ATIVIDADE EXPERIMENTAL 1 E 2

Os roteiros das atividades experimentais 1 e 2 possuem questões para refletir e os estudantes foram instruídos a tentar elaborar respostas para elas. Como estes experimentos foram a primeira atividade do estudo, as respostas destas perguntas acompanhado das respostas do pré-teste visavam entender o que os estudantes já conheciam do conteúdo proposto para posteriormente construir aulas potencialmente significativas. Esta atividade foi realizada em duplas no dia 11/09/2018.

• ATIVIDADE EXPERIMENTAL 1: ELETROÍMÃ

O experimento utiliza uma pilha AA, um prego grande e um pedaço de fio de cobre rígido (fino). Consiste em enrolar o pedaço de fio no prego, desencapar as pontas do fio para que possa ter contato, encostar uma ponta do fio em cada contato da pilha e aproximar o conjunto de objetos metálicos. O efeito observado é que o conjunto se comporta como um ímã natural.

Figura 24 - Experimento eletroímã.

Fonte: Produzido pelo autor.

Pergunta 1: O que você observou e porque você acha que isso aconteceu?

Resposta a: “o que aconteceu quando eu coloquei uma pilha, um prego, um pedaço de fio de cobre e metal, ele começou [inelegível] por causa do metálico”.

Resposta b: “o fio de cobre é um condutor de energia e encostando o pico nas duas extremidades da pilha uma sendo positiva e outra negativa e assim se tem um ímã que atrai o clipe”.

Resposta c: “o conjunto de objetos metálicos foi atraído pelo campo elétrico gerado pela pilha”.

Resposta d: “observei a pilha e o prego esquentar. Acredito que isso ocorreu pela indução dos polos da pilha, visto que o cobre é altamente condutor, logo após se enrolar o fio se cria uma tensão no prego por isso que os polos se invertem e se movimentam rapidamente fazendo o polo do prego e da pilha esquentarem”.

Pergunta 2: Por que o fio esquenta?

Resposta b: “porque as partículas se agitam e se transforma em energia”.

Resposta c: “porque o fio não suporta a carga da pilha que passa por ele, e então se dissipa como energia térmica”.

As respostas dessas duas questões para refletir contidas na atividade experimental 1 claramente revelam dois aspectos extremamente importantes, tanto para análise quanto, para o planejamento das aulas futuras: I) todos os estudantes conseguiram perceber o fenômeno principal causado pelo experimento e; II) boa parte dos estudantes não conheciam os conceitos de Física responsáveis pelos efeitos observados. Como já citado no relato das aulas, alguns dos estudantes queriam responder a segunda pergunta antes de ter observado o fenômeno, sendo orientados a refazer o experimento e tentar observá-lo. Esta impaciência dos estudantes em chegar na resposta final, não importando o caminho trilhado, está sempre presente no decorrer das aulas. Porém, mesmo sem entender os conceitos de Física envolvidos, os estudantes além de conseguir observar os fenômenos responderam as perguntas com certa coerência. Na segunda pergunta a maioria dos estudantes respondeu que o fio esquenta por “não suportar a carga”, mesmo não conhecendo ainda o conceito de efeito Joule, eles buscaram a melhor explicação para o que estavam observando, revelando seu conhecimento prévio sobre o tema, que segundo Moreira (2012), “o conhecimento prévio é, na visão de Ausubel, a variável isolada mais importante para a aprendizagem significativa de novos conhecimentos”. (MOREIRA, 2012, pg. 7)

• ATIVIDADE EXPERIMENTAL 2: MOTOR HOMOPOLAR

O experimento utiliza uma pilha AA, um pedaço de fio de cobre rígido de aproximadamente 30cm e um ímã de neodímio de aproximadamente 16mm de diâmetro (ligeiramente maior que o diâmetro da pilha). Consiste em enrolar o pedaço de fio de cobre em forma de espiral (ligeiramente mais larga do que a pilha), desencapar as pontas do fio para que possa ter contato, encurvar uma das pontas da espiral fazendo um pequeno gancho virado para dentro da espiral, posicionar o

ímã em contato com o polo negativo da pilha, por fim com o ímã já acoplado a pilha, deixar o conjunto na vertical e encaixar a espiral pelo lado de fora da pilha com a ponta do gancho tocando o polo positivo da pilha e a outra extremidade tocando o ímã. O efeito observado é que a espira vai girar ao redor da pilha.

