “força
magnética” e “distância”, sendo uma relação de inversa proporcionalidade.
“A região de Magnês provavelmente deveria ter muitos vulcões por isso havia a pedra imã em abundância. E quando esses vulcões entravam em erupção a lava sofria esfriamento formando a pedra. [...] sim, quanto menor a distância maior seria a chance de os pregos serem arrancados” (Aluno Daniel).
“A relação seria nas atividades vulcânicas presentes neste local por meio da descoberta desse mineral (magnetita) em uma região rica em minérios devido ao esfriamento da lava no solo, em que se dá à sua origem e até composição. [...] a distância deve ser a mínima entre ambos com aproximadamente uns 30 metros” (Aluno Eder).
“É uma região que possui muito vulcões em atividade, talvez a magnetita possa ter sido originada das larvas que saem do interior da terra em altíssima temperatura depois esfriava. [...] seria capaz de arrancar os pregos e atrair qualquer outro metal, mas não a uma longa distância, mas sim a alguns metros, dependendo o tamanho da rocha e dos metais atraídos” (Aluno Luciano).
No estudo do texto 3 (ANEXO A), que considera imãs naturais fósseis magnéticos,
não verificamos qualquer modificação das ideias prévias dos alunos.
No texto 4 (ANEXO A), sobre “imãs desentope artérias”, os alunos Jaime, Luciano e
Agenor responderam pertinentemente às questões, demonstrando que possuem uma noção da
ação da distância dos imãs, podendo vir a ser um subsunçor para o entendimento do campo
magnético.
“Através da ação de repelir o colesterol com estruturas magnéticas, por ser diamagnético nas veias pelo sangue, contendo CO2, sugeria eu: ao caso de medicamentos que haja em sua composição as próprias estruturas mínimas e transformadas do imã, em que agiria como repelente, passando pelo organismo e sendo eliminado (as gorduras) como forma, após de ser filtrado pelos rins, de urina ou até mesmo pelas fezes ou como forma mesmo de prevenção para os mesmos” (Aluno Agenor).
No texto 5 (ANEXO A), sobre o histórico do Eletromagnetismo, percebemos que os
alunos não possuíam ideia da aplicação dos eletroímãs, citando vagamente alguns
equipamentos como televisores, geladeiras e ferro-velho, sobre este último, presumimos
tratar-se do guindaste utilizado para levantar as sucatas.
71
Quanto à segunda pergunta, sobre o fator decisivo que limitou a construção de
eletroímãs mais potentes, segundo os alunos, era de caráter físico (tamanho) e não de caráter
técnico como, por exemplo, a utilização de uma corrente elétrica de intensidade maior.
Na terceira pergunta, sobre como poderíamos aumentar a “força” de um eletroímã, os
alunos Daniel, Tiago, Jaime, Aloir, Eder e Agenor relacionaram a intensidade do campo
magnético com o número de espiras, sugerindo aumentar “as voltas” dos fios.
“Aumentando as volta do fio entorno do eletroímã” (Aluno Jaime).
Os alunos Tiago, Renan, Luciano, Eder, Josiane, Marina e Cleydiana inferiram que o
aumento da corrente elétrica é proporcional ao aumento do campo magnético.
“A umentando a energia elétrica da fonte” (Aluno Renan).
“A umentando as fontes de energia elétrica” (Aluno Luciano).
Somente a aluna Joziane especificou claramente o aumento da corrente elétrica:
“Aumentando a corrente”.
Através do texto 6 (ANEXO A), que trata dos trens Megalev, observamos a
consolidação da ideia de que uma corrente elétrica gera campo magnético. Todos
responderam que correntes elétricas percorrendo bobinas geram campos magnéticos, além
disso, a inversão dessa corrente promove a troca dos pólos do eletroímã.
“A s bobinas presente no meio do trilho, a partir do momento que são percorridas por
corrente elétrica, geram campo magnético que repele os imãs presente no fundo do trem”.
(Aluno Agenor). Como se obtém a alternância da polaridade de um imã? “Invertendo o
sentido da corrente” (Aluno Agenor).
“Fazendo circular corrente elétrica nas bobinas da linha guia, criando assim um
campo magnético que vai repelir os imãs debaixo do trem fazendo ele levitar” (Aluno
Luciano). Como se obtém a alternância da polaridade de um imã? “Alternando a corrente
elétrica fornecida às bobinas das paredes dos trilhos guias” (Aluno Luciano).
72
No texto 7 (ANEXO A), sobre a situação da pesquisa do trem Megalev no Brasil,
quando foram perguntados sobre a economia energética dos trem Megalev, somente os alunos
Agenor, Luciano, Daniel e Cleydiana se lembraram de mencionar a força de atrito que, nesse
tipo de trem, é inexistente, pelo fato de flutuarem sobre os trilhos.
“Porque não há atrito do trem nos trilhos, dessa forma qualquer força o impulsiona”
(Aluno Agenor).
“Porque não há atrito do trem nem com os trilhos e nem com outra coisa, só com o ar,
mas é quase desprezível” (Aluno Luciano).
“Porque não há atrito” (Aluno Daniel).
“Pelo fato de serem movimentados pelo magnetismo, de ser leve e não ter atritos”
(Aluna Cleydiana).
Observamos uma confusão entre conceitos de Eletrostática e de Eletromagnetismo,
verificada em respostas exemplificada a seguir:
“[...] quando a base de cerâmica envolta em nitrogênio líquido toca o imã eletrizado,
provavelmente os dois adquirem cargas iguais e se repelem, o que faz com que o veiculo
flutue” (Aluno Wilson).
Nem todos os alunos revelaram essa confusão, assim sendo, é necessário que o
professor faça a diferenciação progressiva e a reconciliação interativa, ressaltando as
possíveis semelhanças entre conceitos conflitantes.
73
6.1. Análise das questões antes e depois da realização da pesquisa
Optamos como forma de análise caso a caso, pois, julgamos ser a melhor forma de
observar a evolução conceitual dos alunos. Foram mantidos os erros ortográficos que os
discentes cometeram.
Serão apresentadas as duas respostas dadas pelos alunos, isso será feito ainda que
somente exemplificando tais respostas, antes e depois, a cada questão focalizada.
Questão 3: Se fosse possível organizar o movimento dos elétrons dentro de um fio
condutor, o que obteríamos?
Antes: “Corrente elétrica”. Depois: “Seria criado um corrente elétrica sendo assim
gerando um campo magnético” (Aluno Daniel).
Antes: “Corrente elétrica”. Depois: “Uma corrente elétrica e campo magnético”
(Aluno Jaime).
Percebemos que o conceito de corrente elétrica estava fundado em sua estrutura
cognitiva, indicando uma possível ampliação da ideia mais geral (conceito de corrente
elétrica), sendo incorporado ao conceito mais antigo a ideia de geração de campo magnético a
partir da corrente elétrica.
Questão 4: O que são imãs? Cite situações em que os imãs aprecem em seu dia-a-dia.
Antes: “É um metal que obtém uma propriedade de atrair outros metais: os imãs em nosso dia-a-dia em motor de tanquinho, nos tubos de televisores, na geladeira”. Depois: “Imãs são minérios vindo da formação do magma, que utilizado no nosso dia-a-dia na televisão, no rádio no alto-falante, na geladeira” (Aluno Aloir).
Percebemos uma incorporação de novos conceitos, sinalizando uma ampliação da
ideia antiga sobre os imãs.
Antes: “São elementos que emitem uma forte energia magnética, atraindo materiais metálicos. Eles aparecem nas coordenadas geográficas (N, S, L, O), em aparelhos como búculas e também na produção de aprelhos elétricos”. Depois: “Imãs são estruturas (pedras) que possuem um forte poder magnético (dependendo do
74
tamanho e da intensidade) que apresentam poder de atração entre os metais e não-metais, além da identificação dos pólos N, S, L, O” (Aluno Eder).
Notamos uma grande evolução cognitiva, pois, anteriormente à aplicação da
metodologia utilizava termos como “energia magnética” para caracterizar os imãs, após o
estudo, sua resposta ficou mais elaborada e consistente do ponto de vista físico.
Antes: “É um objeto que atrai metal, devido um movimento ordenado cria-se um campo magnético. Nos alto-falantes e nas portas de geladeira entre outras”. Depois: “São pedras capazes de atrair metais dentro de seu campo magnético. Podem aparecer em ferro-velho, alto-falantes, microfones” (Aluno Daniel).
Antes: “São corpos que atraem metais”. Depois: “São materiais que criam campo
magnético. Eles aprecem em televisores, rádios, auto-falantes” (Aluno Luciano).
Para os alunos Daniel e Luciano, a metodologia desenvolvida trouxe uma mudança em
suas ideias prévias. Percebemos que, após a aplicação da pesquisa o conceito de campo
magnético parece ter sido internalizado, pois, utilizando outras palavras, os alunos usaram
esse conceito para intermediar a interação entre os corpos e o imã.
Questão 5: Cite outras fontes magnéticas.
Antes: “Trem bala, freios magnéticos, bulsulas”. Depois: “Corrente elétrica em
movimento, bobinas, corrente de facaut” (Aluno Agenor).
As respostas do aluno Agenor nos levaram a observar um alargamento de sua estrutura
cognitiva, incorporando às suas ideias prévias (apenas imã gera campo magnético) outras
ideias. De fato, esse aluno apontou que a corrente elétrica circulando num fio também é fonte
de campo magnético, sugerindo que sua ideia âncora foi ampliada.
Antes: “Gravidade (energia gravitacional)”. Depois: “Eles aparecem nas bússolas,
rádios,..., corrente elétrica” (Aluno Eder).
O aluno Eder, antes da aplicação da metodologia, atribuía ao campo gravitacional
propriedades magnéticas. Após a pesquisa, percebemos uma modificação conceitual,
passando, agora, a atribuir às correntes elétricas a origem de campos magnéticos.
75
Antes: “O próprio planeta Terra exerce uma força magnética nos corpos que estão em
sua superfície”. Depois: “A passagem de corrente elétrica por um condutor o planeta Terra”
(Aluno Wilson).
Com respeito à mesma questão, o aluno Wilson citou a Terra como uma das fontes de
campo magnético. Esse conceito prévio adquirido com os organizadores prévios serviu de
âncora para a internalização de outro conceito: corrente elétrica gerando campo magnético.
Para esse aluno, a movimentação do magma no interior da Terra e, consequentemente, de
cargas elétricas presentes nesse magma, dá origem ao campo magnético terrestre. Dessa
forma, essa ideia mais inclusiva serviu de ancoragem para a nova ideia: corrente elétrica
(cargas em movimento) gerando campo magnético.
Questão 6: Como você magnetizaria uma agulha?
Antes: “Atritando ela há um objeto eletrizado”. Depois: “Um campo magnético outro
ferro” (Aluna Marina).
Observamos, nesta questão, uma evolução conceitual da aluna Marina que,
anteriormente à pesquisa, utilizava os conceitos de eletrização e de magnetização como
sinônimos. Após a aplicação da metodologia essa confusão parece ter sido desfeita.
Antes: “Enrolaria um fio de cobre bem fino e comprido envolta da agulha e as duas
ponta do fio de cobre no pólo de uma pilha”. Depois: “Aqueceria ela em altas temperaturas
depois esfriaria rapidamente na posição norte sul” (Aluno Jaime).
O aluno Jaime manifestou uma ideia esteio muito sofisticada e apurada, tendo
construído um modelo de solenóide cujo núcleo era a agulha, ligando os terminais dessa
bobina numa pilha. No segundo momento, o aprendiz baseou-se no surgimento do imã
natural.
Antes: “Eletrizando-a, ou seja, faz-se passar uma corrente elétrica por ela”. Depois:
“Eu a colocaria em contato com um imã, ou então a aqueceria e depois a deixaria resfriar no
sentido norte, sul do campo magnético terrestre” (Aluno Wilson).
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O aluno Wilson, de alguma forma, trazia consigo a ideia mais geral de que a corrente
elétrica circulando num fio produz campo magnético. Essa ideia parece ter sido alargada pela
nova ideia menos inclusiva da magnetização por indução.
Questão 7: Como são denominadas as regiões do imã?
Antes: “Polos positivos e pólos negativos”. Depois: “Polo norte e pólo sul” (Aluno
Luciano).
Antes: “Extremos”. Depois: “Polo norte e pólo sul”. (Aluno Daniel).
Percebemos, nesta questão, mais uma vez, uma confusão conceitual entre atração e
repulsão elétrica, e atração e repulsão magnética. Para esses alunos, o professor procedeu a
reconciliação interativa, ressaltando as diferenças e as semelhanças entre conceitos
conflitantes.
Questão 8: Ao partir ao meio um imã em forma de barra, o que acontece com cada
uma de suas metades?
Antes: “O poder de atração diminui”. Depois: “Elas adquirem pólos, e viram imãs
menores” (Aluno Agenor).
Antes: “Elas se atraem e se unem novamente”. Depois: “Cada parte se tornará um
novo imã. Essas partes irão se repolarizar, ficando cada metade com um pólo sul e um pólo
norte” (Aluno Wilson).
A questão indica que os alunos Wilson e Agenor tiveram um alargamento em suas
ideias prévias verificadas anteriormente à aplicação da metodologia. Os estudantes
acreditavam que, quando um imã se quebrava, haveria uma perda das propriedades
magnéticas, ou seja, em suas palavras, “uma perda do poder de atração” e, posteriormente,
manifestaram que um imã ao se quebrar origina imãs menores, mas nunca deixando de ser
imã.
Um imã foi quebrado acidentalmente na sala durante a realização das oficinas e eles
puderam comprovar a inseparabilidade dos pólos.
77
Questão 9: Imagine-se segurando dois imãs com as mãos e com os braços afastados,
descreva o que ocorre quando eles são aproximados e, quando são separados?
Antes: “Quando se aproxima a uma atração e quando são separados perdem essa
força que atrai”. Depois: “Quando vai se aproximando o imãs a força magnética aumenta,
ao ir separando essa força vai diminuindo” (Aluno Daniel).
O aluno Daniel relacionou a intensidade da força magnética com a distância somente
no segundo momento da metodologia. Julgamos, então, que sua ideia esteio foi ampliada pela
incorporação de mais essa relação da força com a distância.
Antes: “Quando estão separados não a reação nenhuma de ambos, quando são aproximados ou irão se atraírem se tiverem cargas diferentes e iriam se repelirem com cargas iguais”. Depois: “Quando aproximados seus campos magnéticos estão mais intensos iriam se atrair ou se repelirem com serta força” (Aluno Renan).
O aluno Renan, nesta questão, relacionou, no primeiro momento, a força de atração e
repulsão entre os imãs com as cargas elétricas. Coube ao professor fazer a reconciliação
interativa, ressaltando as semelhanças e as diferenças entre esses conceitos análogos.
Questão 10: O que você entende por campo magnético?
Antes: “É formado por uma carga geradora, com várias linhas de força podendo ser de aproximação ou de afastamento. E pode ser provado por uma carga de prova”. Depois: “São linhas de força presentes em imãs, corrente elétrica em movimento, que atraem corpos ferromagnéticos” (Aluno Agenor).
O aluno Agenor confundiu campo elétrico com campo magnético, utilizando os
conceitos do primeiro para definir o segundo. Mais uma vez, a reconciliação interativa foi
necessária, ressaltando as diferenças e as semelhanças entre conceitos parecidos.
Antes: “Campo que tem influência magnética”. Depois: “O campo magnético é
quando as linhas de indução estão andando do sul para o norte, proporcionando ondas
magnéticas” (Aluno Aloir).
Aloir evoluiu muito em suas ideias. Anteriormente à aplicação da metodologia parece-
nos que a ideia de campo magnético era algo que modificava o espaço ao redor do imã, o que
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não está totalmente errado. No segundo momento, o aluno utilizou termos mais adequados
para definir o campo magnético.
Antes: “É o campo criado pelo movimento ordenado do átomo”. Depois: “São linhas
imaginárias (espiras) e dentro desse campo haverá uma força seja ela de atração ou
repulsão” (Aluno Daniel).
O aluno Daniel demonstrou uma mudança em seus conceitos prévios, introduzindo um
novo conceito de linhas de indução para caracterizar o campo magnético.
Antes: Não respondeu. Depois: “São linhas de força que saem do pólo norte e entram
no sul, sendo que quando mais próxima estiverem as linhas de força, maior será o poder de
atração magnética” (Aluno Jaime).
O aluno Jaime parece ter alargado sua estrutura cognitiva, uma vez que, anteriormente
à aplicação da metodologia, ele não sabia caracterizar o campo magnético e, após a pesquisa,
apresentou coerência na definição de campo magnético. Mais curioso foi a conclusão do
aluno em caracterizar a intensidade do campo magnético pelo adensamento das linhas de
indução magnética, suspeitamos que o mesmo internalizou tal característica do campo
elétrico, estudado no início do ano letivo.
Questão 11: Quando ligamos um liquidificador ou qualquer outro equipamento
eletrodoméstico perto de um rádio que está funcionando, notamos zumbidos emitidos pelo
rádio. Qual é a causa desse ruído?
Antes: “São dois campos emitindo em um mesmo local, um de interferência no outro provocando o zumbido”. Depois: “Ao ligar o liquidificador, fará com que a corrente elétrica que passa por ele gere um campo magnético interferindo-se assim no campo do rádio que tem uma freqüência menor do que a do liquidificador” (Aluna Cleidiana).
A aluna Cleidiana demonstrou uma profunda modificação na forma de pensar,
sinalizando uma ampliação em sua estrutura cognitiva. Sua segunda resposta (segundo
levantamento) deixou clara a internalização de alguns conceitos antes não manifestados.
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Antes: “Diria que seria a interferência emitida de um equipamento ao outro”. Depois:
“Seria o fato de ambos possuírem imãs em sua composição, havendo então uma interferência
pela eletricidade que formaria um campo magnético através dos imãs” (Aluno Eder).
O aluno Eder não respondeu satisfatoriamente, num primeiro momento, à questão, mas
com a aplicação da metodologia percebemos uma melhora de seus conceitos.