Figura 25 - Experimento motor

homopolar.

Fonte: Produzido pelo autor.

Pergunta 1: O que acontece se você trocar o polo do ímã que está em contato com a pilha?

Resposta a: “quando trocamos o ímã ele vira pro lado contrário. Não gostei porque não consegui fazer, fiquei muito irritada para fazer esse procedimento foi um pouco difícil para enrolar o fio na pilha”.

Resposta b: “o fio de cobre gira para o outro lado”. Resposta c: “o cobre passa o rotor no sentido contrário”. Resposta d: “ele inverte o sentido do movimento do fio”.

Evidentemente, todos os estudantes entenderam que ao trocar o polo do ímã que está em contato com a pilha, a espira vai girar para o sentido contrário, eles puderam testar esse efeito na prática ao construir a atividade experimental. Aqui podemos destacar que a formulação da pergunta levou a um direcionamento das respostas sem pedir uma justificativa para tal, acarretando que todas as duplas de estudantes apenas responderam o que de fato acontece, sem se preocupar com o por quê isto acontece. Um ponto de destaque fica para a Resposta a, quando cita que “[…] fiquei muito irritada para fazer esse procedimento…”, alguns estudantes tiveram muita dificuldade ao moldar o fio em forma de espira para que esta conseguisse girar livremente no entorno da pilha, como já citado no relato das aulas este procedimento ocupou um grande tempo. Novamente, encontramos uma evidência do imediatismo dos estudantes, se o procedimento não funciona na primeira tentativa, pode gerar desinteresse e frustração, ficando como sugestão para aplicações futuras a possibilidade de disponibilizar espiras já prontas aos estudantes para evitar estes sentimentos e contar com mais agilidade no desenvolvimento da atividade.

6.2 PRÉ-TESTE

O pré-teste foi realizado no dia 25/09/2018, na segunda semana de aplicação do estudo, sendo respondido por nove estudantes.

• Pergunta 1: O que você sabe sobre corrente elétrica?

Resposta a: “eu acho que a corrente elétrica depende muito para carregar celular, forno microondas, computador, ventilador”.

Resposta b: “a corrente elétrica é um fio terra é para defender dos raios das trovoadas”.

Resposta c: “eu sei que muita coisa depende da corrente elétrica para funcionar como computadores, lâmpadas, televisores, aparelhos de som, celulares, telefones tanto ligados diretamente na tomada que transmite corrente elétrica ou carregando”. Resposta d: “para ter uma corrente elétrica é necessário ter um material que seja condutor de energia, como um fio de cobre por exemplo. Ao contrário de materiais como borracha que não conduz energia”.

Resposta e: “são medidos em volts, podem ser alternados ou diretos? e são formados através de uma diferença de potencial entre dois polos. na corrente elétrica partículas eletrizadas se movimentam em um meio condutor”.

Resposta f: “corrente elétrica creio que seria como a eletricidade se "move". Como fios que carregam energia, fios de postes, por exemplo.”.

Resposta g: “exemplo: tem uma casa e essa casa tem eletricidade e nessa casa que tem eletricidade com tomadas, quando você coloca um carregador ou algo do tipo na tomada, por exemplo, quando você coloca seu celular para carregar para mim ali está acontecendo uma corrente elétrica”.

Resposta h: “elas estão presentes desde o século contemporâneo, mais precisamente a partir do século 19, com invenções como a lâmpada criada por Tesla, porém com mudança nos componentes dos resistores e resistência da corrente elétrica. Existem dois tipos de corrente elétrica, a corrente alternada e a corrente direta a qual inspira o nome de uma banda (ac/dc) sendo comum o sistema internacional de unidades medir em amperes a corrente (resistência elétrica) ohms”.

A maior parte dos estudantes conseguiram transparecer que, mesmo não conhecendo fisicamente o conceito de corrente elétrica, possuem uma visão do contexto onde a corrente elétrica é aplicada, deste modo conseguindo saber que ao ligar um eletrodoméstico na tomada ele vai funcionar, sem saber o que acontece no intervalo entre a tomada e o equipamento.

Outro indicador importante que foi percebido com as respostas dessa pergunta foi a confusão de alguns estudantes entre os conceitos de corrente elétrica

e diferença de potencial. Neste sentido, na resposta e, o estudante afirma que a corrente elétrica pode ser “[…] medidos em volts”, mostrado claramente que não está bem familiarizado com estes conceitos, mesmo visualizando seus efeitos.