Antes: “A interferência é que o imã no motor atrapalha a propagação da onda sonora do imã do rádio”. Depois: “O liquidificador quando está funcionando gera um campo magnético e o alto-falante do rádio funciona com a interação de dois campo magnéticos. Com o liquidificador ou qualquer outro eletrodoméstico perto do rádio haverá outro campo magnético interagindo no auto-falante e causará ruídos” (Aluno Jaime).
O aluno Jaime não respondeu à questão utilizando elementos coerentes, demonstrando
que inicialmente havia ausência de ideias esteios que fundamentassem sua resposta. Com a
leitura dos textos e a realização das oficinas, observamos que novas ideias parecem ter sido
incorporadas, pois, sua segunda resposta denota uma internalização de novas ideias mais
inclusivas.
Questão 12: Para que serve uma bússola? Como funciona? Como poderíamos utilizar
bússolas para detectar o campo magnético de uma região?
Antes: “Detectar o pólo norte e sul de um determinado lugar”. Depois: “Sabem onde
estão os pólos norte e sul. A bulsula ira apontar para o pólo norte magnético onde será o
pólo sul geográfico, quando ela apontar para o norte e onde estava o campo” (Aluno Aloir).
Nesta questão, verificamos que o aluno Aloir ampliou suas ideias prévias sobre o
assunto estudado pela completeza da sua resposta após a aplicação da metodologia, conforme
transcrição anterior.
Antes: “Para se localizar num mapa, indicando o norte magnético a ponta da da agulha da bússola irá indicar a direção da região com campo magnético”. Depois: “Indicar o sul e norte geográfico. A bússola tem dois pólos, um aponta para o sul geográfico e outro para o norte geográfico, devido o norte magnético estar no sul geo. e o sul mag. junto com o norte geo” (Aluno Jaime).
Antes: “Para se localizar na superfície terrestre. O pólo N (norte) é atraído pelo magnetismo da Terra indicando sempre o norte”. Depois: “A bússola serve para que nos orientemos quando os pólos terrestres. O lado vermelho da bússola indica o
80
norte magnético e o lado azul indica o sul. Sabendo-se que as linhas magnéticas saem do norte e vão para o sul a bússola indicariam essas direções” (Aluno Wilson).
Para os alunos Jaime e Wilson, observamos respostas pós-pesquisa muito distintas
daquelas manifestadas anteriormente, indicando a incorporação de novos conceitos em sua
estrutura cognitiva. Suas ideias mais gerais foram alargadas pela subsunção de outras menos
inclusivas.
Na análise da questão 13: Complete. Imãs com __________ opostos se________, e de
mesmo __________, se ___________., não observamos qualquer mudança conceitual dos
alunos.
Questão 14: Digamos que você necessita furar a parede da cozinha de sua casa com
uma furadeira, mas existe um fio embutido que precisa ser descoberto. Neste fio está ligada a
furadeira elétrica. Como você descobriria esse fio sem quebrar a parede?
Antes: “Puxando-o”. Depois: “Ao ligar a furadeira fará que dentro do fio haja o
movimento dos elétrons através desse movimento haverá o campo que poderá ser achado
pela bússula que indicará o sentido em que essa corrente percorre” (Aluna Cleydiana).
Antes: “Seguindo do fio”. Depois: “Utilizando uma bússola que indicaria o campo
magnético gerado pela corrente que circula nos fios” (Aluno Luciano).
Antes: “Não tem como se o fio esta entre a parede e necessita de descobri o fio”.
Depois: “Com uma bússola ela mostraria onde esta passando corrente elétrica porque acho
que corrente elétrica em movimento gera um campo magnético” (Aluna Marina).
Os alunos Cleydiana, Luciano e Marina parecem ter evoluído muito do ponto de vista
cognitivo. Anteriormente à aplicação da pesquisa, suas respostas eram incoerentes e sem
consistência, mas com a aplicação da metodologia percebemos ideias âncoras incorporadas
em sua estrutura cognitiva. As respostas dadas demonstram uma riqueza de conceitos.
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Questão 15: Nos liquidificadores, por exemplo, não existem imãs, mas o
funcionamento desses equipamentos depende da existência de um campo magnético. O que
gera o campo magnético nesse caso?
Antes: “A diferença de potencial, pois a corrente elétrica tem que circular pelo fio,
passa pela resistência para chegar ao fio neutro”. Depois: “A corrente elétrica passando por
uma bobina no interior desses aparelhos” (Aluno Wilson).
Para o aluno Wilson observamos, na primeira resposta, que existiam ideias âncoras
disponíveis na sua estrutura cognitiva, mas faltava-lhe uma ligação entre as mesmas. Com a
leitura dos textos, conseguimos fazer com que o aluno concatenasse essas ideias com as ideias
âncoras existentes.
Questão 16: Em que situação dois imãs se repelem? E quando eles se atraem?
Antes: “Quando são aproximados ou encostados por pólos iguais e se atraem quando são aproximados por pólos diferentes”. Depois: “Dois imãs se repelem quando são aproximados pelos pólos iguais e os dois imãs se atraem quando são aproximados por pólos diferentes” (Aluno Agenor).
Antes: “Quando eles estão do mesmo lado, e eles se atraem quando estão de lados
opostos”. Depois: “Se repelem quando estão virados com os pólos iguais, e se atraem
quando seus pólos são diferentes” (Aluna Cleydiana).
Os alunos Agenor e Cleydiana evoluíram cognitivamente, apresentando um
alargamento em suas concepções prévias, ficando suas respostas, após pesquisa, mais ricas em
detalhes, sugerindo uma evolução em seus subsunçores.
Antes: “Quando suas partes estão desiguais, quando sua superfície esta lisa”.
Depois: “Quando tem seu dois lados iguais (norte-norte ou sul-sul). Quando tem um lado
diferente do outro (norte-sul)” (Aluno Tiago).
O aluno Tiago não apresentava ideias âncoras disponíveis em sua estrutura cognitiva.
Com o desenvolvimento dos organizadores prévios, percebemos em sua resposta alguma ideia
esteio estabelecida em sua estrutura cognitiva para uma aprendizagem futura.
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Questão 17: Complete: Suponha que você esteja segurando dois imãs que estão se
atraindo mutuamente, para separá-los, precisa exercer (fazer) uma_____________ maior
que a ______________ magnética dos imãs. Logo os imãs exercem uma__________
magnética em objetos próximos.
Para esta questão, grande parte dos alunos mostrou uma evolução conceitual,
citaremos a resposta de um aluno:
Antes: “Complete: Suponha que você esteja segurando dois imãs que estão se atraindo mutuamente, para separá-los, precisa exercer (fazer) uma força maior que a energia magnética dos imãs. Logo os imãs exercem uma energia magnética em objetos próximos”. Depois: “Complete: Suponha que você esteja segurando dois imãs que estão se atraindo mutuamente, para separá-los, precisa exercer (fazer) uma força maior que a força magnética dos imãs. Logo os imãs exercem uma atração magnética em objetos próximos” (Aluno Eder).
Questão 18: Um elétron entra numa região que existe um campo magnético, com
certa velocidade. Notamos que essa carga elétrica sofre um desvio em sua trajetória. Qual a
grandeza física que provoca a mudança de sua trajetória?
Antes: “Corrente elétrica”. Depois: “Força” (Aluno Daniel).
Na questão 18, o aluno Daniel demonstrou uma evolução conceitual, atribuindo à
força magnética o desvio sofrido pela carga elétrica.
Antes: “Provavelmente esse elétron tem o mesmo sinal da carga geradora do campo
magnético o que faz com que essas cargas sejam repelidas”. Depois: “A força magnética
gerada pelo campo magnético, ou então mudando o sentido de circulação da corrente”.
(Aluno Wilson).
O aluno Wilson anteriormente acreditava que a geração de campo magnético era por
cargas estáticas. Com a leitura dos organizadores prévios, sua estrutura cognitiva parece ter
sido alargada e modificada, com possível internalização de conceitos corretos. É imperioso
que se faça a reconciliação interativa para desfazer essa confusão entre as fontes de campo
elétrico e magnético, apontando as diferenças e as semelhanças entre conceitos conflitantes.
83
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia baseada nos organizadores
prévios para a aprendizagem significativa de conceitos do Magnetismo e do
Eletromagnetismo. Focamos nossa atenção nos textos sobre Magnetismo: Imãs naturais:
fósseis magnéticos e a Descoberta do Magnetismo, e nos textos sobre Eletromagnetismo:
Microfone de indução e Alto-falante. Os dois primeiros textos tiveram como objetivo
despertar ou ativar subsunçores relevantes na estrutura cognitiva do aluno para o estudo futuro
de conceitos, como o de geração de campo magnético pela corrente elétrica e a aplicação da
“regra da mão direita”.
Os demais textos serviram para suscitar ou criar ideias esteios para o estudo futuro de
indução eletromagnética. O texto sobre o funcionamento do microfone, que foi usado como
organizador prévio, cumpriu com o seu objetivo, ou seja, despertou nos alunos os subsunçores
necessários para o entendimento da indução eletromagnética, o que pôde ser percebido pelas
respostas transcritas dos alunos. A pergunta foi colocada juntamente com o texto que está no
(ANEXO A). Além da criação das ideias esteios, foi despertada nos alunos a motivação para o
estudo do Magnetismo ou do Eletromagnetismo, pois, pudemos perceber o grande anseio
deles em buscar por respostas.
O primeiro passo do trabalho foi selecionar os textos pertinentes ao assunto foco da
pesquisa, destacando quais subsunçores queríamos ativar ou criar na estrutura cognitiva do
aprendiz. Em seguida, preparar as oficinas, cujas atividades desenvolvidas estariam ligadas
com o tema do trabalho. Em nossa pesquisa foram utilizados 12 (doze) textos, mas sugerimos
em nosso guia ao professor um número menor de textos (observação dos alunos).
Para mensurar quão desenvolvidos estariam cognitivamente os 12 alunos, ou seja, para
considerar as pré-concepções desses discentes, realizamos um levantamento com 18 (dezoito)
questões que foram reaplicadas ao final da pesquisa, anteriormente à apresentação do mapa
conceitual do Eletromagnetismo.
Analisando as respostas dadas pelos alunos antes e depois da aplicação dos
organizadores prévios (textos motivadores e oficinas), percebemos uma mudança conceitual,
isto é, um alargamento de seus conceitos prévios, assim como uma sedimentação das ideias
âncoras que existiam antes em sua estrutura cognitiva. Tal fato pode ser observado
comparando-se as respostas nos dois levantamentos, bem como nas argumentações dos alunos
durante as discussões em sala.
84
O mapa conceitual apresentado aos alunos propiciou um fechamento, de forma
organizada, de como os conceitos de inter-relacionam e como estão dispostos
hierarquicamente. Este mapa foi elaborado levando em conta os princípios da programação do
conteúdo de Ausubel: reconciliação interativa e diferenciação progressiva. Percebemos que o
mapa conceitual facilitou a organização dos conceitos na estrutura cognitiva dos alunos.
Acreditamos que, os alunos ao estudarem tópicos sobre Magnetismo ou de
Eletromagnetismo, ideias âncoras estarão fundadas em sua estrutura cognitiva, constituindo-se
assim em uma facilitação para a aprendizagem significativa.
Um fator constante que surgiu durante a pesquisa foi uma confusão entre os conceitos
eletrostáticos e magnéticos, coube ao professor fazer a reconciliação interativa, ressaltando as
semelhanças e as diferenças entre conceitos aparentemente conflitantes.
Os livros didáticos recomendados pelo PNLEM - 2007 contemplam, em grande parte,
uma organização do conteúdo que está deixando de ser linear, com tópicos estanques, como
“gavetas de um armário”, sem nenhuma ligação entre si.
Associando aos livros didáticos uma metodologia voltada aos organizadores prévios,
poderemos nos aproximar de uma aprendizagem potencialmente significativa para os alunos.
Segundo Ausubel, aquilo que o aluno já sabe é o fator isolado mais importante,
influenciando a aprendizagem subsequente, por esse motivo, nos propusemos testar uma
metodologia baseada nos organizadores prévios (grande legado de Ausubel), a fim de preparar
os alunos para uma aprendizagem significativa.
Podemos dizer, portanto, que a preparação para uma aprendizagem significativa deve
ser feita através de organizadores prévios, utilizando materiais potencialmente significativos
(isto é, relacionáveis à estrutura cognitiva do aluno) que explicitamente tentam promover a
diferenciação progressiva e a reconciliação interativa entre os conceitos.
Como produto dessa pesquisa, elaboramos um guia de Aplicação dos organizadores
prévios para a aprendizagem significativa de conceitos do Magnetismo e do
Eletromagnetismo, de acordo com Ausubel (2003), no sentido de preparação para uma
aprendizagem significativa. A elaboração desse guia visa:
• instruir os docentes na preparação cognitiva de seus alunos com base na teoria
ausubeliana, para o estudo de um determinado tópico;
• criar ou despertar ideias esteios na estrutura cognitiva dos alunos, de modo que novos
conceitos possam ancorar;
• contextualizar o ensino da Física;
85
• suscitar mudanças metodológicas nos docentes de forma que possam tornar a Física
mais agradável para o aluno.
Sugerimos a leitura do livro: Aprendizagem significativa: A Teoria de David Ausubel,
Marco A. Moreira e Elcie F. S. Masini, como referência para a organização do conteúdo com
base na Teoria de Ausubel. Neste livro existe um exemplo da organização do conteúdo em
“Eletricidade e Magnetismo”.
Sugerimos, também, para trabalhos futuros, a verificação da retenção dos conceitos
obtidos por meio de uma aprendizagem significativa, nos moldes da teoria ausubeliana. De
acordo com Ausubel, uma aprendizagem significativa para o aluno pode ser retida por um
período longo, quando comparada com os conceitos adquiridos por meio de uma metodologia
tradicional.
Por fim, informamos que o guia de Aplicação dos organizadores prévios para a
aprendizagem significativa de conceitos do Magnetismo e do Eletromagnetismo destinado aos
professores de Física do Ensino Médio, e ainda, segue como parte integrante deste trabalho
seu conteúdo impresso apresentado ao final desta dissertação, a partir do (APÊNDICE C).
86
REFERÊNCIAS
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87
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90
APÊNDICE A - Pré-questionário
MAGNETISMO E ELETROMAGNETISMO
91
Caro(a) aluno(a)
Este questionário faz parte de uma pesquisa sobre o ensino de Física em sala de aula.
Solicitamos sua colaboração e desde já agradecemos as informações fornecidas.
Estamos a sua disposição para qualquer informação em relação à pesquisa.
Obrigado!
Prof.: Roberto Luiz de Azevedo
Mestrando PUC-MINAS
Levantamento de concepções (1º momento)
1) Desenhe um átomo.
2) Existem partículas em movimento no átomo? Quais são elas? Como é esse movimento?
Qual é o grau de organização desse movimento?
3) Se sua resposta foi movimento desorganizado, responda a questão abaixo: se fosse possível
organizar o movimento dos elétrons dentro de um fio condutor, o que obteríamos?
4) O que são imãs? Cite situações em que os imãs aparecem em seu dia-a-dia.
5) Cite fontes algumas “magnéticas”.
92
6) Como você magnetizaria uma agulha?
7) Como são denominadas as regiões dos imãs?
8) Ao partir ao meio um imã em forma de barra, o que acontece com cada uma de suas partes?
9) Imagine-se segurando dois imãs com as mãos e com os braços afastados, descreva o que
ocorre quanto eles são aproximados, e quando são separados.
10) O que você entende por campo magnético?
11) Quando ligamos um liquidificador ou qualquer outro equipamento eletrodoméstico perto
de um rádio que está funcionando, notamos zumbidos emitidos pelo mesmo. Qual é a causa
desse ruído?
12) Para que serve uma bússola? Como funciona? Como poderíamos utilizar bússolas para
detectar o campo magnético de uma região?
13) Complete: “Imãs com _______ opostos se __________, e de mesmo ________, se
____________”.
93
14) Digamos que você necessite furar a parede da cozinha de sua casa com uma furadeira
mas, existe um fio elétrico embutido que precisa ser descoberto. Neste fio está ligado à
furadeira elétrica. Como você descobriria o fio sem quebrar a parede?
15) Nos equipamentos eletrodomésticos não existem imãs mas, o funcionamento desses
equipamentos depende da existência de um campo magnético. O que gera o campo magnético
nesse caso?
16) Em que situação dois imãs se repelem? E quando eles se atraem?
17) Complete: Suponha que você esteja segurando dois imãs que estão se atraindo
mutuamente, para separá-los, precisa exercer (fazer) uma_____________ maior que a
______________ magnética dos imãs. Logo os imãs exercem uma__________ magnética em
objetos próximos.
18) Um elétron com certa velocidade entra numa região que existe um campo magnético.
Notamos que essa carga elétrica sofre um desvio em sua trajetória. Qual a grandeza física que
provoca a mudança de sua trajetória?
94
APÊNDICE B - Oficinas
Oficina 1
LEVITAÇÃO MAGNÉTICA
Apresentação:
Manter um corpo suspenso no ar, sem qualquer apoio aparente, como que
desafiando a lei da gravidade, é reconhecido como fenômeno de levitação. Muitos mágicos
fazem isso, mantendo escondido o necessário “apoio”. Sem esse apoio, visível ou não, um
corpo material não poderá levitar. Esse “apoio”, necessariamente, deverá aplicar no corpo
suspenso uma força, vertical para cima, suficientemente intensa para equilibrar o peso do
corpo. Em se tratando de corpo extenso a estabilidade de equilíbrio também deve se
analisada.
Um exemplo simples de levitação, com apoio quase invisível, é manter uma bolinha
de aço suspensa por uma fina linha de pesca. A força aplicada pela linha sobre a esfera
equilibra o peso da esfera. A resultante das forças externas sobre ela (peso e tração) é nula.
Se a esfera está em repouso, permanecerá em repouso; se está em movimento, manterá sua
velocidade vetorial constante (Primeira Lei de Newton).
Levitação dessa espécie não são atrativas, a menos que o corpo suspenso seja o de
uma mulher e o mágico passe um aro envolvendo o corpo (para “mostrar” que não há fios).
Ai passa a ser um bom truque circense (cujo segredo o mágico não irá contar). Não
confunda mágico com místico, não confunda uma arte valorosa desses abnegados
profissionais, com os enganadores da ingenuidade popular.
As forças de apoio sobre o corpo suspenso, equilibrando seu peso, só podem
pertencer a duas categorias:
1) Ou são de contato (como é o caso do fio sobre a esfera, o caso do ar sobre um
balão – empuxo de Arquimedes -, o caso do ar sobre as pás em movimento do
rotor do helicóptero etc).
95
2) Ou provenientes da ação de campos sobre alguma grandeza associada ao
corpo suspenso. São exemplos simples dessa segunda categoria os imãs
suspensos sob a ação de outros imãs (campo magnético criado por um agindo
sobre a massa ferromagnética do outro, e vice-versa), gotículas eletrizadas
mergulhada em um campo magnético (experiência de Milikan – o campo
elétrico uniforme gerado entre duas placas eletrizadas age sobre as cargas
elétricas das gotículas mantendo-as em levitação) etc.
Algumas situações de levitação, para espectadores ainda em fase de sua educação
científica, podem parecer realmente misteriosas pelo fato de não “enxergarem” de onde vem
a força equilibrante para o corpo suspenso. O perigo nessa fase é “descambar” para o
misticismo enganador ou para explicações dadas por pseudo-ciências. [...].
Material:
• Disco de alumínio com espessura cerca de 2 mm e diâmetro de 25 a 30 cm,
conseguimos em um ferro velho de desmanche de ônibus. Utilizamos exatamente o
assoalho do ônibus que é de alumínio que depois de torneada obtivemos o disco.
Uma segunda opção seria uma forma alumínio usada para assar de pizza;
• Um motor elétrico universal de baixa potência (1/8 HP), motor de um”tanquinho de
lavar roupas”;
• Uma caixa de madeira com dimensões 30×30×30 cm, para abrigar o motor;
• Uma vareta de guarda-chuva;
• Um imã prismático pequeno (retirado da porta de um armário)*;
• Um contra-peso;
• Suporte e cola;
• Opcional: um controle eletrônico de velocidade de rotação do motor cujo circuito
eletrônico, bem como a relação de peças estão representados abaixo.
* Optamos, também, por utilizar dois imãs de magnetron de microondas.
96
Montagem:
a) Fixe o motor dentro da caixa de madeira. Cuide para que o eixo do motor, assim
fixado, fique rigorosamente na vertical. Esse motor poderá ser acionado diretamente
pela rede elétrica domiciliar 110 V ou 220 V, dependendo da região geográfica, no
caso de motores AC ou alimentados por pilhas e baterias, no caso de motores CC
(em geral disponíveis para as tensões de 3,0 V, 6,0 V, 9,0 V ou 12 V). Um motor de
indução retirado de um ventilador* já posto fora de ação servirá perfeitamente.
Motores universais (com escovas) para 110 V ou 220 V, com potência de 1/8 e 1/4 de
HP, estão disponíveis no comércio e são os indicados para trabalhos em
laboratórios, principalmente se dotados de reguladores eletrônicos de velocidade
(sem perda de torque). [...]; * Optamos por usar um motor de um tanquinho de lavar roupas.
b) Fixe o disco, pelo orifício em seu centro, ao eixo do motor. Parafuso de “cabeça
chata” dá excelente fixação e não fica saliente no plano do disco. Cuide para que o
disco fique balanceado para que não ocorram vibrações indesejáveis. Outra
observação diz respeito ao furo que deverá ser feito no eixo do motor para a fixação
do disco. A rosca deverá ser esquerda (sentido antihorário), caso contrário, o disco
sairá devido a sua inércia à rotação, o eixo do motor gira mais rapidamente que o
disco, bambeando-o. Ou enrolar novamente o enrolamento de partida do motor,
disponibilizando seis fios, dessa forma pode-se inverter a rotação, trocando os fios
números 5 e 6. Comumente esses motores não dão a opção de inversão de rotação.
c) Utilize pequeno imã de alnico (alumínio – níquel – cobalto)* proveniente de um alto
falante ou microfone dinâmico já fora de uso ou, ainda um imã prismático retirado
97
da porta de um armário, colando-o na extremidade de um dos braços de uma
“balança” (feita com uma vareta de guarda-chuva). O contra-peso CP deve ser tal
que possa ser deslocado ao longo do outro braço da balança, permitindo obter
equilíbrio do imã. O equilíbrio perfeito não é necessário e é até bom que a vareta
fique ligeiramente inclinada, com o imã abaixo do nível do CP. A vareta de guarda-
chuva já trás consigo a “dobradiça” bem sensível que faz o papel de “fulcro” nessa
balança. Outras montagens podem ser pensadas. Essa é uma sugestão.
*Utilizamos imãs retirados de portas de armários de cozinha, são leves e geram um bom
campo magnético.
Na figura abaixo está outra sugestão para outro efeito de levitação.
Levitação em relação ao plano do
disco
98
Material:
• 40 cm de cano PVC de cola (cano marrom) para água fria de ½”;
• Uma conexão tipo “T”para ½”;
• Dois tampões de ½”;
• Dois imãs de magnetron;
• Dois suportes de madeira aparafusados lateralmente à caixa que guarda o motor.
Procedimentos:
• Serre o cano a 3 cm de uma das extremidades;
• Cole a conexão “T” nessa extremidade;
• Cole os tampões nas extremidades do cano para dar um acabamento.
Esse conjunto é parafusado acima do disco de alumínio. Colocamos também uma placa de
acrílico entre o disco e os imãs para se evitar qualquer interferência do deslocamento de ar
sobre o experimento.
d) Coloque o imã sobre o disco de alumínio, a cerca de 3 cm da borda, como se ilustra.
37 cm 3 cm
2,1 cm 2,0 cm
5,7 cm
99
Procedimento:
Ligue o motor. Com o progressivo aumento da rotação, o imã, que até então ficava
raspando sobre o disco, começara a levitar. Com boa velocidade de rotação o imã se
manterá suspenso cerca de 5 ou 6 cm acima do disco. Com o dedo, tente (suavemente)
apertar o imã contra o disco. Note a força que você terá que exercer para conseguir isso!
Texto adaptado e retirado do site: www.feiradeciencias.com.br
prof. Luiz Ferraz Netto.
100
Outra sugestão de levitação segue nas fotos abaixo:
Questões:
1) De onde vem a força que afasta o imã do disco de alumínio (que poderia também ser
de latão, bronze, cobre etc.)?
2) O alumínio não é material ferromagnético – não se torna imã, por indução, na
presença de outro imã. Será que a rotação faz o alumínio tornar-se um “repelente” de
campos magnéticos?
101
3) Qual seria a lei relacionada com esse fenômeno?
4) Explique, com suas palavras, o fenômeno observado.
102
Oficina 2
FREIO MAGNÉTICO
1) Introdução
Sabe-se que cargas elétricas em movimento, dentro de um campo magnético, ficam
sujeitas á força magnética (ou força de Lorentz). Essa força coloca as cargas elétricas em
movimento perpendicular ao campo que o atravessam, gerando assim uma corrente induzida
(Lei da Faraday), com sentido tal que os pólos magnéticos destas correntes induzidas (ou
correntes de redemoinhos ou turbilhonares) se oponham à variação do fluxo magnético,
através das chapas de alumínio, que as originou (lei de Lenz).
As correntes de Foucaut1são correntes elétricas induzidas que surgem no interior de
uma massa metálica, quando a mesma atravessa um campo magnético. Pela lei de Lenz, a
oposição à variação do fluxo magnético que origina as correntes funciona, portanto, como
freio magnético ou amortecedor, com conseqüente liberação de calor por efeito Joule. No
experimento aqui descrito, este efeito é imperceptível, pois as velocidades envolvidas são
baixas, contudo, é por esse efeito que se dissipa a energia mecânica inicial do sistema.
2) O experimento
Para mostrar os efeitos das correntes de Foucault, sugere-se a montagem do seguinte
experimento: recorta-se uma placa de alumínio2 em chapas de diferentes formatos (coroa,
círculo, quadrado, pente). Suspende-se cada uma dessas chapas numa sólida armação,
1 O francês Jean Bernard Léon Foucault (1819 – 1868) desde jovem manifestou vivo interesse pela Física experimental, abandonando a prática da Medicina logo após a conclusão do curso. Em companhia de Fizeau, do qual era amigo, introduziu alguns aperfeiçoamentos no daguerreótipo, aparelho fotográfico inventado por Daguerre. Foucault e Fizeau fizeram a primeira fotografia da superfície solar, em 1845, com um daguerreótipo por eles aperfeiçoado. Em 1850, Foucault determinou experimentalmente a velocidade da luz. No ano seguinte, demonstrou o efeito de rotação da Terra notavelmente, valendo-se, para isso, de um pêndulo constituído de uma esfera metálica de cerca de 28 kg, suspensa por um fio de 67 m, aproximadamente. Em 1852 inventou o giroscópio. Deve-se-lhe a descoberta das correntes de indução nas massas metálicas em movimento em um campo magnético, às posteriormente chamadas correntes de Foucault. 2 No lugar de alumínio, poderia se usar cobre, latão ou qualquer metal que não seja atraído pelos imãs permanentes utilizados no experimento.
103
construída sobre uma prancha de madeira, de modo a oscilarem como pêndulos. Um
esquema deste procedimento é mostrado na figura 1 abaixo.
Fig.: 1
Aparafusamos um suporte de madeira em uma base também de madeira e sobre esse
suporte colocamos um fio de cobre de 4 mm2, diâmetro de 2,25 mm. O enrolamento da vareta
horizontal (fio de cobre) garante que o plano de oscilação do pêndulo seja sempre o mesmo.
Para que isso aconteça, fizemos o enrolamento com um tubo de cobre utilizado em
instalações de gás. Veja o detalhe do enrolamento na figura 2, abaixo:
Fig.: 2
Cortamos pedaços de 2 cm de tubo de cobre (diâmetro interno de 2,30 mm) utilizados
em instalações de gás, dessa forma o tubo pode passar pelo fio de 4 mm2. Neste tubo
soldamos a haste do pêndulo e na outra extremidade, rebitamos (rebites de alumínio) a chapa
de alumínio. Obtivemos um movimento pendular com um atrito, entre a haste e o tubo, muito
pequeno. Veja figura 3.
2 cm 20,0 cm
20,5 cm
23,0 cm
20,0 cm
Tubo de cobre fio de cobre de 4 mm2
suporte
Base de madeira
Sulco de encaixe da haste
Fios de cobre
2 cm
Solda branca
104
Fig.:3
Dois imãs permanentes, com pólos opostos voltados entre si, geram o campo
magnético necessário para a existência das correntes induzidas. Pode-se observar que,
quando uma chapa oscila no interior do campo magnético gerado pelos imãs, seu tempo de
amortecimento é muito menor do que quando está fora desse campo. Verifica-se, portanto, o
efeito de freio das correntes de Foucault. A forma de oscilar da chapa de alumínio que
constitui o pêndulo é tal que o plano da chapa permanece sempre paralelo ao plano de
oscilação do pêndulo, veja figura 1.
Utilizamos os imãs de micro-ondas montados em uma cantoneira de metal.
Veja figura 4 abaixo:
Fig.: 4
3) Montagem do experimento
Para a confecção desse experimento, foram necessários:
9 cm
5 cm
Furos para os rebites
105
a) Duas cantoneiras metálicas confeccionada com as dimensões 6,2 ×23 cm
dobradas em forma de U conforme a figura 3.
b) Dois imãs circulares de micro-ondas de diâmetro interno de 2 cm e externo de 5,5
cm. Figura 5.
c) Um pedaço de chapa fina de alumínio para se recortar os 4 (quatro) formas
sugeridas.
d) Uma tábua de madeira de 20×23×2 cm.
e) Uma vareta de cobre (um fio de cobre 4 mm2) sem a isolação de 20 cm de
comprimento por 2,25 mm de diâmetro.
f) Tubinhos de cobre de 2 cm de comprimento por 2,30 mm de diâmetro que foram
soldados nas hastes.
Fig.: 5
A base de madeira foi rigidamente aparafusada ao suporte e, sobre ele foi encaixado
o fio de cobre 4 mm2. Deve-se fazer dois sulcos para encaixar a haste de fio de cobre para
que não caia.
Cada um dos imãs deve ser posto numa cantoneira. Com pólos opostos voltados entre
si. Sendo as cantoneiras metálicas, os imãs ficarão fixados magneticamente. Por sua vez, as
cantoneiras devem ser parafusadas à prancha de madeira. Os imãs devem ficar separados
por uma distância de 2,0 cm aproximadamente. Em nossa versão não houve necessidades de
fixar as cantoneiras com os imãs.
A forma de suspender a chapa de alumínio é através de uma vareta, também de cobre,
de 1,4 mm de diâmetro. Numa das extremidades, prende-se a chapa de alumínio com rebites.
A placa de alumínio deve ser recortada em figuras que, presas às varetas de cobre,
ficarão suspensas, como pêndulos. Foram utilizados pêndulos (chapas de alumínio) com os
seguintes formatos: quadrado (5 cm de lado), círculo ( 7 cm de diâmetro), pente retangular
de 4,2×5,2 cm (com dentes e vãos com 0,5 cm de largura) e coroa circular (com diâmetro
externo de 5 cm e interno de 2,5 cm), veja figura 6 abaixo.
2 cm
5,5 cm
106
Fig.: 6
4) Realização da experiência
O objetivo da experiência é verificar qualitativamente o efeito retardatário provocado
pelas correntes de Foucault. Assim, é preciso que sejam constituídos pares idênticos de
pêndulos; deve-se erguê-los a uma mesma altura, isto é, dar a mesma amplitude inicial, e
soltá-lo simultaneamente. Um dos pêndulos do par deverá passar entre os imãs, enquanto
que o outro deverá oscilar fora deles. Essa atitude dispensa o uso de um cronômetro.
Observar-se-á que o pêndulo que passa entre os imãs pára muito mais rapidamente que
aquele que oscila na região externa a eles, com exceção do pente e da coroa, pois nestes não
há formação intensa das correntes de Foucault.
Para mostrar que os atritos são aproximadamente iguais entre os pêndulos, sugere-se
retirar os imãs permanentes e soltar simultaneamente os dois pêndulos da mesma amplitude
inicial e ver-se-á que levam aproximadamente o mesmo tempo para atingir o repouso. O
pente a coroa são menos rapidamente amortecidos, porque sendo pequena a velocidade
presente, o raio das correntes de rodamoinhos (o qual é proporcional à velocidade) são
maiores do que as dimensões de cada dente do pente ou da largura da coroa, não se
formando, assim, correntes de rodamoinhos suficientemente intensas para gerar um fluxo3
magnético que se oponha ao fluxo que as originaram.
Texto adaptado e retirado do Caderno Catarinense de Ensino de Física., v. 17,
n. 1: p. 96-100, abr. 2000.
As fotos abaixo mostram os alunos montando o equipamento e, logo após testando os
efeitos do freio magnético.
3 Refere-se ao número de linhas de campo magnético que atravessa uma determina superfície de área S, sendo definido matematicamente por Ø= B.S cosɵ, onde ɵ é o ângulo entre o vetor B e o vetor N normal à superfície.
107
Questões:
1) Porque os pêndulos de área inteiriça (círculo e quadrado) param mais rapidamente
que os de área interrompida (pente e anel)?
2) Coloque os pêndulos em ordem crescente de resistência elétrica.
3) Se os pêndulos fossem forçados a se movimentarem entre os imãs o que
aconteceria?
4) Os núcleos dos transformadores de baixa potência são laminados, por qual razão?
108
Oficina 3
MOTOR ELÉTRICO
Apresentação
Inclui aspectos teóricos do funcionamento de um motor didático, onde os conceitos
físicos do Magnetismo e do Eletromagnetismo são introduzidos aos poucos.
Material
Esse modelo de motor elétrico, com estator de imã e rotor de bobina requer o seguinte
material para a sua confecção.
• 2 imãs permanentes em forma de anéis (imãs de micro-ondas).
• 24 cm de fio cobre 1,5 mm2 sem a isolação para a confecção dos mancais.
• 1 tira de lata de (15,0×6,0) cm.
• 3 m de fio de cobre esmaltado de número 22 a 28 AWG.
• Base de madeira 67,7×8,0×2,0 cm, pilha grande e porta pilha.
• Parafusos para fixação da armadura e dos mancais à base de madeira.
Montagem
As figuras 1 e 2 a seguir fornecem uma visão do material preparado e aspectos da
montagem.
109
Material e montagem
Fig.: 1
Fig.: 2
Imã (estator) bobina mancal armadura
Base de madeira
Detalhe
Fio de cobre
Cobertura de verniz
pilha
pilha
Vista de topo
Imãs de magnetron tira de lata (armadura)
Fios de cobre encurvados (mancais) Fio de cobre esmaltado
5 cm
5 cm
110
Eis a seqüência da montagem:
a) Dobre a tira de lata larga para que fique com a forma de U, com 5 cm em cada perna.
Fixe essa armadura na base de madeira com preguinhos, tachinhas ou pequenos
parafusos.
b) Coloque os imãs nas fases internas das pernas dessa armadura em forma de U. Isso
funcionará como estator de nosso motor. Nesta fase, tome as devidas providências
para que faces opostas dos imãs se defrontem; uma bússola pode auxiliá-lo.
c) Dobre o fio de cobre na forma que aparece na figura 1. Uma pequena lapela de 1 cm
servirá para fixar os mancais na base de madeira (use um ou dois pequenos
parafusos).
d) Construa a bobina girante (rotor) enrolando o fio de cobre esmaltado (espiras juntas)
numa forma de cano de PVC ½”. Essa bobina poderá ter de 10 a 50 voltas. Deixe
pelo menos 10 cm livre nas extremidades do enrolamento para funcionarem como
eixo do motor. Uns pedacinhos de “durex” ou mesmo uma gotinha de supercola
darão maior fixação para esse enrolamento;
Apóie as extremidades livre dessa bobina sobre os mancais, bem centrada, de modo
que o enrolamento gire bem dentro do campo dos imãs. Corte o excesso dos fios.