• Pergunta 2: O que você sabe sobre o funcionamento de veículos elétricos?

Resposta a: “eu acho que o funcionamento de veículos elétricos são aqueles carros que o vidro, as travas são elétricos, tem uns que a marcha trocam sozinhas”.

Resposta b: “eu acho que os carros elétricos funcionam com gasolina e o motor e os carrinhos de brinquedo funciona com pilha”.

Resposta c: “eles funcionam a eletricidade e alguns tem um motor a combustível mas ele serve apenas como um gerador para levar energia ao carro”.

Resposta d: “ele funciona com baterias, sem o uso de gasolina. A gasolina é usada como reserva casa a bateria acabe. Ele funciona depois de carregar o carro através da energia elétrica”.

Resposta e: “que eles atuam sem gasolina, normalmente carregam o seu motor elétrico em tomada, que leva a energia até a bateria que faz o carro funcionar. O veículo a combustão gera a sua própria energia através da combustão da gasolina. Para movimentar-se, enquanto o veículo elétrico normal usava uma bateria carregada previamente com uma energia de fonte externa”.

Resposta f: “são muito bons para o meio ambiente. Os carros que são a gasolina por exemplo, poluem demais já os elétricos não. É uma fonte limpa. Vários países como Portugal incentivaram o uso desses carros”.

Resposta g: “o meu vizinho tem uma moto elétrica, ele me disse que a moto elétrica é quem nem um celular, só que anda um veículo elétrico tem um tempo limitado para andar depois que acaba esse tempo tem que pôr para carregar o veículo e andar novamente”.

Resposta h: “é algo muito inovador, visto que diferentemente de carros a combustão que podem ter tração traseira, dianteira ou integral. Diferentemente de carros elétricos que contêm um motor elétrico central e mais 4 resistores ligados a esse motor em cada roda. Isso justamente para utilizar e desacelerar o veículo e poupar energia elétrica. Além de não agredir o meio ambiente tem autonomia e custo- benefício melhores, tanto quanto a aceleração mais rápida, com torque imediato”.

Novamente fica visível uma clara confusão de conceitos e falta de conhecimento sobre o tema. Alguns estudantes não sabiam o que significavam veículos elétricos, muitas vezes confundindo com veículos com opcionais elétricos, como na resposta a, ou ainda imaginando que veículos elétricos é um conceito aplicado para os carrinhos de brinquedos que são movidos a pilhas como na resposta b. Vale lembrar que, como o pré-teste foi aplicado na segunda semana do estudo, os estudantes já haviam assistido a um vídeo na aula anterior que falava sobre a produção de caminhões elétricos no Brasil e que, mesmo que superficialmente, a reportagem abordou o funcionamento desses caminhões e suas diferenças a um caminhão convencional movido a combustão. Esse engano percebido nas respostas não era esperado, demonstrando que em algumas situações, os recursos audiovisuais não são suficientes para de fato tirar o estudante de sua zona de conforto e instigar sua curiosidade e interesse. Utilizar recursos audiovisuais durante as aulas não é uma garantia de aula diferenciada, em alguns casos o recurso só apresenta de uma forma diferente do tradicional (quadro e giz) o que já seria trabalhado. Rohrer (2017) expõe que

Frequentemente, o que se segue a essa expectativa, na tentativa de um dinamismo e na utilização de recursos audiovisuais, é a decepção de encontrar, na tela da televisão ou na projeção de um vídeo, uma repetição da mesma “monotonia” ou “didatismo” que se supunha que os mesmos recursos seriam capazes de superar. Em grande parte, os vídeos educativos usados em aula acabam apenas reproduzindo modelos tradicionais de apresentar um determinado tema, sobre os quais os seus produtores não levantaram questionamentos mais aprofundados, tornando- se, assim, meramente ilustrativo, não sendo assim elementos diferenciadores ou estimulantes para os alunos (ROHRER, 2017, pg. 47).

Logo, se faz necessário que os conceitos assistidos na aula anterior sejam revisitados e ainda mais contextualizados. Quando o conteúdo proposto está inserido no cotidiano do estudante, a contextualização do conceito já encontra-se presente na estrutura cognitiva do aprendiz, percebemos na resposta g quando citado que “o meu vizinho tem uma moto elétrica…”, o estudante sabe o que é um veículo elétrico e tenta fazer paralelos para poder explicar o que sabe, demonstrando que conhece o objeto de estudo, mas não a Física envolvida no seu funcionamento.