Uma das extremidades em contato com um dos mancais deve ter seu verniz isolante
totalmente raspado e a outra extremidade raspada apenas de “um lado” (veja detalhe na
figura 2). Esse lado raspado e outro não nessa extremidade em contado com o mancal, fará
papel de comutador para dirigir a corrente elétrica para a bobina apenas nos momentos
adequados.
Nota: Para a fixação de peças na madeira sempre dê preferência aos parafusos.
Comentários teóricos:
A figura 3 a seguir, mostra:
a) O imã com suas faces N e S identificadas;
b) Os imãs colocados na armadura com as faces opostas que se defrontam, sem
armadura e, por último;
111
c) O campo magnético dos mesmos imãs colados na armadura. Repare como a
presença da armadura concentra o campo.
Fig.: 3
A figura 4 a seguir, mostra uma visão da montagem vista por um observador na
direção do eixo. Ilustra-se vetor campo magnético produzido pelos imãs fixos (B), os sentidos
das correntes elétricas nos lados da bobina girante ( e ) e as forças magnéticas que
esse campo aplica nas correntes (F e –F).
Fig.: 4
Coloque a pilha grande no seu porta pilhas e ligue, com pedaços de fios comuns, os
terminais desse porta pilhas aos preguinhos que fixam os mancais. Um pequeno impulso na
bobina dará início à rotação.
Texto adaptado e retirado do site: www.feiradeciencias.com.br
prof. Luiz Ferraz Netto.
Cobertura com
verniz isolante
(comutador)
Sem verniz
(comutador)
112
As fotos abaixo mostram os alunos montando o motorzinho e, posteriormente
testando-o.
Questões:
1) O que aconteceria se os fios da bobina (rotor) não fossem raspados de nenhum dos
lados. Justifique.
2) O que aconteceria com o rotor se a corrente elétrica fosse invertida.
3) O que ocorreria se os imãs do estado fosse colocados com suas faces sul voltadas
para dentro da armadura?
113
4) O motor funcionaria se utilizarmos o campo magnético de um eletroímã ao invés
campo magnético de dois imãs,? Justifique.
114
Oficina 4
MOTOR DE ROTOR LÍQUIDO
Apresentação:
Solte sua imaginação! Você já pensou num liquidificador (só o copo, sem motor
convencional) onde as hélices ficam paradas e o líquido do copo é quem gira? Ou numa
máquina de lavar roupas onde a roupa espontaneamente se põe a girar para cá para lá? E
que tal a água do tanque de lavar roupas começar a fazer o mesmo?
Como funcionam os motores convencionais?
O principio básico que regula o funcionamento dos motores convencionais repousa na
força magnética de Lorentz.
“Toda carga elétrica (q) imersa num campo de indução magnética (B) e dotada de
velocidade (V), de direção não coincidente com a direção do campo, fica sujeita a uma força
(Fm) de origem eletromagnética.” Figura 1.
Fig.: 1
Observe que a força magnética Fm é sempre perpendicular a V e a B, sendo portanto
ortogonal ao plano definido por V e B. O sentido dessa força pode ser obtido pela conhecida
“regra da mão direita”, com a mão direita estendida e com os quatro dedos no sentido do
vetor velocidade; leve sua mão junto ao vetor campo magnético seu polegar dará o sentido
do vetor força.
115
Para o completo entendimento, vamos apresentar um experimento simples, que
permite constatar o aparecimento dessa força.
Para começar, precisaremos de um imã para produzir o campo magnético. Sugere-se
que seja um desses imãs em forma de anel, retirado de um alto-falante grande fora de uso
(ele será utilizado em todas as experiências aqui citadas) ou de um forno micro-ondas. As
oficinas de equipamentos sonoros em automóveis poderão lhe fornecer, gratuitamente, tais
alto-falantes fora de uso. Aconselhamos a utilização dos imãs de micro-ondas, pois a retirada
do imã de um alto-falante provoca normalmente sua quebra.
Bastarão um martelo e uma pequena talhadeira para que você possa soltar facilmente
o imã de suas peças polares, conforme ilustramos. Em posse de tal imã você poderá, como
experimentos complementares, visualizar o seu campo magnético usando de placa de vidro e
limalha de ferro. Figura 2.
Fig.: 2
Precisamos também de um suporte de madeira, uma bolinha de isopor pequena e um
pedaço de fio de seda (fio tirado de uma meia de seda).
116
Na figura 3 a seguir apresentamos a montagem completa.
Fig.: 3
Inicialmente, coloca-se a bolinha de isopor para oscilar, como um pêndulo. Ela
realizará varias oscilações, sempre no mesmo plano (sob a ação de seu peso e da força de
contato com o fio), pois nela não agirá nenhuma força lateral, pois, a bolinha está neutra.
Vamos eletrizá-la. Passe um pente no cabelo (seco e desengordurado) ou atrite um
bastão de plástico num pano de lã. Encoste o pente ou bastão em vários pontos da superfície
da bolinha para eletrizá-la por contato.
A bolinha está agora eletrizada (possui uma certa carga elétrica, q coloque-a para
oscilar, sobre o imã sem tocar nela com os dedos! Agora o campo magnético mantido pelo
imã age sobre a carga elétrica da bolinha e ela será jogada lateralmente, mudando seu plano
de oscilação a cada oscilação
A bolinha foge do imã durante seu movimento, devido à força magnética de Lorentz.
O que o campo fez sobre a carga da bolinha ele também o fará sobre todas as outras cargas
elétricas em movimento. Como faremos para conseguir muitas e muitas cargas passando uma
atrás da outra?
De que são constituídas as correntes elétricas?
Uma corrente elétrica nada mais é do que o fenômeno decorrente de um movimento
ordenado de portadores de cargas elétricas.
Relembremos, também, que os portadores de carga elétrica são os elétrons (que
transportam carga negativa) e os íons (cátions transportam cargas positivas e os ânions
cargas negativas). Em função do tipo de portadores de carga elétrica, diferenciamos os
condutores elétricos conforme mostra tabela:
117
Tipos Portadores Exemplos
1a espécie
2a espécie
3a espécie
Elétrons
Íons
Íons e elétrons
Metais, Hg, C, ...
Soluções iônicas
Gases ionizados
Independente do tipo de portador, o sentido convencional da corrente elétrica é
sempre do positivo do gerador (+) para o negativo (-). Na figura 4 a seguir, i indica o sentido
convencional da corrente elétrica nos diversos circuitos.
118
Fig.: 4
Como se visualiza a ação do campo magnético sobre as correntes?
Para mostrar como a força magnética age sobre as cargas participantes da corrente
elétrica nos condutores metálicos (1a espécie – aqui está o princípio de funcionamento dos
119
motores elétricos convencionais), façamos a montagem a seguir, aproveitando o material de
que já dispomos, mais dois pitões metálicos de uns 50 cm de fio de cobre n0 16. Figura 5.
Fig.:5
A figura 5 acima mostra a colocação dos pitões no suporte e como colocar o fio de
cobre de modo a poder oscilar com as extremidades (lixadas) apoiadas nos pitões, lembrando
uma balança de parques. A fonte de tensão pode ser obtida de 4 pilhas grandes em série ou
uma fonte de alimentação de bancada. Na utilização de uma fonte de tensão CC,
recomendamos o uso de uma lâmpada em série com o circuito para limitar a corrente
elétrica, caso contrário a fonte queimará.
Ligue a fonte de tensão nos pitões e verifique o imediato da “balancinha” de cobre,
devido à força magnética que age na corrente elétrica que passa pelo ramo do fio.
120
Para usar a regra da mão direita nessa experiência (a fim de prever para que lado a
balancinha vai se deslocar), basta substituir, na regra dada, a convenção dos quatro dedos,
que passará a indicar o sentido da corrente elétrica.
Se você usar os quatro dedos para indicar o movimento dos elétrons, não se esqueça
de inverter o sentido da força dada pela regra da mão direita (carga negativa inverte o
sentido da força!).
Agora que já relembramos o funcionamento do motor elétrico convencional, passemos
para o motor de rotor líquido.
Motor de rotor líquido:
Vamos descrever inicialmente a montagem do motor de rotor líquido. Procedendo
assim, talvez, você mesmo possa chegar à conclusão de como funciona.
Material:
• Imã em anel, tirado de um alto-falante grande ou de um forno micro-ondas;
• Um funil de alumínio de bico curto e largo (para poder encaixar uma rolha);
• Um pino metálico, preferencialmente latão ou alumínio;
• Uma rolha para o bico do funil (preferência de borracha);
• Solução iônica para colocar dentro do funil (foi usada uma solução de 10 % de
sulfato de cobre, mas qualquer outro sal serve);
• Uma fonte de alimentação de 6 VDC e fios de ligação.
121
As ilustrações seqüenciais deixam bem clara a montagem:
a) Introduza uma extremidade do pino metálico no centro da rolha;
b) Encaixe a rolha no gargalo do funil (um pouco de parafina derretida acaba com
qualquer chance de vazamentos);
c) Coloque a solução dentro do funil;
d) Ligue o pino central e o funil nos terminais da fonte, e assim o líquido começará a
girar num sentido que depende do sentido de rotação da corrente elétrica.
Invertendo-se o sentido da corrente, inverte-se também o sentido de rotação do
liquido. Como primeira experiência foi obtido 76 rpm sob corrente de 2 A.
“A força magnética empurra os íons e arrasta o líquido.”
A figura 6 mostra uma secção transversal da montagem e uma vista de topo. Através
dela você poderá observar bem o movimento dos cátions e dos ânions, o campo magnético do
imã (B) e o sentido da força magnética (Fm) que age nesses íons, arrastando consigo o
líquido todo e fazendo-o girar ao redor do pino central.
122
Fig.: 6
Você liga a fonte de alimentação no motor (6 VDC, + no eletrodo central e – no
funil), a corrente elétrica começa a circular no condutor iônico (solução iônica), do eletrodo
central para o funil (sentido convencional da corrente). Essa corrente é formada por cátions
(que caminham do centro – pino – para a periferia – funil -) e por ânions (que caminham da
periferia para o centro).
O campo de indução magnética mantido pelo imã (B) é, no nosso exemplo, vertical
para cima, e age tanto nas cargas positivas (cátions) como nas cargas negativas (ânions).
Pela regra da mão direita você poderá constatar que as forças magnéticas surgem sempre no
sentido de arrastar as cargas movimentando-as no sentido horário. Esse “arrastão” leva
consigo o líquido todo e esse se põe a girar.
123
Esse trabalho faz parte do “Manual das Feiras de Ciências e Trabalhos Escolares”
(publicado em dois volumes), do Prof.: Luiz Ferraz Netto.
Foto da Feira de Ciências de Frutal –MG
Nesse motor iônico, usou-se como cuba, uma concha de alumínio (cabo retirado) e
como haste central um prego #60 que penetra numa rolha de borracha.
Texto adaptado e retirado do site: www.feiradeciencias.com.br
prof. Luiz Ferraz Netto.
Nossa sugestão é apresentada abaixo:
Material:
• Uma marmita pequena de alumínio de dimensões 10 cm de diâmetro por 5 cm de
profundidade.
• 23 cm de fio de alumínio de área de seção transversal 2,5 mm2.
• Um imã de anel de micro-ondas.
• Solução iônica para colocar dentro do funil (foi usada uma solução de 10 % de
sulfato de cobre, mas qualquer outro sal serve);
124
• Uma fonte de alimentação de 6 VDC e fios de ligação.
• Uma base de madeira de 19,0×8,0×2 cm com um furo no meio para introduzir o imã.
Montagem:
As figuras 7 e 8 a seguir fornecem uma visão do material preparado e aspectos da
montagem.
Material e montagem
Fig.: 7
5,7 cm
2,1 cm
5,0 cm
10 cm
Marmita de alumínio Imã de micro-ondas
9,5 cm
7,5 cm
6,0 cm 19,0 cm
8,0 cm
2,0 cm
Fio de alumínio dobrado Base de madeira
5,7 cm
125
Fig.: 8
A vantagem desta montagem é que se evita furar o recipiente, evitando assim
vazamentos.
As fotos abaixo mostram os alunos montando o equipamento e, testando-o
posteriormente.
Fio de alumínio
Marmita
Imã
Base de madeira
Pilhas
126
Questões:
1) Como podemos aumentar a frequência (“as rpm’s”) de rotação de nosso motor?
2) Porque utilizando água e açúcar como solução iônica o motor não funciona?
3) Use sua criatividade e responda: como este aparato poderia funcionar como
liquidificador?
4) Invertendo o sentido da corrente elétrica ou o sentido do campo magnético, o que
aconteceria com a rotação da solução iônica? Justifique.
127
APÊNDICE C – Guia de orientação ao Professor
Uso de organizadores prévios para a aprendizagem significativa do
Magnetismo e Eletromagnetismo
Tradicionalmente, a organização seqüencial do conteúdo de um curso introdutório de
Eletromagnetismo é linear: Carga Elétrica Força Elétrica Campo Elétrico
Potencial Elétrico Corrente Elétrica Força Magnética Campo Magnético
Indução Magnética. Esta sequência trata de fenômenos elétricos e magnéticos primeiro
separadamente e depois unidos nos chamados fenômenos eletromagnéticos.
De um modo geral, essa sequência é contraria à sequência ausubeliana1, pois parte dos
conceitos mais específicos em direção aos conceitos mais gerais, enquanto que Ausubel
defende a posição de que as idéias, fenômenos e conceitos mais gerais e inclusivos sejam
apresentados no início do processo instrucional para que sirvam de pontos de ancoragem
conceitual para a aprendizagem subsequente.
Este guia tem por objetivo orientar os docentes no planejamento do conteúdo, por
exemplo, de Física, com vistas na teoria cognitivista de Ausubel. Neste planejamento
procuramos destacar os principais passos e os principais cuidados que o professor deve ter ao
elaborar sua estratégia.
Na sequência ausubeliana da exposição do conteúdo, o princípio da diferenciação
progressiva foi utilizado como sistema de referência, ou seja, as idéias mais gerais e
inclusivas do conteúdo foram apresentadas no início e, depois foram progressivamente
diferenciadas, em termos de detalhes e especificidade.
Como um planejamento-exemplo, optamos pelo tópico de Eletromagnetismo por ser
considerado um assunto árido pelos alunos e pouco motivante.
Essa metodologia deve ser aplicada anteriormente à exposição da matéria, a fim de
criar na estrutura cognitiva do aluno as ideias âncoras necessárias, nas quais se ligarão outras
ideias novas.
1 A teoria da Aprendizagem significativa proposta por David Ausubel pressupõe a existência de idéias esteios na estrutura cognitiva do aluno, onde o novo conceito/idéia poderá se ancorar de maneira significativa, ou seja, de forma substantiva e não-literal. Preconiza o uso de organizadores prévios para a suscitação e/ou desenvolvimento desses subsunçores na estrutura cognitiva do discente. Para o aprofundamento dessa teoria recomendamos AUSUBEL, D. P. Aquisição e retenção de conhecimentos: uma perspectiva cognitiva. Tradução Lígia Teopisto. 1. ed. Rio de Janeiro: Editora Interamericana, 2003. 242p., e MOREIRA, M. A. Aprendizagem Significativa. Brasília: Editora Universidade de Brasília, 1999.
128
Nossa estratégia se baseou na utilização dos organizadores prévios como forma de
apresentação de ideias e informações, seguindo um corpo organizado de conceitos que dessem
origem a significados claros, estáveis e não-ambíguos. A apresentação de ideias e de
informações foi feita mediante a leitura de textos motivadores retirados de revistas, jornais,
reportagens etc e, posteriormente através das oficinas. Ideias sobre as oficinas podem ser
conseguidas em alguns sites como, por exemplo, a Feira de Ciências.
Em nossa escola, mesmo que os alunos tenham vindo de um processo seletivo, a
heterogeneidade entre os mesmos é muito grande. Confessamos que isso seja um fator
limitador da metodologia no sentido de numa mesma sala de aula possui alunos em diferentes
níveis de amadurecimento cognitivo. Por isso preconizamos que os textos e as oficinas devam
ser escolhidos de maneira que uma grande maioria dos alunos possa usufruir dos conceitos
que ali estão.
Os textos escolhidos pelo professor devem ser potencialmente significativos aos
alunos, relacionando assuntos de seu interesse e atuais, cuja forma de apresentação seja
agradável. O professor deve escolher os textos que trazem conceitos mais gerais sobre o
assunto, com o objetivo de contemplar a diferenciação progressiva, dessa forma estaremos
suscitando ou criando as idéias esteios necessárias à aprendizagem significativa do assunto
que será estudado. Assim sendo, o professor estará aplicando o primeiro princípio de
organização do conteúdo, preconizado por Ausubel.
Recomendamos ao professor que na condução da leitura dos textos sejam feitos grupos
de quatro alunos e que haja um revezamento entre os mesmos na leitura de outros textos.
Dessa forma estaríamos trabalhando a sociabilidade entre os alunos.
Em nosso caso, os textos de Eletromagnetismo foram sobre os Trens Megalev e o
Freio Magnético em que, procuramos fundar na estrutura cognitiva do aluno, idéias gerais
sobre a indução eletromagnética. Na condução dessa fase de leitura dos textos, o professor
deve elaborar, juntamente aos textos, questões que levem os alunos a pensarem a respeito do
assunto ou que os levem a pesquisar quando não souberem a resposta. Tais questões é um dos
artifícios de manipulação da estrutura cognitiva dos discentes, a fim de que eles possam criar
suas idéias esteios.
Os alunos, durante o estudo das questões propostas, sugeriram que se fizesse (eles
próprios) uma pesquisa extra-classe quando não conseguiam as respostas adequadas.
Consideramos isso uma atitude louvável, pois, é uma maneira deles buscarem e/ou
sedimentarem suas idéias esteio. A seguir apresentamos um dos textos e as respectivas
questões, como um exemplo de aplicação do que estamos propondo.
129
OS TRENS MAGLEV
(Magnetic Levitaton)
Os trens Maglev, de alta velocidade, utilizam a levitação magnética para flutuar sobre
as suas vias. Eles fazem parte de um sistema mais complexo que consta basicamente de:
• Uma potente fonte de energia elétrica;
• Bobinas dispostas ao longo de uma linha guia;
• Grandes ímãs localizados embaixo do trem.
Ao serem percorridas por corrente elétrica, as bobinas enfileiradas ao longo da pista,
chamada linha guia, criam campos magnéticos que repelem os grandes ímãs situados
embaixo do trem, permitindo que ele flutue entre 1 cm e 10 cm sobre o trilho. Com o trem
levitando, outras bobinas dentro das paredes da linha guia, são percorridas por correntes
elétricas que, adequadamente invertidas, mudam a polaridade de magnetização das bobinas,
ou seja, a energia é suprida pelas bobinas dentro das paredes do trilho para criar um sistema
único de campos magnéticos que puxam e empurram o trem pelo trilho guia. A corrente
elétrica fornecida às bobinas nas paredes do trilho guia é constantemente alternada para
mudar a polaridade da bobina magnetizada. Esta mudança na polaridade leva o campo
magnético na parte frontal do trem a puxar o veículo para frente, enquanto o campo
magnético atrás do trem adiciona mais um empurrão para frente.
Estas agem nos grandes ímãs, impulsionando o trem, que se desloca num colchão de
ar, eliminando os atritos de rolamento e de escorregamento. Na ausência de atritos e o perfil
aerodinâmico do trem, permitem que este atinja velocidades da ordem de 500 km/h ou 2 vezes
tão rápido quanto o trem mais rápido de transporte da Amtrak. Em comparação, um avião
comercial Boeing-777 usado para vôos a longa distância pode atingir a uma velocidade
máxima de 905 km/h. Os desenvolvedores dizem que os trens maglev vão finalmente ligar as
cidades que estão separadas em até 1.609 km. A 500 km/h, você podia viajar de Paris a Roma
em pouco mais de 2 horas.
Atualmente, a Alemanha e o Japão estão desenvolvendo a tecnologia de trem maglev e
estão testando protótipos de seus trens. (A empresa alemã "Transrapid International"
também tem um trem em uso comercial. Embora sejam baseados em conceitos semelhantes,
os trens alemães e japoneses têm diferenças. Na Alemanha, os engenheiros desenvolveram
um sistema de suspensão eletrodinâmica (SEM), chamado Transrapid. Neste sistema, a base
do trem envolve um trilho guia de aço. Os eletroímãs colocados sob o trem estão polarizados
130
em direção ao trilho guia, que levita o trem em torno de 1 cm sobre os trilhos guia e mantêm
o trem levitando mesmo quando não está em movimento. Outros ímãs guias embutidos no
corpo do trem o mantêm estável durante a viagem. A Alemanha demonstrou que o trem
maglev Transrapid pode atingir 480 km/h com pessoas a bordo.
Foto cedida Licença de documentação livre GNU
Um trem Transrapid em Emsland, instalação de teste na Alemanha
Foto cedida pelo Instituto de Pesquisa Técnica de Ferrovias
Acima é uma imagem do trilho guia na linha de teste do trem maglev Yamanashi no Japão. Veja abaixo uma ilustração que
mostra como o trilho guia funciona.
131
Texto e ilustrações retirados
do site: www.ciencia.hsw.uol.com.br
QUESTÕES
1) Baseando-se na leitura do texto e nas ilustrações, responda com suas palavras como
funciona no Trem Meglev.
a) A levitação.
b) O sistema de propulsão.
c) O sistema de freios.
2) Como se obtém a alternância da polaridade de um eletroímã?
País pode ter trem que levita sobre trilhos em dez anos
O ministro da ciência e tecnologia, Ronaldo Sardenberg, acredita que o país terá
desenvolvido em dez anos a tecnologia do trem por levitação magnética (TLM), que
permitiria percorrer o trajeto Rio – São Paulo em 50 min, com velocidade de 500 km/h.
O ministro visitou ontém a mostra Levita Rio, em que foi apresentado o protótipo de
um trilho de 7 metros de comprimento, desenvolvido pela Escola de Engenharia da
Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).
‘Esse é um projeto realista, que não se conclui da noite para o dia’, disse o ministro.
‘É bom lembrar que a tecnologia da informação era uma tecnologia cara e barateou, o que
deve ocorrer também com a levitação magnética’.
132
Por alguns minutos, Sardenberg, que pesa 85 quilos, levitou sobre um disco de metal
fabricado na Alemanha. ‘Não há ponto de apoio entre o disco e a base’, disse o ministro. ‘É
como se você levitasse em um tapete voador tecnológico’.
De acordo com o físico da UFRJ, professor Roberto Nicolsky, que há três anos estuda
o TLM, pela ausência de atrito com o trilho, o trem elétrico por levitação é mais rápido que
uma composição convencional e economiza energia.
‘Esse sistema seria eficaz para evitar o congestionamento da ponte área Rio – São
Paulo’, diz o físico.
Nicolsky calcula que em dois anos estará desenvolvido um trilho circular de 30
metros, mas o protótipo terá um tamanho reduzido. Na opinião dele, só a partir de 2004 os
pesquisadores terão condições de testar o sistema com trens de tamanho real.
Até agora, o projeto consumiu R$ 100 mil. Ainda não há estimativa da quantia
necessária para concluir o trabalho. [...]
Apenas sete países estudam a tecnologia de trens por levitação magnética. Japão e
Alemanha já têm protótipos em tamanho real.
Clarissa Tomé, Caderno Cidades,
O Estado de S. Paulo, 10 de junho de 2000.
Na discussão das questões, o professor deve manter uma posição de mediador ou
norteador dessas discussões, pois, se assim for, ele estará contribuindo para a criação de
subsunçores estáveis e firmes ou contribuindo para a transformação de idéias instáveis e
voláteis, em idéias mais estáveis.
O professor deve estar atento a um segundo princípio muito importante da organização
do conteúdo preconizado na teoria ausubeliana: a reconciliação interativa. Como os alunos
possuem um arcabouço de idéias e conceitos já fundados em sua estrutura cognitiva, herança
de estudos passados, é de extrema importância que o professor ressalte as semelhanças e
diferenças entre os conceitos aparentemente conflitantes. Em nosso caso, por ocasião da
leitura e discussão dos textos, a todo instante os discentes tentavam explicar questões do
Magnetismo utilizando-se dos conceitos elétricos.
Muitos alunos já haviam estudado conceitos de Eletrostática, como por exemplo, a
existência de monopolos elétricos, caso a reconciliação interativa não tivesse sido
133
oportunamente feita, eles poderiam acreditar que poderia existir, também, monopolos
magnéticos.
No terceiro momento da aplicação da metodologia o professor deve realizar as
oficinas. O objetivo dessa atividade ainda é de despertar na estrutura cognitiva dos alunos as
idéias esteios relevantes e motivá-los ao estudo precedente. O tema das oficinas deve
constituir um prolongamento dos textos, os assuntos precisam estar concatenados e alinhados,
além de potencialmente significativos.
A escolha dos temas das oficinas deve obedecer a um critério que leve em conta a
proximidade do assunto com o cotidiano do aluno, ou seja, o professor deve buscar textos que
tratem de tecnologia de interesse dos mesmos, cuja leitura seja agradável e inteligível. Da
mesma forma que os textos, os temas das oficinas devem contemplar o princípio da
diferenciação progressiva, onde devem tratar de conceitos gerais, nunca entrando em
conceitos mais específicos do tema.
As discussões que ocorrerem durante as oficinas e em virtude das questões que são
propostas, o professor deve estar atento à reconciliação interativa ressaltando as diferenças e
semelhanças entre conceitos aparentemente iguais.
As oficinas propiciam um momento onde os alunos colocam a “mão na massa”,
construindo os protótipos sugeridos. Para isso, o professor deve elaborar um roteiro claro e
preciso sobre a montagem dos equipamentos e, conectar a atividade de montagem com o
assunto tratado nos textos. Sugerimos a elaboração de questões a respeito do tema da oficina,
a fim de nortear o estudo. Como exemplificação disso que estamos propondo, colocamos
abaixo um dos roteiros que utilizamos para a montagem da oficina, intitulada Levitação
Magnética.
LEVITAÇÃO MAGNÉTICA
Apresentação:
Manter um corpo suspenso no ar, sem qualquer apoio aparente, como que
desafiando a lei da gravidade, é reconhecido como fenômeno de levitação. Muitos mágicos
fazem isso, mantendo escondido o necessário “apoio”. Sem esse apoio, visível ou não, um
corpo material não poderá levitar. Esse “apoio”, necessariamente, deverá aplicar no corpo
134
suspenso uma força, vertical para cima, suficientemente intensa para equilibrar o peso do
corpo. Em se tratando de corpo extenso a estabilidade de equilíbrio também deve se
analisada.
Um exemplo simples de levitação, com apoio quase invisível, é manter uma bolinha
de aço suspensa por uma fina linha de pesca. A força aplicada pela linha sobre a esfera
equilibra o peso da esfera. A resultante das forças externas sobre ela (peso e tração) é nula.
Se a esfera está em repouso, permanecerá em repouso; se está em movimento, manterá sua
velocidade vetorial constante (Primeira Lei de Newton).
Levitação dessa espécie não são atrativas, a menos que o corpo suspenso seja o de
uma mulher e o mágico passe um aro envolvendo o corpo (para “mostrar” que não há fios).
Ai passa a ser um bom truque circense (cujo segredo o mágico não irá contar). Não
confunda mágico com místico, não confunda uma arte valorosa desses abnegados
profissionais, com os enganadores da ingenuidade popular.
As forças de apoio sobre o corpo suspenso, equilibrando seu peso, só podem
pertencer a duas categorias:
3) Ou são de contato (como é o caso do fio sobre a esfera, o caso do ar sobre um
balão – empuxo de Arquimedes -, o caso do ar sobre as pás em movimento do
rotor do helicóptero etc).
4) Ou provenientes da ação de campos sobre alguma grandeza associada ao
corpo suspenso. São exemplos simples dessa segunda categoria os imãs
suspensos sob a ação de outros imãs (campo magnético criado por um agindo
sobre a massa ferromagnética do outro, e vice-versa), gotículas eletrizadas
mergulhada em um campo magnético (experiência de Milikan – o campo
elétrico uniforme gerado entre duas placas eletrizadas age sobre as cargas
elétricas das gotículas mantendo-as em levitação) etc.
Algumas situações de levitação, para espectadores ainda em fase de sua educação
científica, podem parecer realmente misteriosas pelo fato de não “enxergarem” de onde vem
a força equilibrante para o corpo suspenso. O perigo nessa fase é “descambar” para o
misticismo enganador ou para explicações dadas por pseudo-ciências. [...].
135
Material:
• Disco de alumínio com espessura cerca de 2 mm e diâmetro de 25 a 30 cm,
conseguimos em um ferro velho de desmanche de ônibus. Utilizamos exatamente o
assoalho do ônibus que é de alumínio que depois de torneada obtivemos o disco.
Uma segunda opção seria uma forma alumínio usada para assar de pizza;
• Um motor elétrico universal de baixa potência (1/8 HP), motor de um”tanquinho de
lavar roupas”;
• Uma caixa de madeira com dimensões 30×30×30 cm, para abrigar o motor;
• Uma vareta de guarda-chuva;
• Um imã prismático pequeno (retirado da porta de um armário)*;
• Um contra-peso;
• Suporte e cola;
• Opcional: um controle eletrônico de velocidade de rotação do motor cujo circuito
eletrônico, bem como a relação de peças estão representados abaixo.
* Optamos, também, por utilizar dois imãs de magnetron de microondas.
Montagem:
e) Fixe o motor dentro da caixa de madeira. Cuide para que o eixo do motor, assim
fixado, fique rigorosamente na vertical. Esse motor poderá ser acionado diretamente
pela rede elétrica domiciliar 110 V ou 220 V, dependendo da região geográfica, no
caso de motores AC ou alimentados por pilhas e baterias, no caso de motores CC
(em geral disponíveis para as tensões de 3,0 V, 6,0 V, 9,0 V ou 12 V). Um motor de
indução retirado de um ventilador* já posto fora de ação servirá perfeitamente.
Motores universais (com escovas) para 110 V ou 220 V, com potência de 1/8 e 1/4 de
HP, estão disponíveis no comércio e são os indicados para trabalhos em
laboratórios, principalmente se dotados de reguladores eletrônicos de velocidade
(sem perda de torque). [...]; * Optamos por usar um motor de um tanquinho de lavar roupas.
136
f) Fixe o disco, pelo orifício em seu centro, ao eixo do motor. Parafuso de “cabeça
chata” dá excelente fixação e não fica saliente no plano do disco. Cuide para que o
disco fique balanceado para que não ocorram vibrações indesejáveis. Outra
observação diz respeito ao furo que deverá ser feito no eixo do motor para a fixação
do disco. A rosca deverá ser esquerda (sentido antihorário), caso contrário, o disco
sairá devido a sua inércia à rotação, o eixo do motor gira mais rapidamente que o
disco, bambeando-o. Ou enrolar novamente o enrolamento de partida do motor,
disponibilizando seis fios, dessa forma pode-se inverter a rotação, trocando os fios
números 5 e 6. Comumente esses motores não dão a opção de inversão de rotação.
g) Utilize pequeno imã de alnico (alumínio – níquel – cobalto)* proveniente de um alto
falante ou microfone dinâmico já fora de uso ou, ainda um imã prismático retirado
da porta de um armário, colando-o na extremidade de um dos braços de uma
“balança” (feita com uma vareta de guarda-chuva). O contra-peso CP deve ser tal
que possa ser deslocado ao longo do outro braço da balança, permitindo obter
equilíbrio do imã. O equilíbrio perfeito não é necessário e é até bom que a vareta
fique ligeiramente inclinada, com o imã abaixo do nível do CP. A vareta de guarda-
chuva já trás consigo a “dobradiça” bem sensível que faz o papel de “fulcro” nessa
balança. Outras montagens podem ser pensadas. Essa é uma sugestão.
*Utilizamos imãs retirados de portas de armários de cozinha, são leves e geram um bom
campo magnético.
137
Na figura abaixo está outra sugestão para outro efeito de levitação.
Material:
• 40 cm de cano PVC de cola (cano marrom) para água fria de ½”;
• Uma conexão tipo “T”para ½”;
• Dois tampões de ½”;
• Dois imãs de magnetron;
• Dois suportes de madeira aparafusados lateralmente à caixa que guarda o motor.
Procedimentos:
• Serre o cano a 3 cm de uma das extremidades;
• Cole a conexão “T” nessa extremidade;
• Cole os tampões nas extremidades do cano para dar um acabamento.
Levitação em relação ao plano do
disco
138
Esse conjunto é parafusado acima do disco de alumínio. Colocamos também uma placa de
acrílico entre o disco e os imãs para se evitar qualquer interferência do deslocamento de ar
sobre o experimento.
h) Coloque o imã sobre o disco de alumínio, a cerca de 3 cm da borda, como se ilustra.
37 cm 3 cm
2,1 cm 2,0 cm
5,7 cm
139
Procedimento:
Ligue o motor. Com o progressivo aumento da rotação, o imã, que até então ficava
raspando sobre o disco, começara a levitar. Com boa velocidade de rotação o imã se
manterá suspenso cerca de 5 ou 6 cm acima do disco. Com o dedo, tente (suavemente)
apertar o imã contra o disco. Note a força que você terá que exercer para conseguir isso!
Texto adaptado e retirado do site: www.feiradeciencias.com.br
prof. Luiz Ferraz Netto.
140
Outra sugestão de levitação segue nas fotos abaixo:
Questões:
5) De onde vem a força que afasta o imã do disco de alumínio (que poderia também ser
de latão, bronze, cobre etc.)?
6) O alumínio não é material ferromagnético – não se torna imã, por indução, na
presença de outro imã. Será que a rotação faz o alumínio tornar-se um “repelente” de
campos magnéticos?
141
7) Qual seria a lei relacionada com esse fenômeno?
8) Explique, com suas palavras, o fenômeno observado.
As oficinas foram impactantes no sentido da motivação e da surpresa, por parte dos
discentes, ao verem um fenômeno físico sendo reproduzido por eles mesmos. Durante a fase
de discussão dos textos, víamos uma inquietação dos alunos para a chegada da fase das
oficinas, isso os motivou ainda mais no estudo. Podemos citar outro impacto causado pelas
oficinas, quando da construção dos equipamentos. Os alunos precisam reunir suas
competências e habilidades adquiridas durante sua vida (estudantil e/ou extra-classe), para
montar e fazer funcionar os equipamentos e, além disso, responder às questões que são
propostas.
Durante a realização das oficinas, sugerimos que o professor mantenha os elementos
do grupo, mas que se faça um rodízio das oficinas de maneira que todos os alunos tenham a
oportunidade de fazer todas as montagens.
Fizemos dessa forma, um esforço para alcançar, nessa sequência, o que Ausubel
chama de reconciliação interativa. A utilização de diagramas ou “mapas conceituais”
hierarquizando e relacionando conceitos é também um esforço no sentido de promover a
diferenciação progressiva e a reconciliação interativa. Esses “mapas conceituais” são
utilizados na fase final da aplicação da metodologia.
Ao término das oficinas, sugerimos a apresentação do mapa conceitual elaborado pelo
professor ou qualquer outro mapa que tenha um compromisso com a completeza e clareza dos
conceitos.
Do ponto de vista instrucional, um mapa conceitual deve:
• Enfatizar a estrutura conceitual de uma disciplina e o papel dos sistemas conceituais
no seu desenvolvimento;
• Mostrar que os conceitos de uma certa disciplina diferem quanto ao grau de
inclusividade e generalidade, e apresentar esses conceitos numa ordem hierárquica de
inclusividade que facilite a aprendizagem;
• Prover uma visão integrada do assunto e uma espécie de “listagem” daquilo que foi
abordado nos materiais instrucionais.
142
Os mapas não devem:
• Ser complexos e confusos, dificultando a aprendizagem ao invés de facilitá-las. Caso
isso ocorra o aluno pode encará-lo apenas como algo a mais a ser decorado.