Ao fazer uma comparação com um veículo a combustão, o estudante que elaborou a resposta h demonstra saber o que é um veículo elétrico e entender superficialmente seu funcionamento. Porém, ainda apresentando uma série de concepções alternativas ao se tratar dos conceitos de física envolvidos no funcionamento desses veículos. Esta resposta ainda nos permite identificar que este estudante em específico tem um interesse mais aguçado por gostar de carros em um âmbito geral, usando conceitos que aparecem com frequência em análises esportivas, como tração ou torque.

O interesse gerado nos estudantes e demonstrado nas respostas, evidencia a importância do uso de veículos elétricos como ideia âncora visando a contextualização no ensino de tópicos de eletromagnetismo.

• Pergunta 3: Você conhece alguma relação entre eletricidade e magnetismo? Justifique.

Resposta a: “eletricidade faz lembrar sobre microondas, carregador, liquidificador, batedeira, etc. Magnetismo me faz lembrar um ímã se colocar em qualquer ferro”. Resposta b: “eletricidade me lembra forno elétrico, carro, celular, microondas. Magnetismo me lembra o ímã e o ferro se conjunto”.

Resposta c: “eu acho que é a relação é que quando eu penso em magnetismo se pensa em ímã e ele é atraído por metal e a eletricidade é...”.

Resposta d: “com o magnetismo se tem energia, como nas pilhas e ímã que usamos na última aula, com os ímãs se criou energia. Acho q deve estar relacionado com a eletricidade também”.

Resposta e: “a existência de um campo elétrico produz força de interação e quando temos duas partículas formando campos elétricos teremos uma interação de atração ou de repulsão de acordo com o sinal das cargas, e isso se chama magnetismo eu acho”.

Resposta f: “não conheço uma relação. Magnetismo creio que está relacionado a atração e repulsão que seria positivo e negativo. Eletricidade está relacionada a corrente elétrica e motores elétricos”.

Resposta g: “essa relação está ligado com o fato que ambos necessitam de um campo, e algo a qual conduz ambas correntes. Sim eu tenho um pouco de conhecimento sobre o assunto, visto alguns exemplos como: um cartão de crédito passado em um caixa de banco, no qual estão presentes as duas correntes (elétrica e magnética) a corrente elétrica sustenta a máquina do banco ligada (caixa) e a força magnética em contato com o cartão, é possível se passar e atrair em determinado ponto. A codificação e o sistema sacar o dinheiro do cartão”.

Grande parte das respostas, como nas perguntas anteriores, apontam que os estudantes pouco sabiam sobre eletricidade e magnetismo e não conseguiam enxergar uma relação entre os dois conceitos, como na resposta f onde o estudante afirma “não conheço uma relação...”.

Novamente é perceptível a confusão conceitual dos estudantes, em certas situações sabem identificar fenômenos em seu cotidiano, porém atribuem características elétricas ao magnetismo e vice-versa como visto na resposta e onde o estudante fala sobre a “[…] interação de atração ou de repulsão de acordo com o sinal das cargas, e isso se chama magnetismo eu acho”.

Com a semelhança nas respostas, tendo algumas que citaram apenas exemplos das atividades experimentais realizadas na semana anterior, neste caso é

provável que estes estudantes não tivessem nenhuma concepção sobre os temas propostos e fica evidente que os objetivos dessas atividades experimentais foram alcançados, a partir do fato que se conseguiu construir um organizador prévio e gerar conceitos subsunçores para que os novos conceitos a serem apresentados tenham um ancoradouro, cumprindo com um dos principais critérios para que a aprendizagem possa se tornar significativa. (MOREIRA, 2012)

• Pergunta 4: O que você pode dizer sobre as tomadas de sua casa?

Resposta a: “as tomadas da minha casa são diferentes algumas tem dois buracos e outras tem três.”.

Resposta b: “as tomadas da minha casa tem vários modelos, de dois buracos e três. Eles servem para carregar o celular, a geladeira e também o forno elétrico, etc”. Resposta c: “algumas tem dois furos, outras três, pelo menos eu sei que o terceiro furo é o terra e ele serve para proteger o eletrodoméstico de ‘queimar’ quando tiver algum problema na eletricidade da casa, e algumas tomadas também tem tomada de pino chato que hoje em dia não se vê muito, e ela não tem na mesma tomada de 3 furos”.