• Inibir os discentes de elaborar suas próprias hierarquias, pelo fato de terem recebidos
prontos.
A seguir apresentamos um mapa conceitual, como exemplo, da disciplina de
Eletromagnetismo.
representação
FORÇA
atuando
CARGA ELÉTRICA
FORÇA ELÉTRICA
CAMPO MAGNÉTICO
CAMPO ELÉTRICO
LEI DE COULOMB
CORRENTE ELÉTRICA
em movimento (fonte)
FORÇA MAGNÉTICA
LINHAS DE CAMPO
VETOR B
FLUXO MAGNÉTICO
LINHAS DE FORÇA
VETOR E
LEI DE FARADAY
ÁREA
FEM INDUZIDA
IMÃ
GERADORES MOTORES HIDRELÉTRICAS TERMOELÉTRICAS
mensurar
experiência de Oersted regra da mão direita fonte
representação
Vari- ando
143
Os homens se comunicam com seu ambiente social por meio de símbolos visuais e
verbais, e no entanto um grande percentual da transmissão de informações acontece através da
codificação verbal, seja escrita ou oral.
A teoria da codificação dual de Allan Paivio (MAYER R., 2003), estabelece que a
transmissão das informações é maximizada quando são utilizados ambos os canais verbal e
auditivo. Uma determinada idéia ou conceito pode ser percebida através de diversas nuances
que definem suas características. O canal visual pode se mais eficiente para transmitir certas
nuances, ao passo que o verbal pode ser mais adequado para transmitir outras nuances.
Essa teoria valida a utilização dos mapas conceituais para potencializar a
aprendizagem significativa, pois, os mesmos apresentam a um só momento uma informação
visual estática e uma informação verbal. Os conceitos são apresentados através de uma
hierarquia onde fica clara a visualização da posição relativa de cada conceito dentro do elenco
de conceitos que estabelece o tema que está sendo analisado e mapeado.
É importante frisar novamente que durante o estudo dos textos e da realização das
oficinas, o professor deve se portar como um mediador das discussões, fazendo suas
interferências verbais no sentido de guiar os alunos para o objetivo que se deseja alcançar:
aquisição dos subsunçores relevantes para o entendimento de conceitos do Magnetismo e do
Eletromagnetismo.
O professor, ao montar sua estratégia de aprendizagem, deve levar em conta:
• O conjunto articulado de conceitos da unidade a ser ensinada;
• A definição dos conceitos e princípios que, já conhecidos pelos alunos, constituem os
pontos de apoio para o novo material a ser aprendido. Sugerimos que o professor
elabore um pré-questionário com questões pertinentes ao assunto a ser ensinado.
Esses procedimentos são necessários, pois, a aprendizagem significativa lida com os
conceitos referentes a um corpo de conhecimento e não somente com procedimentos formais
e, além disso, ela não pode ocorrer num vácuo cognitivo.
Sugerimos a montagem de uma situação de aprendizagem com um bimestre de
duração, até que o professor passe a dominar a estratégia de elaborar suas aulas baseadas no
principio da aprendizagem significativa de Ausubel.
144
Os recursos facilitadores utilizados na estratégia, nesta situação de aprendizagem,
foram:
• Escolha e exposição dos textos de modo que a sequência da apresentação dos
conceitos seja em ordem de maior para a menor inclusividade, obedecendo um dos
princípios de organização do conteúdo de Ausubel: a diferenciação progressiva.
• Organizadores prévios apresentados no início das subunidades, que seguiam os
princípios de “diferenciação progressiva” e “reconciliação interativa”.
• Os textos e as oficinas escolhidas devem ser potencialmente significativos para os
alunos, bem como sua forma de organização, visando propiciar condições de
subsunção.
Esta sistematização restringiu-se à organização conceitual do assunto e sua forma de
apresentação ao aluno. Sua finalidade foi levar em consideração dados referentes à montagem
“substantiva” e “programática” para a facilitação de aprendizagem.
Sugerimos que o professor coloque em seu plano de curso o equivalente a 5 (cinco)
aulas para que possa implementar essa metodologia, que deve ser aplicada anteriormente ao
conteúdo propriamente dito em períodos normais de aulas. À primeira vista, pode se ter a
impressão de que vai “tomar tempo”, mas o ganho dos alunos na aquisição dos ideias esteios
será compensado quando a matéria for ministrada, o rendimento no entendimento será
potencializado pela internalização dessas ideias. Esse número de aulas é compatível com a
leitura de dois textos diferentes e a realização de duas oficinas. Acreditamos que seja um
número razoável para os textos e as oficinas.
Depois de toda essa dinâmica na qual o aluno se mostrou protagonista de seu processo
de aprendizagem, acreditamos que ideias âncoras se estabeleçam em sua estrutura cognitiva
ou que outros subsunçores sejam criados, servindo de ancoradouro das novas ideias que serão
apresentadas a eles no decurso normal de seu curso.
Devemos admitir que a escolha dos organizadores prévios não é uma tarefa trivial
devido a heterogeneidade que acontece entre os alunos na maioria das salas de aula.
Acreditamos que se o professor optar pelo emprego dos organizadores prévios (textos e
oficinas) como suscitadores de idéias esteios e consequentemente facilitar a aprendizagem
significativa, deve ter em mente três pilares.
145
Os organizadores prévios necessitam ser:
• Potencialmente significativos para seus alunos;
• Fazer referência às suas idéias esteios (levantadas a priori com os pré-questionários);
• Possuir uma linguagem próxima à linguagem do aluno.
Essa metodologia foi aplicada no segundo semestre de 2009 com os alunos de uma escola
pública, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas campus de Machado.
Percebemos que com essa metodologia o ganho cognitivo da maioria dos alunos foi grande.
Essa conclusão foi baseada na análise das respostas do pré-questionário em confronto com as
respostas do pós-questionário (mesmas perguntas do pré-questionário), ao fazermos essa
confrontação observamos que a maioria dos alunos ou modificaram alguma de suas idéias
âncoras ou acabaram de internalizar outras idéias mais estáveis.
O impacto da metodologia sobre o rendimento nas avaliações dos alunos não foi
mensurado, mas acreditamos que os alunos devam apresentar alguma melhora em suas notas,
uma vez que ele aprendeu significativamente o assunto, ou em outras palavras, aquela nova
idéia se relacionou de forma substantiva e não arbitrária com a idéia mais geral (idéia âncora)
internalizada por ocasião da aplicação da metodologia. Advogamos que no momento que os
discentes forem aprender o conteúdo de Eletromagnetismo, eles terão um diferencial sobre os
demais, pois já terão fundadas em sua estrutura cognitiva as idéias âncoras relevantes para a
aprendizagem significativa daquele assunto.
Como modelo de pré-questionário, colocamos aquele utilizado em nossa pesquisa.
PRÉ-QUESTIONÁRIO
1) Desenhe um átomo.
2) Existem partículas em movimento no átomo? Quais são elas? Como é esse movimento?
Qual é o grau de organização desse movimento?
146
3) Se sua resposta foi movimento desorganizado, responda a questão abaixo: se fosse possível
organizar o movimento dos elétrons dentro de um fio condutor, o que obteríamos?
4) O que são imãs? Cite situações em que os imãs aparecem em seu dia-a-dia.
5) Cite fontes algumas “magnéticas”.
6) Como você magnetizaria uma agulha?
7) Como são denominadas as regiões dos imãs?
8) Ao partir ao meio um imã em forma de barra, o que acontece com cada uma de suas partes?
9) Imagine-se segurando dois imãs com as mãos e com os braços afastados, descreva o que
ocorre quanto eles são aproximados, e quando são separados.
10) O que você entende por campo magnético?
147
11) Quando ligamos um liquidificador ou qualquer outro equipamento eletrodoméstico perto
de um rádio que está funcionando, notamos zumbidos emitidos pelo mesmo. Qual é a causa
desse ruído?
12) Para que serve uma bússola? Como funciona? Como poderíamos utilizar bússolas para
detectar o campo magnético de uma região?
13) Complete: “Imãs com _______ opostos se __________, e de mesmo ________, se
____________”.
14) Digamos que você necessite furar a parede da cozinha de sua casa com uma furadeira
mas, existe um fio elétrico embutido que precisa ser descoberto. Neste fio está ligado à
furadeira elétrica. Como você descobriria o fio sem quebrar a parede?
15) Nos equipamentos eletrodomésticos não existem imãs mas, o funcionamento desses
equipamentos depende da existência de um campo magnético. O que gera o campo magnético
nesse caso?
16) Em que situação dois imãs se repelem? E quando eles se atraem?
17) Complete: Suponha que você esteja segurando dois imãs que estão se atraindo
mutuamente, para separá-los, precisa exercer (fazer) uma_____________ maior que a
______________ magnética dos imãs. Logo os imãs exercem uma__________ magnética em
objetos próximos.
148
18) Um elétron com certa velocidade entra numa região que existe um campo magnético.
Notamos que essa carga elétrica sofre um desvio em sua trajetória. Qual a grandeza física que
provoca a mudança de sua trajetória?
Resumindo, podemos dizer que o conteúdo foi organizado procurando facilitar a
aprendizagem significativa através da utilização de materiais potencialmente significativos
(isto é, relacionáveis à estrutura cognitiva do aluno) que explicitamente tentam promover a
diferenciação progressiva e a reconciliação interativa.
149
ANEXO A – Textos
Texto 1
Histórico
Descoberta do magnetismo
Da mesma forma que os fenômenos elétricos resultantes da atração do âmbar, a
atração magnética exercida pela magnetita sobre o ferro foi explicada pela primeira vez no
século VI a.C por Talles de Mileto. Como o âmbar, a magnetita também teria uma espécie de
alma- podia comunicar sua vida ao ferro inerte, que, por sua vez, também adquiria um poder
de atração.
Durante os séculos que se seguiram as explicações foram semelhantes. O magnetismo
se devia a eflúvios, algo semelhante a um perfume que emanaria do ferro e da magnetita, faz
com que eles se atraíssem. A própria palavra imã surgiria mais tarde do termo francês
‘aimant’, que, sugestivamente, significa ‘amante’.
Provavelmente os chineses conheciam o magnetismo há mais tempo que os gregos. E,
certamente, foram os primeiros a descobrir aplicações para esse fenômeno. No início da era
cristã, adivinhos chineses já utilizavam a ‘colher que aponta para o sul’. Era uma colher de
magnetita, que, colocada em equilíbrio sobre um pino podia girar livremente na horizontal.
Em qualquer situação, ela sempre apontava o seu cabo para o sul.
No século VI, os chineses já tinham tecnologia suficientemente avançada para a
fabricação de imãs. Usavam dois processos diferentes. Um muito simples e ainda hoje
comum: esfregar um imã numa agulha de ferro ou aço faz com que ela se torne também um
imã. Em outro processo, mais elaborado e hoje em dia em desuso, colocavam agulhas ou
pedaços de ferro incandescentes na direção norte-sul do campo magnético terrestre. Ao
esfriarem, esses corpos tornavam-se também imãs. Com essas agulhas imantadas, eles
construíam as suas bússolas. No início, essas bússolas serviam apenas para fazer mágicas ou
para orientar a posição em que um edifício devia ser construído. Só a partir dos séculos X ou
XI é que os chineses começaram a utilizá-la para a navegação.
Só no século XIII começaram a surgir observações mais acuradas sobre o
magnetismo e a eletricidade. A primeira e mais importante na época foi compreensão de que
eram fenômenos de natureza diferente, o que prevaleceu até o século XIX.
150
Embora atrasados em relação aos chineses na utilização da bússola para a
navegação, foram os europeus que realizaram o primeiro estudo experimental do magnetismo
de natureza científica. Em 1269, Pierre de Maricourt, engenheiro militar francês, numa carta
a um amigo, descreve a maioria das suas experiências elementares sobre magnetismo, que
aparecem até hoje nos livros escolares de ciências. Foi ele quem denominou ‘pólo norte e
pólo sul’ as extremidades de um imã, baseando-se na orientação natural da bússola.
Observou, ainda, que a agulha da bússola não apontava exatamente para o norte geográfico
da Terra. Maricourt fez outras descobertas importantes:
• Se aproximarmos dois imãs pelos seus pólos de mesmo nome, eles se repelem;
• Se os aproximarmos pelos pólos opostos, eles se atraem;
• Um imã partido mantém a polaridade do imã original;
• Cada divisão de um imã dá origem a outros imãs.
Só em 1600, mais de três séculos depois, o trabalho experimental de Maricourt foi
retomado por Gilbert, que procurou refazer essas experiências e revisar as explicações de
outros autores. Gilbert reuniu suas conclusões no livro ‘De Magnete’, um dos primeiros
clássicos da literatura científica. Descobriu a imantação por indução – quando um pedaço de
ferro, colocado perto de um imã, também se imanta, mesmo sem encostar um no outro. Foi o
primeiro a sugerir que a Terra seria um grande imã. Para ilustrar sua idéia, construiu um
imã em forma de esfera, denominado de ‘Terrella’, que simulava a ação magnética da Terra.
Colocando pequenas bússolas sobre essa esfera demonstrou e explicou a propriedade da
bússola de apontar sempre para o norte geográfico.
Terrela de Gilbert- as setas são bússolas que simulam a ação do campo magnético terrestre.
F
P
B
H M
G C A
L O N
151
Depois da publicação do ‘De Magnete’, pouco foi acrescentado ao estudo do
magnetismo, até o início do século XIX. Havia indícios de que, mesmo vistos como fenômenos
diferentes, a eletricidade e o magnetismo se relacionavam de alguma forma.
A descoberta dessa relação, porém só veio a ocorrer depois do aparecimento da pilha
de Volta, que oferecia uma fonte mais duradoura de eletricidade, permitindo o
aprofundamento do seu estudo.
A eletricidade, em si, esteve desde os primórdios da vida humana. Os nossos
primeiros ancestrais já conviviam, de uma forma indireta, com alguns efeitos da eletricidade,
até mesmo o fogo teve sua origem da descarga atmosférica, que é um fenômeno elétrico.
Um imã atrai pequenos pedaços de metal, de maneira semelhante ao âmbar, que ao
ser atritado, atraia objetos pequenos. Nessa altura da conversa, você já deve ter notado que
deve ter alguma coisa em comum entre o âmbar e o imã (electron e magnetita). Essas duas
ciências nasceram praticamente juntas, e não evoluíram muito após suas descobertas. Na
época existia um vácuo muito grande entre a descoberta dos rudimentos destas ciências e a
compreensão e utilização das mesmas.
Hoje em dia são inúmeras as aplicações do magnetismo presentes em nossas vidas,
contribuindo sobremaneira para a nossa qualidade de vida.
Texto adaptado do livro: Física, Eletromagnetismo e Física Moderna.
Alberto Gaspar, p.182.
QUESTÕES
1) Suponha que você esteja perdido numa floresta num dia nublado e sem Sol, dispondo
apenas de seu kit de primeiros socorros contendo, ataduras, algodão, álcool, agulha
para sutura, tesoura e analgésico. Como você poderia se orientar parcialmente nesta
floresta?
2) Comente os dois processos de magnetização citados no texto. Todos os materiais
podem ser magnetizados? Justifique.
152
Texto 2
Histórias e lendas sobre o magnetismo
As primeiras descobertas ocorreram na Grécia, mais exatamente na cidade de
Magnésia. Contam que um pastor chamado Magnes caminhando nos seus campos observou
que, em certo lugar, a ponta de ferro de seu cajado era atraída por algo no chão. Cavando
neste lugar, Magnes descobriu uma pedra preta que atraía fortemente o ferro. A pedra era
constituída de uma espécie de minério de ferro hoje chamada de magnetita ou pedra-imã.
QUESTÕES
1) Faça uma pesquisa sobre a atividade vulcânica na região onde Magnes
encontrou a magnetita. Qual a relação entre o magnetismo desse mineral (a
magnetita) com a região na qual foi descoberto?
2) Com base em sua pesquisa, tente explicar o magnetismo terrestre.
Lendas e histórias sempre povoaram o magnetismo, de seu surgimento até os dias
atuais. Conta-se que existia uma enorme montanha preta (provavelmente rica em magnetita)
Região onde provavelmente
Magnes encontrou a
magnetita
153
perto de uma praia na Grécia antiga, e que os navios que passavam na sua orla afundavam,
pois tinham seus pregos e demais ferros da embarcação arrancados pela imensa força de
atração exercida pela montanha.
Há literatura que menciona que o pastor Magnes quando caminhava pelos campos da
Magnésia teve os pregos dos seus sapatos arrancados ao percorrer um caminho rico em
pedras de magnetita.
Foram atribuídos ao imã poderes de cura, médicos prescreviam passar imã na região
do corpo afetada pelo reumatismo, costumava-se colocar ‘farelo’ de imã nas formulações dos
remédios. Hoje em dia é comum encontrar colchões para dormir cravejados de pequenos
imãs, e até em filtros para água podemos encontrar a magnetita. Nossas avós nos receitavam
colocar a tesoura de costura debaixo do colchão para aliviar as dores nas costas, confiando
no magnetismo que a tesoura, porventura, pudesse ter.
Devemos respeitar a sabedoria popular e tentar encontrar uma justificativa científica
para cada fenômeno.
Gabriel Garcia Marques em seu livro: - Cem Anos de Solidão, relaciona em sua obra
a história do magnetismo com o misticismo popular, ao contar as proezas de um cigano que
despertava medo e curiosidade nas pessoas, quando o mesmo ao caminhar com duas barras
grandes de ferro, simulando dois cajados, ia atraindo as panelas, parafusos, pregos, etc, das
casas e das ruas que atravessava. Ao andar pelas ruas ia dizendo: ‘ As coisas têm vida
própria, tudo é questão de despertar sua alma’.
Extratos retirados do texto: Terapia
Magnética. Livro: Física Conceitual
Paul G. Hewitt, p. 412.
QUESTÃO
1) Comente as relações lendárias que existiam em torno do magnetismo e os
naufrágios das embarcações. Você considera que a intensidade da força
magnética de uma montanha de magnetita seria capaz de arrancar os pregos?