Resposta d: “através das tomadas é conduzido uma energia elétrica que sai dos fios condutores de energia. É usada para poder ligar ou até mesmo carregar alguns objetos”.

Resposta e: “são as portas de um circuito elétrico, nele ocorre transferência de energia. Podem ter dois ou três fios sendo o terceiro o fio terra”.

Resposta f: “algumas tem dois buracos e outras três, creio que as que têm três é por causa do fio terra. Alguns modelos de tomadas brilham no escuro”.

Resposta g: “são tomadas padrão europeu de 220 volts, que utilizam cobre na resistência. Diferentemente das tomadas de padrão asiático (pino chato) a qual tem variação de 110 e 220 volts com os resistores em cobre”.

Outra vez, fica manifesto o desconhecimento dos conceitos de Física relacionados a pergunta proposta, onde parte dos estudantes se delimitou a falar sobre os padrões, antigos e novos, de tomadas ao citar a quantidade de pinos que cada uma possui. É interessante observar que alguns estudantes já conheciam o conceito de fio terra e entendiam seu papel de proteção do sistema, porém conhecendo pouco sobre o funcionamento das tomadas em relação a corrente elétrica proporcionada.

Existem evidências indicando que o questionário conseguiu atingir seu objetivo ao ajudar a investigar os conhecimentos prévios existentes na estrutura cognitiva dos estudantes e concepções alternativas, indicando as maiores lacunas conceituais que deveriam ser preenchidas com as atividades e aulas de aprofundamento de conhecimentos, usando esses dados na construção das aulas visando que se tornem materiais instrucionais potencialmente significativos. Segundo Moreira (2012), o segundo passo a ser seguido para a construção de uma UEPS, logo após definir o tópico específico a ser abordado é

criar/propor situação(ções) – discussão, questionário, mapa conceitual, mapa mental, situação-problema, etc. – que leve(m) o aluno a externalizar seu conhecimento prévio, aceito ou não-aceito no contexto da matéria de ensino, supostamente relevante para a aprendizagem significativa do tópico (objetivo) em pauta (MOREIRA, 2012, pg.3).

6.3 ATIVIDADE EXPERIMENTAL 3 E 4

Assim como nas atividades experimentais 1 e 2, os roteiros das atividades 3 e 4 possuem questões para refletir e os estudantes foram instruídos a tentar elaborar respostas para elas. Esta atividade foi realizada em duplas no dia 20/11/2018 como uma das últimas atividades na aplicação do estudo. Sendo assim, ao realizar os experimentos os estudantes já haviam assistido às aulas de aprofundamento de conhecimentos, deste modo, espera-se que as respostas

estejam mais alinhadas aos conceitos de física envolvidos nos fenômenos observados.

• ATIVIDADE EXPERIMENTAL 3: CARRO HOMOPOLAR

O experimento utiliza uma pilha AA, um pedaço de fio de cobre rígido de aproximadamente 10cm e quatro ímãs de neodímio de aproximadamente 16mm de diâmetro (ligeiramente maior que o diâmetro da pilha). Consiste em moldar o fio de cobre em formato de arco, curvar levemente as duas pontas para facilitar o contato com os ímãs posicionar dois ímãs em cada polo da pilha (com o mesmo polo voltado para a pilha) e encostar as pontas desencapadas do fio em forma de arco nos ímãs acoplados nos polos da pilha. O efeito observado será a pilha girando ao redor do seu próprio eixo, como o arco estará em contato com a superfície, uma força será gerada e a pilha irá se deslocar pela superfície.

Figura 26 - Experimento carrinho homopolar.

Fonte: Produzido pelo autor.

Resposta a: “ele se desloca para a frente, por causa da corrente elétrica que magnetiza e faz se mexer”.

Resposta b: “a pilha andou com o fio, eu acho que isso aconteceu por causa da magnetização”.

Resposta c: “o conjunto começou a se mover, pois a ddp gerou uma corrente elétrica que criou um campo magnético fazendo a pilha mexer.”.

Resposta d: “a pilha começa a se movimentar junto com o arco, parecendo um balanço”.

Como todas as duplas de estudantes conseguiram realizar o experimento sem maiores problemas, as respostas seguiram a mesma linha citando o que acontece no experimento, mas deixando vago ou respondendo de forma muito abrangente o que acreditava ser responsável pelo efeito observado, como na resposta b onde o estudante afirma que “eu acho que isso aconteceu por causa da