Qual deveria ser a distância entre a embarcação e a montanha, para que isso
acontecesse?
154
Texto 3
Imãs naturais: fósseis magnéticos
Os imãs naturais adquiriram sua magnetização por resfriamento de rochas de
materiais ferromagnéticos, como a magnetita, sob a ação do campo magnético terrestre.
Como o ponto Curie da magnetita é de 585 0C, as pedras de magnetita tornavam-se
ferromagnéticas1 à medida que atingiam temperaturas mais baixas que 5850C. Estando sob a
ação do campo magnético terrestre, essas pedras se magnetizaram no sentido do campo
magnético da Terra, no local onde elas se encontravam. Esse fenômeno ocorreu naturalmente
milhões de vezes durante milhões de anos. Dessa forma é possível ter o registro da direção
do campo magnético na época em que um imã natural se formou. Todo imã natural é,
portanto, um “fóssil magnético”.
Fenômeno semelhante ocorreu com a argila que revestia os fornos utilizados por
nossos antepassados. Essa argila freqüentemente contém fragmentos de minérios de ferro,
como a magnetita e a hematita, que guardam a direção do campo magnético terrestre da
ultima vez que foram resfriados. A ocasião em que isso ocorreu pode ser determinada por
processos físicos, como a datação radioativa.
Extraído do livro: Física, Eletromagnetismo e Física Moderna,
Alberto Gaspar, vol. 3, p. 185.
QUESTÃO
1) O que ocorreria com a magnetita se sua temperatura ultrapasse 585 0C?
1 São materiais que são fortemente atraídos pelos imãs como, por exemplo, o ferro, níquel, cobalto e inúmeras ligas que os contém.
155
Texto 4
O imã desentope artérias. E muito mais...
Pesquisadores brasileiros descobrem surpreendentes efeitos do magnetismo
Mini-glossário
• Materiais ferromagnéticos: são os corpos que são atraídos por imã feito de ferro,
níquel e cobalto e inúmeras ligas que os contém.
• Materiais paramagnéticos: corpos que são atraídos fracamente pelos imãs, como
paládio, platina, sódio, potássio, alumínio e algumas ligas de ferro.
• Materiais diamagnéticos: são repelidos pelos imãs, qualquer que seja o pólo pelo o
qual são aproximados, como a prata e o bismuto.
• Unidade de campo magnético no SI- Tesla (T).
Parece bruxaria. Mas descobriu-se que os imãs atuam sobre substâncias que,
aparentemente, nada possuem de magnéticas. O fenômeno ainda não tem explicação, e
desafia a visão convencional da ciência, recolocando em debate o próprio conceito de
magnetismo. Por outro lado, as perspectivas de aplicação tecnológica são simplesmente
espetaculares.
Com o emprego de imãs seria possível impedir, por exemplo, a formação de
incrustações de carbonato de cálcio em tubulações de água, evitar o entupimento de canos de
extração de petróleo causado por parafinas e, até mesmo, prevenir doenças como a
arteriosclerose, provocada pela deposição de colesterol nas artérias.
Pode-se acelerar o processo de fermentação alcoólica, protagonizado por certas
bactérias. É que tanto o carbonato de cálcio quanto as parafinas, o colesterol e as de
bactérias são misteriosamente afetados pela ação do campo magnético.
Uma equipe de pesquisadores brasileiros está na vanguarda das investigações sobre o
assunto. Ela é ligada ao IPT, Instituto de Pesquisas Tecnológicas, de São Paulo, que
comemora um século de existência [...]. O time, formado pelos engenheiros Marco Giulietti,
Fernando Landgraf, Marcelo Seckler e Alexandre Freitas e pelo químico João Poço, acaba
de realizar um experimento no qual o fenômeno não apenas foi confirmado, como também
rigorosamente medido. Essa abordagem quantitativa – a grande contribuição dos brasileiros
156
– é indispensável para que se chegue a uma explicação científica e a uma aplicação
controlada do fenômeno, que, até agora, vinha sendo tratado de maneira vaga e genérica
pelos especialistas.
Para realizar seu experimento, os pesquisadores brasileiros tiveram que se armar de
uma boa dose de coragem e ousadia. Pois o tema não era considerado sério pela comunidade
científica. Fora do bem comportado território da ciência, porém, esses inesperados efeitos
magnéticos são reconhecidos há muito tempo. Há várias décadas, está disponível no mercado
um sem-número de produtos magnéticos – pulseiras, emplastos, chinelos, coletes, colchões –
que prometem curar desde a simples fadiga e a trivial dor nas costas até problemas bem mais
sérios, como enxaqueca e arteriosclerose. Grande é o uso de imãs em processos terapêuticos,
como na acupuntura chinesa.
Como não existe explicação física para o suposto efeito do magnetismo sobre a saúde,
a ciência oficial sempre torceu o nariz diante dessa montoeira de objetos imantados, que
cheiravam a charlatanismo. Pelo mesmo motivo, nunca levou em consideração os relatos
sobre a influência positiva dos imãs na produção de leite das vacas ou no crescimento das
plantas. Aos olhos dos pesquisadores acadêmicos, tudo não passava de superstições
ingênuas, há muito varridas do domínio do conhecimento racional.
Por isso, foi um choque quando – num congresso internacional sobre magnetismo,
realizado em Birmingham, na Grã-Bretanha, em 1994 – a engenheira de materiais eslovena
Spomenka Kobe apresentou um trabalho sobre o efeito do campo magnético numa solução de
carbonato de cálcio [CaCO3]. Segundo a pesquisadora, o campo magnético afetava a
estrutura cristalina da substância, um sal presente na água consumida em varias regiões do
planeta. Essa hipótese explica por que o uso de imãs evita que o carbonato de cálcio se
deposite nas tubulações das caldeiras usadas para aquecer a água. Tais incrustações são um
problema sério na Europa, onde a água é fortemente carbonatada e, no rigoroso inverno, a
maioria dos imóveis utiliza um sistema de aquecimento baseado em serpentinas de água
quente.
O engenheiro químico Marcelo Seckler, chefe do Agrupamento de processos Químicos
do IPT e um dos membros da equipe de pesquisadores brasileiros, testou a hipótese na
própria Europa. “Usei uma solução de fosfato tricálcico [Ca3(PO4)2], um sal semelhante ao
carbonato de cálcio. E verifiquei que, na presença do campo magnético, a substância se
aglomera no meio do líquido, produzindo um número menor de partículas, de tamanho
maior”, informa Sekcler. Isso fazia com que, em vez de se depositarem nas paredes do
157
recipiente, formando incrustações, esses cristais mais graúdos fossem arrastados pelo fluxo
normal da água.
Enquanto Seckler contava partículas, o engenheiro metalurgista Fernando Landgraf,
um especialista em magnetismo, trazia a idéia ao Brasil. “Fiquei muito impressionado com a
apresentação de Spomenka e transmiti meu entusiasmo ao Marco Giulietti, na época
diretores técnicos do IPT. Foi assim que nasceu a nossa equipe”, recorda Landgraf e
Giulietti era o orientador da tese de doutoramento do engenheiro químico Alexandre Freitas.
E a estratégia do grupo foi congregar toda a sua atividade em torno desse trabalho de
pesquisa. “Resolvemos utilizar dois sais – o sulfato de cobre [CuSO4.5H2O] e o sulfato de
zinco [ZnSO4.7H2O] – que reagem de maneira diferente ao campo magnético. E, empregando
um imã 70 vezes mais forte do que usados nos adesivos comuns de geladeira, investigamos
como ele afetava três propriedade dessas substâncias: sua solubilidade na água, o tamanho
médio das partículas formadas durante a cristalização e a velocidade de crescimento dos
cristais”, explica Giulietti.
O sulfato de cobre pertence a uma classe de materiais conhecidos como
“paramagnéticos”, que são muito fracamente atraídos pelo imã. O campo magnético não
alterou nenhuma dessas propriedades. Já o sulfato de zinco faz parte da categoria dos
materiais “diamagnéticos”, que são muito fracamente repelidos pelo imã. O carbonato de
cálcio, a parafina e o colesterol participam do mesmo grupo. E, neste caso, o campo
magnético produziu efeitos espetaculares.
A solubilidade do sulfato de zinco diminui cerca de 8%. Isso significa que uma
solução perfeitamente homogênea do material ficava saturada quando colocada entre as
faces do imã. Iniciava-se, então, um processo de cristalização que produzia partículas de
tamanho 50% maior do que o normal e que cresciam numa velocidade 40% mais intensa.
Porém, a maior surpresa ainda estava por acontecer. Os pesquisadores verificaram que,
depois de ser submetida ao campo magnético por um certo tempo, as propriedades da
solução mantinham-se alteradas mesmo depois do imã ser retirado. O efeito perdurava por
até quatro horas. “Era como se a solução guardasse uma memória do campo magnético”,
comenta Landgraf.
Qual a explicação para tão estranho fenômeno? Essa é a pergunta que desafia os
pesquisadores. “A causa está provavelmente, na interação entre o campo magnético gerado
pelo imã e os campos elétricos das partículas das substâncias envolvidas nos experimentos”,
sugere Alexandre Freitas. Mas não se arrisca a ir além desse ponto. “Estamos claramente
numa área de fronteira da ciência”, arremata Landgraf.
158
[...] o físico irlandês Michael Coey, um dos maiores especialistas em magnetismo,
convidou a comunidade científica a encarar o desafio representado por esse tipo de
fenômeno. “É hora de tirarmos o assunto das mãos dos bruxos”, disse. Essa conclamação é
importante porque a história da ciência está cheia de casos de fenômenos relevantes que
foram descartados pelo fato de não se amontoarem à visão de mundo majoritária. Porque
não podiam ser facilmente explicados, esses fenômenos passaram a ser considerados como se
não existissem. E viraram tabu.
Os pesquisadores do IPT não se deixaram intimidar pelo preconceito. E o sucesso de
seu experimento só os tornou ainda mais entusiasmados. Confirmado o efeito do imã sobre as
substâncias “diamagnéticas”, eles se preparam agora para entrar no terreno promissor das
aplicações tecnológicas. O químico João Poço tem feito testes para verificar o efeito do imã
sobre o crescimento das plantas e com dispositivos magnéticos que aparentemente reduzem a
poluição e o consumo em veículos automotores. Decidido a apostar suas fichas numa jogada
de êxito garantido, o grupo oscila entre concentrar esforços no desenvolvimento de uma
técnica magnética de purificação da água ou em um método de controle do colesterol. “o
sangue é diamagnético nas veias e paramagnético nas artérias. Um superimã instalado
dentro de uma veia poderia impedir a sedimentação do colesterol”, anima-se Giuliett. E
declara-se pronto a estabelecer parcerias.
Por JOSÉ TADEU ARANTES
E-mail:[email protected]
Extraído da revistaGalileu, Globo, julho/99, ano 8, n.96.
QUESTÕES
1) Existem materiais que são fracamente repelidos pelos imãs, como é o caso dos
materiais diamagnéticos (colesterol). No esquema abaixo, está representado um
possível arranjo de imãs para se evitar a deposição de colesterol nas veias.
159
Com base no texto lido e nesse esquema, explique como se evitaria o acúmulo de
colesterol nas veias?
2) Com relação à questão anterior, como se daria a eliminação do colesterol?
N
S
fluxo de sangue
veia
160
Texto 5
ELETROMAGNETISMO
Histórico
Para a Física a década de 1820 iniciou-se com uma revolucionária descoberta: uma
corrente elétrica percorrendo um condutor gerava à sua volta um campo magnético. A
eletricidade e o magnetismo passavam a ser uma só ciência – o Eletromagnetismo -, para a
qual se antevia extraordinárias perspectivas tecnológicas. E assim foi. Começou em todo
mundo uma frenética corrida das inúmeras aplicações práticas que essa descoberta
prometia.
Nos Estados Unidos destacou-se nessas pesquisas o professor de física Joseph Henry
(1797-1878). Fugindo do estereótipo do norte-americano empreendedor, a preocupação de
Henry era exclusivamente didática. Ele buscava construir equipamentos que o ajudassem a
ilustrar melhor suas aulas, para ele condição essencial da aprendizagem.
Na época estava empenhado na construção de um forte eletroímã, que causasse
grande impacto em seus alunos. A maior dificuldade eram as fontes de energia elétrica: para
obter o efeito que desejava ele precisava de baterias caras, grandes e desajeitadas,
sobretudo para levar para a sala de aula. Durante anos Henry desenvolveu um pioneiro e
excepcional trabalho tecnológico para chegar a um modelo de eletroímã que o satisfizesse no
custo e nas dimensões. No fim da década 1820 chegou ao seu melhor resultado com o ‘imã de
Albany’, nome dado em homenagem à cidade onde nasceu. Segundo Henry, esse eletroímã
era capaz de sustentar um corpo de 320 g utilizando uma ‘modesta bateria’. Menos modesto,
afirmava ser esse eletroímã ‘o mais potente imã jamais construído’.
Experiência de Oersted
Até o fim do século XVI não se distinguiam muito bem os fenômenos elétricos dos
magnéticos. Com o livro ‘De Magnete’ Gilbert tornou clara essa distinção. No entanto, havia
fortes indícios de que esses fenômenos deveriam estar relacionados. Alguns relatos
descreviam a ocorrência de magnetização de barras de ferro, colheres e facas por causa de
raios ou faíscas elétricas de máquinas eletrostáticas. Também contribuíram para reforçar
161
essa possibilidade as teorias que explicavam o magnetismo com base na existência de fluidos
magnéticos, à semelhança dos elétricos. Além disso, Coulomb formulou uma lei para o
magnetismo equivalente à sua lei para a eletricidade, em que o conceito de massas
magnéticas substituía o de cargas elétricas. Mas só foi depois da invenção da pilha de Volta,
que possibilitou o estudo de fenômenos resultante do movimento continuo de portadores de
carga elétrica, que o físico dinamarquês Hans C. Oersted (1777-1851) descobriu essa
relação, em 1820.
As experiências de Oersted mostraram que um condutor percorrido por uma corrente
elétrica gera um campo magnético ao seu redor, cuja configuração tem características
especiais.
Texto retirado do livro Física,
Vol.: único de Alberto Gaspar, p.: 491.
162
QUESTÕES
1) Onde utilizamos os eletroímãs em nosso dia-a-dia?
2) Qual foi o fator decisivo que impediu Henry de construir um eletroímã mais
“potente”?
3) Como poderíamos aumentar a “força” de um eletroímã?
163
Texto 6
Os trens Maglev (Magnetic levitaton)
Os trens Maglev, de alta velocidade, utilizam a levitação magnética para flutuar sobre
as suas vias. Eles fazem parte de um sistema mais complexo que consta basicamente de:
• Uma potente fonte de energia elétrica;
• Bobinas dispostas ao longo de uma linha guia;
• Grandes ímãs localizados embaixo do trem.
Ao serem percorridas por corrente elétrica, as bobinas enfileiradas ao longo da pista,
chamada linha guia, criam campos magnéticos que repelem os grandes ímãs situados
embaixo do trem, permitindo que ele flutue entre 1 cm e 10 cm sobre o trilho. Com o trem
levitando, outras bobinas dentro das paredes da linha guia, são percorridas por correntes
elétricas que, adequadamente invertidas, mudam a polaridade de magnetização das bobinas,
ou seja, a energia é suprida pelas bobinas dentro das paredes do trilho para criar um sistema
único de campos magnéticos que puxam e empurram o trem pelo trilho guia. A corrente
elétrica fornecida às bobinas nas paredes do trilho guia é constantemente alternada para
mudar a polaridade da bobina magnetizada. Esta mudança na polaridade leva o campo
magnético na parte frontal do trem a puxar o veículo para frente, enquanto o campo
magnético atrás do trem adiciona mais um empurrão para frente.
Estas agem nos grandes ímãs, impulsionando o trem, que se desloca num colchão de
ar, eliminando os atritos de rolamento e de escorregamento. Na ausência de atritos e o perfil
aerodinâmico do trem, permitem que este atinja velocidades da ordem de 500 km/h ou 2 vezes
tão rápido quanto o trem mais rápido de transporte da Amtrak. Em comparação, um avião
comercial Boeing-777 usado para vôos a longa distância pode atingir a uma velocidade
máxima de 905 km/h. Os desenvolvedores dizem que os trens maglev vão finalmente ligar as
cidades que estão separadas em até 1.609 km. A 500 km/h, você podia viajar de Paris a Roma
em pouco mais de 2 horas.
Atualmente, a Alemanha e o Japão estão desenvolvendo a tecnologia de trem maglev e
estão testando protótipos de seus trens. (A empresa alemã "Transrapid International"
também tem um trem em uso comercial. Embora sejam baseados em conceitos semelhantes,
164
os trens alemães e japoneses têm diferenças. Na Alemanha, os engenheiros desenvolveram
um sistema de suspensão eletrodinâmica (SEM), chamado Transrapid. Neste sistema, a base
do trem envolve um trilho guia de aço. Os eletroímãs colocados sob o trem estão polarizados
em direção ao trilho guia, que levita o trem em torno de 1 cm sobre os trilhos guia e mantêm
o trem levitando mesmo quando não está em movimento. Outros ímãs guias embutidos no
corpo do trem o mantêm estável durante a viagem. A Alemanha demonstrou que o trem
maglev Transrapid pode atingir 480 km/h com pessoas a bordo.
Foto cedida Licença de documentação livre GNU
Um trem Transrapid em Emsland, instalação de teste na Alemanha
Foto cedida pelo Instituto de Pesquisa Técnica de Ferrovias
Acima é uma imagem do trilho guia na linha de teste do trem maglev Yamanashi no Japão. Veja abaixo uma ilustração que
mostra como o trilho guia funciona.
165
Texto e ilustrações retirados do site: www.ciencia.hsw.uol.com.br
QUESTÕES
3) Baseando-se na leitura do texto e nas ilustrações, responda com suas palavras como
funciona no Trem Meglev.
d) A levitação.
e) O sistema de propulsão.
f) O sistema de freios.
4) Como se obtém a alternância da polaridade de um eletroímã?
País pode ter trem que levita sobre trilhos em dez anos
O ministro da ciência e tecnologia, Ronaldo Sardenberg, acredita que o país terá
desenvolvido em dez anos a tecnologia do trem por levitação magnética (TLM), que
permitiria percorrer o trajeto Rio – São Paulo em 50 min, com velocidade de 500 km/h.
O ministro visitou ontém a mostra Levita Rio, em que foi apresentado o protótipo de
um trilho de 7 metros de comprimento, desenvolvido pela Escola de Engenharia da
Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).
166
‘Esse é um projeto realista, que não se conclui da noite para o dia’, disse o ministro.
‘É bom lembrar que a tecnologia da informação era uma tecnologia cara e barateou, o que
deve ocorrer também com a levitação magnética’.
Por alguns minutos, Sardenberg, que pesa 85 quilos, levitou sobre um disco de metal
fabricado na Alemanha. ‘Não há ponto de apoio entre o disco e a base’, disse o ministro. ‘É
como se você levitasse em um tapete voador tecnológico’.
De acordo com o físico da UFRJ, professor Roberto Nicolsky, que há três anos estuda
o TLM, pela ausência de atrito com o trilho, o trem elétrico por levitação é mais rápido que
uma composição convencional e economiza energia.
‘Esse sistema seria eficaz para evitar o congestionamento da ponte área Rio – São
Paulo’, diz o físico.
Nicolsky calcula que em dois anos estará desenvolvido um trilho circular de 30
metros, mas o protótipo terá um tamanho reduzido. Na opinião dele, só a partir de 2004 os
pesquisadores terão condições de testar o sistema com trens de tamanho real.
Até agora, o projeto consumiu R$ 100 mil. Ainda não há estimativa da quantia
necessária para concluir o trabalho. [...]
Apenas sete países estudam a tecnologia de trens por levitação magnética. Japão e
Alemanha já têm protótipos em tamanho real.
Clarissa Tomé, Caderno Cidades,
O Estado de S. Paulo, 10 de junho de 2000.
167
Texto 7
Situação atual da pesquisa do Maglev no Brasil
Trem magnético promete melhorar o trânsito urbano
Cientistas acreditam que o projeto pode revolucionar o sistema de transporte no
Brasil. Entre as vantagens, estão o baixo custo, um sistema ecologicamente correto e o menor
consumo de energia.
Um trem que flutua é a proposta de pesquisadores brasileiros para melhorar o
trânsito nas grandes cidades. O projeto de pesquisadores brasileiros para melhorar o
trânsito nas grandes cidades. O projeto foi apresentado na reunião anual da Sociedade
brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC), em Campinas, São Paulo.
Um pequeno bloco de cerâmica levita sobre um imã. O mesmo efeito físico pode fazer
um trem deslizar. Condutores de cerâmica são ativados por nitrogênio líquido a menos 200 0C. Em contato com a base de imã, ganham poderes magnéticos que fazem vagões inteiros
flutuar. “Com isso, produzimos um veículo para o transporte urbano que não necessite mais
de rodas e trilhos para se locomover”, afirmou Richard Stephan, pesquisador da UFRJ.
Projetos parecidos já viraram realidade no Japão e na Alemanha, mas o formato
brasileiro, desenvolvido por pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro
(UFRJ), é inédito no mundo. O trem que flutua foi apresentado na reunião anual da
Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC), que ocorreu em Campinas, no
interior de São Paulo.
Cientistas acreditam que o projeto pode revolucionar o sistema de transporte no
Brasil. Entre as vantagens estão o baixo custo de implantação, um sistema ecologicamente
correto e o menor consumo de energia. Mais leves e compactos, os trens voadores podem ser
adaptados com facilidade aos contornos urbanos.
Uma ótima alternativa ao metrô. Custariam apenas um terço do valor consumiriam só
4% da energia. Sem ruídos e nem emissão de poluentes. “Uma vez levitando, sem atrito, eu
preciso apenas de um empurrão inicial”, declarou Richard Stephan.
Reportagem retirada do site:
http://jornalnacional.globo.com, do dia 17/07/2008
168
QUESTÕES
1) Como se movem os trens que flutuam? Comente.
2) Argumente: por que o consumo de energia nos trens Meglev é menor?
169
Texto 8
O microfone de indução
O microfone de indução é constituído essencialmente de um imã fixo e de uma
membrana à qual está ligada uma bobina. A bobina envolve o imã. O microfone possui uma
tela metálica que protege a membrana. Quando uma pessoa o utiliza, as ondas sonoras
emitidas (ondas de pressão) fazem a membrana vibrar e conseqüentemente a bobina vibra.
Assim, os sons recebidos pelo microfone são convertidos em sinais elétricos que são, em
seguida, amplificados.
Tela de proteção
Membrana
Bobina móvel ligada à membrana
Ímã Fixo
Texto e ilustrações retirados do site: www.ciencia.hsw.uol.com.br
QUESTÕES
1) Observando a figura abaixo, relate o que acontece e logo após responda às
perguntas abaixo.
170
a) Nos textos anteriores, percebe-se que cargas elétricas em movimento, ou seja, corrente
elétrica, produz campo magnético. Considerando-se os sinais elétricos como um sinal de
corrente elétrica, de onde “aparece” a corrente no microfone, se não existe nenhuma pilha
ligada ao mesmo.
b) Faz alguma diferença para a produção do som manter a bobina ou o imã fixos?
�Movimento de vai-e-vem
da membrana
Ao
Ampli-
ficador
171
Texto 9
Alto-falante
O alto- falante faz exatamente a conversão contrária do microfone: os sinais elétricos
que ele recebe do microfone são reconvertidos em sons. Para isso, o alto falante possui
essencialmente um imã fixo e uma bobina ligada a um cone de papelão. A bobina envolve o
imã. A corrente elétrica proveniente do microfone atravessa a bobina, que é imersa no campo
magnético criado pelo imã, fica sujeita à ação de forças magnéticas que a fazem vibrar. A
vibração da bobina provoca a vibração do cone de papelão. O ar junto ao cone também
vibra, gerando ondas sonoras e reproduzindo o som que foi captado pelo microfone.
QUESTÕES
1) Porque no auto – falante é necessário existir um imã no interior da bobina?
2) Qual a diferença básica entre um microfone e um alto-falante? Relate.
Projetos alternativos de alto-falantes
A maioria dos alto-falantes produz som com condutores tradicionais. Mas há algumas
outras tecnologias no mercado. Esses projetos têm algumas vantagens sobre os tradicionais
alto-falantes dinâmicos, mas são insuficientes em outras áreas. Por essa razão, geralmente
eles são usados em conjunto com outras unidades de condutores. A alternativa mais popular
é o alto-falante eletrostático. Esses alto-falantes vibram o ar com um painel de diafragma
condutivo grande e fino. Esse painel de diagrama é suspenso entre dois painéis condutivos
fixos que estão carregados com corrente elétrica de uma tomada da parede. Esses painéis
criam um campo elétrico com uma extremidade positiva e uma negativa. O sinal de áudio
passa pela corrente através do painel suspenso e rapidamente muda entre uma carga positiva
e uma negativa. Quando a carga é positiva, o painel é puxado para a extremidade negativa
do campo; quando a carga é negativa, ele se move para a extremidade positiva no campo.
172
O diafragma é carregado alternadamente com uma corrente positiva e uma negativa, baseando-se na variação do sinal elétrico de áudio. Quando o diafragma está positivamente carregado, ele oscila para a placa frontal, e quando é carregado negativamente ele oscila para a placa traseira. Desse modo, ele reproduz precisamente o padrão gravado das oscilações do ar.
Desse modo, o diafragma vibra rapidamente o ar na frente dele. Como o painel tem
uma massa baixa, ele responde muito rápida e precisamente a mudanças no sinal de áudio.
Isso faz a reprodução do som clara e extremamente precisa. O painel não move uma grande
distância; contudo, ele não é muito eficaz na produção de sons de baixa freqüência. Por essa
razão, alto-falantes eletrostáticos são geralmente unidos com um woofer que impulsiona a
variação de baixa freqüência. Outro problema com os alto-falantes eletrostáticos é que eles
devem ser plugados na parede, sendo então mais difíceis de colocar em uma sala.
Outra alternativa é o alto-falante magnético plano. Essas unidades usam uma longa
faixa de metal suspensa entre dois painéis magnéticos. Elas funcionam basicamente do
mesmo modo que os alto-falantes eletrostáticos, exceto que a alternância das correntes
positiva e negativa move o diafragma em um campo magnético em vez de em um campo
elétrico. Como os alto-falantes eletrostáticos, eles produzem um som de alta freqüência com
precisão extraordinária, mas os sons de baixa freqüência são menos definidos. Por essa
razão, geralmente o alto-falante magnético plano é usado apenas como um tweeter. Ambos os
projetos estão se tornando mais populares entre os audioentusiastas, mas os condutores
dinâmicos tradicionais ainda são a tecnologia predominante. Você vai encontrá-los em todos
os lugares, não apenas em aparelhos de som, mas em despertadores, sistemas públicos,
173
televisões, computadores, fones de ouvido e muitos outros aparelhos. É incrível como um
conceito simples revolucionou o mundo moderno!
Texto e ilustrações retirados do site: www.ciencia.hsw.uol.com.br
QUESTÃO
1) Qual é o principio básico de funcionamento de todos os alto-falantes?
174
Texto 10
O gravador de fita
As fitas magnéticas de gravação de sons e de imagens possuem uma base constituída
de tiras plásticas recobertas de material que pode ser magnetizado, como, por exemplo, o
óxido de ferro. Existem fitas que utilizam outros materiais magnetizáveis, como o dióxido de
cromo. Em qualquer caso, o material é pulverizado e aglomerado por um cimentador
plástico. A idéia básica envolve um eletroimã que aplica um fluxo magnético ao óxido da fita.
O óxido "lembra" permanentemente do fluxo que "vê". Um cabeçote de gravador de fitas é
um eletroímã circular muito pequeno com um pequeno intervalo, como este:
Esse eletroímã é minúsculo - talvez do tamanho de uma meia ervilha. O eletroímã
consiste de um centro de ferro com um fio enrolado em volta, como mostrado na figura.
Durante a gravação, o sinal de áudio é enviado através da bobina pelo fio para criar um
campo magnético no centro. No intervalo, o fluxo magnético forma a extremidade padrão
para fazer a ponte no intervalo (mostrado em vermelho), e este fluxo é o que magnetiza o
óxido na fita. Durante a reprodução, o movimento da fita puxa um campo magnético variável
pelo intervalo. Isto cria um campo magnético variável no centro e, dessa forma, um sinal na
bobina. Este sinal é amplificado para ser enviado para os auto-falantes.
Em um reprodutor de cassetes normal, há dois destes pequenos eletroímãs que juntos
têm aproximadamente a metade da largura da fita. Os dois cabeçotes gravam os dois canais
de um programa estéreo, desse modo:
175
Quando você inverte uma fita no reprodutor, você alinha a outra metade da fita com
os dois eletroímãs.
Quando você olha dentro de um gravador magnético, normalmente vê algo assim:
No topo desta figura estão as duas rodas dentadas que acionam os carretéis dentro do
cassete. Estas rodas dentadas giram um dos carretéis para puxar a fita durante a gravação,
reprodução, avanço ou retrocesso rápido. Debaixo das duas rodas dentadas existem duas
cabeças. A cabeça da esquerda é uma cabeça principal de limpeza para limpar sinais na fita
antes da gravação. A cabeça no centro é a cabeça de gravação e reprodução contendo os
dois minúsculos eletroímãs. No centro está o rolete e o cilindro de tensão, como visto abaixo:
176
O rolete gira a uma taxa bem precisa para puxar a fita pelo cabeçote exatamente na
velocidade correta. A velocidade padrão é de 4,76 centímetros por segundo. O rolete de
pressão simplesmente aplica pressão e a fita é apertada contra o eixo. Na gravação de som,
este é transformado em sinais elétricos (corrente elétrica variável), por meio de um
microfone. Essa corrente é enviada a uma bobina, enrolada num núcleo de ferro laminado e
dotado de uma pequena fenda, chamada de entreferro. A bobina e o núcleo de ferro
constituem o cabeçote do gravador, que possui uma blindagem metálica, a fim de reduzir as
interferências externas. A corrente elétrica variável, que representa o som transformado,
atravessa a bobina do cabeçote e gera um campo magnético variável. Este orienta e
magnetiza as partículas magnetizáveis da fita, quando ela passa diante do entreferro.
Resumindo, o som a ser gravado é transformado em sinais elétricos e estes são registrados na
fita através da magnetização de suas partículas ferromagnéticas. A reprodução do som segue
um caminho inverso. A fita magnética passa diante de outro cabeçote. A movimentação dos
pequenos imãs existentes na fita, geram na bobina do novo cabeçote uma corrente elétrica
induzida variável. Esta é fornecida a um alto-falante, que reproduz o som gravado.
Na gravação de imagens, o processo é basicamente o mesmo. A imagem a ser gravada
é transformada em corrente elétrica variável , através de uma câmera. Essa corrente elétrica,
atravessando a bobina do cabeçote gera um campo magnético variável, que magnetiza as
177
partículas que constituem a fita magnética que passa diante do entreferro. Em seguida, outro
cabeçote transforma as informações registradas na fita em corrente elétrica variável , que
alimenta o filamento de um tubo de imagens. Os elétrons emitidos pelo filamento varrem a
tela reproduzindo a imagem gravada.
Texto e ilustrações retirados do site: www.ciencia.hsw.uol.com.br
QUESTÕES
1) A gravação do som em uma fita magnetizável se dá pela magnetização dos
pequenos imãs numa determinada direção, existentes no óxido de ferro. Qual é fator
responsável por essa magnetização?
2) De acordo com que foi estudado, explique por que não devemos deixar as fitas
(cassete e de vídeos) próximas de fontes de campo magnético?
178
Texto 11
O cartão magnético
Os cartões magnéticos possuem, em um de seus lados, uma tarja magnética,
semelhante a um pedaço da fita magnética utilizada em gravadores.
As minúsculas partículas magnetizáveis que fazem parte da tarja estão distribuídas
numa seqüência de regiões magnetizáveis e não-magnetizáveis (código binário), fornecendo
todas as informações pessoais do portador do cartão e outras informações úteis. O leitor
desse código é constituído de uma bobina enrolada num núcleo de ferro. Quando o cartão é
movimentado por um usuário, ao inseri-lo, por exemplo, no terminal de um caixa eletrônico,
uma corrente elétrica variável é induzida na bobina. Esses sinais elétricos são recebidos por
um computador, que decodifica as informações existentes no cartão.
QUESTÃO
1) O código binário é formado pelos dígitos de 0 e 1. Os cartões de crédito são
fabricados com uma tarja magnética na parte de trás. Essa tarja é constituída de óxido
de ferro (como nas fitas cassetes). As informações são gravadas magneticamente em
regiões magnetizáveis e outras não magnetizáveis. Qual a ligação do código binário
com as regiões magnetizáveis e não magnetizáveis do cartão magnético?
Como funciona a tarja magnética dos cartões de crédito?
A tarja no verso de um cartão de crédito é uma tarja magnética, muitas vezes
conhecida como magstripe. A tarja magnética é composta de partículas magnéticas à base de
ferro espalhadas por uma película semelhante a um filme. Cada partícula é realmente uma
barra magnética muito estreita com cerca de 50 milionésimos de centímetro de comprimento.
179
A frente de um cartão de crédito tem muitos números. Acima um exemplo do que eles podem significar.
A frente de um cartão de crédito tem muitos números. Acima um exemplo do que eles podem significar.
O cartão tem uma tarja magnética no verso e um
espaço para a importantíssima assinatura do usuário
180
A tarja magnética pode ser ‘escrita’ porque os pequenos imãs em barra podem ser
magnetizados na direção do Pólo Norte ou na direção do Pólo Sul. A tarja magnética no
verso do cartão é muito semelhante a uma fita cassete presa a um cartão. Em vez de motores
movendo a fita para que ela possa ser lida, sua mão provê o movimento quando você passa o
cartão de crédito por uma leitora de cartões.
Texto e ilustrações retirados do site: www.ciencia.hsw.uol.com.br
QUESTÕES
1) Enumere as características comuns entre a fita cassete e o cartão magnético.
2) A velocidade de avanço da fita cassete é constante. E a velocidade com que se passa
o cartão numa leitura (no caixa eletrônico) pode ser considerada constante? Por que?
181
Texto 12
O detector de metais
Vamos considerar um tipo de detector de metais, que consiste essencialmente em uma
bobina enrolada num núcleo de ferro. Quando ele está em funcionamento, a bobina é
percorrida por uma determinada corrente elétrica, que gera um campo magnético. Quando o
detector é aproximado de um objeto metálico, ocorre uma variação do fluxo magnético
através do objeto metálico, induzindo nele correntes elétricas (correntes de Foucault). Essas
correntes, por sua vez, geram um campo magnético variável, que induz corrente na bobina,
alterando o valor da corrente que a atravessa. Essa alteração de corrente, registrada por um
amperímetro, acusa a presença do objeto metálico, através de um alarme sonoro ou visual.
Anatomia de um detector de metal
Um detector de metal usual é leve e consiste em algumas partes:
1. estabilizador (opcional): usado para manter o aparelho firme enquanto você o
movimenta para frente e para trás;
2. caixa de controle: contém o circuito, controles, alto-falante, baterias e o
microprocessador;
3. haste: conecta a caixa de controle à bobina e é geralmente ajustável à sua altura;
4. bobina de busca: a parte que realmente detecta o metal. Também conhecida como
‘cabeça de busca’, ‘arco’ ou ‘antena’.
Foto cedida por Garrett Electronics
Detector de metal Garrett GTI 150 Texto e ilustrações retirados
do site: www.ciencia.hsw.uol.com.br
182
QUESTÕES
1) Por que o detector de metais localiza somente metais?
2) Se for enterrada no solo uma mina (bomba) com invólucro de cobre e o
manipulador do aparelho o mantivesse parado sobre o solo, seria possível detectá-la?
Justifique.
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