Desenvolvimento do Produto Educacional

Compreendendo a necessidade de os alunos desenvolverem competências para lidar com equipamentos elétricos e compreenderem o princípio de funcionamento dos mesmos, como preconizado pelos PCNEM (BRASIL, 1999) e PCN+ (BRASIL, 2002), resolvemos buscar formas alternativas de apresentar o conteúdo eletricidade, ou mais especificamente, de

eletrodinâmica.

A partir do ano de 2011, quando passamos a lecionar em turmas do 3º ano do ensino médio, percebemos que as avaliações e atividades desenvolvidas junto aos alunos nos apresentavam um quadro de não compreensão dos estudantes acerca de conceitos básicos da eletrodinâmica, tais quais: corrente elétrica, resistência elétrica, voltagem, funcionamento de aparelhos elétricos e circuitos elétricos, dentre outros.

Assim, em 2011, buscamos alternativas, como o desenvolvimento de experimentos realizados pelos alunos, onde foram montados circuitos elétricos com geradores eletroquímicos (limões) e geradores eletromecânicos,

demonstrados nas figuras 1 e 2, respectivamente.

Figura 1 – Bateria de limões. Figura 2 – Iluminação por dínamo.

Já em 2012, pesquisamos por simuladores computacionais que permitissem a construção de circuitos elétricos virtuais. Essa busca foi motivada por um trabalho que já desenvolvíamos há algum tempo em sala de aula, com um software, o Educandus5, que contém diversas aulas

apresentadas em formato de slides, e alguns desses slides possuem animações de fenômenos físicos, conforme ilustra a figura 3. A rede de educação do estado de Pernambuco, assim como outras redes de ensino, é parceira da empresa detentora do referido software. Algumas das animações no Educandus têm parâmetros que podem ser alterados, outras, não.

Figura 3 – Aspecto da tela do Educandus.

Fonte:Arquivo do autor.

Na época, nossa intenção era encontrar algum software que mostrasse o comportamento da corrente elétrica em um circuito elétrico virtual, na medida em que eram alteradas a tensão da bateria e os tipos, a disposição e a quantidade de lâmpadas inseridas no circuito virtual. Nossa pesquisa acabou encontrando um software, o Crocodile Clips6 (vide figura 4), de modo que

baixamos a versão de demonstração do referido software, e assim desenvolvemos uma sequência de atividades em sala de aula.

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Informações sobre como adquirir o software Educandus podem ser obtidas em: http://www.educandus.com.br/.

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Informações sobre como adquirir o software Crocodile Clips podem ser obtidas em https://www.yenka.com/.

Figura 4 – Aspecto da tela software Crocodile Clips.

Fonte: Arquivo do autor.

Assim, ao longo dos anos seguintes, continuamos a desenvolver atividades experimentais com circuitos elétricos simples (pilhas, fios e lâmpadas) de forma associada com simulações computacionais de montagens de circuitos virtuais, até que no ano de 2015, conhecemos um site, que disponibiliza gratuitamente para download7 dezenas de simulações computacionais educacionais, denominado PhET (Physics Education Technology Project). Trata-se de um projeto de simulações interativas da Universidade do Colorado, fundado em 2002, por Carl Wieman, vencedor do Prêmio Nobel de Física. As simulações computacionais envolvem conteúdos das disciplinas de física, química, biologia e matemática.

Um dos simuladores PhET de física nos chamou a atenção: o “kit de construção de circuitos DC” (circuit construction kit – DC, em inglês), pois permitia montar facilmente circuitos elétricos virtuais simples, e de forma bastante interativa. Nesse simulador, é possível alterar diversos parâmetros físicos (tensão elétrica da fonte, resistência das lâmpadas e resistores, potência das lâmpadas), permitindo assim se observar virtualmente os efeitos provocados, através do uso de medidores virtuais de corrente elétrica, bem como a luminosidade das lâmpadas. Também é possível ver na simulação, o

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As simulações são disponibilizadas na página https://phet.colorado.edu/pt_BR/. Acesso em 10 de novembro de 2015.

fluxo de elétrons8 ao longo do circuito virtual. Quando a corrente elétrica virtual é alterada, ela é evidenciada pela mudança no fluxo das bolinhas que representam os elétrons na simulação.

Figura 5 – Aspecto da tela do simulador para circuitos elétricos PhET.

Fonte: Arquivo do autor.

Concomitantemente ao uso do simulador PhET9, trabalhávamos também a montagem real dos circuitos elétricos, usando pilhas, fios condutores e lâmpadas de LED ou pequenas lâmpadas incandescentes. Os estudantes realizavam essas montagens sobre mesas, de modo a conectarem os fios diretamente nos dispositivos, sem uma base que desse um melhor suporte para esses circuitos. Assim, mesmo que com essas montagens fosse possível para os alunos identificar as características dos circuitos elétricos e medir as grandezas físicas elétricas, não havia praticidade no processo de montagem nem rigidez no circuito para realizar uma melhor análise.

Assim, procuramos desenvolver uma plataforma de montagem de circuitos elétricos que fosse de fácil manuseio e que os dispositivos ficassem à mostra, para que os estudantes pudessem compreender a esquematização dos

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O professor deve estar atento para o fato de que na simulação, os elétrons são representados por bolinhas. É importante deixar claro para os alunos que se trata de uma modelagem.

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A partir de agora, o kit de construção de circuitos DC (versão baixada em 10 de novembro de 2015) será denotado pela sigla “KCC”.

circuitos. A ideia consistia em usar uma base, semelhante a uma protoboard10, mas de maiores dimensões físicas e que deixasse à vista o esquema da montagem do circuito elétrico. Em comparação com a protoboard, essa base teria um número reduzido de conexões, em quantidade suficiente para realizar montagens simples, com o objetivo de ajudar aos alunos a compreenderem as principais características dos circuitos elétricos, bem como compreender como se inter-relacionam as grandezas físicas: corrente elétrica, resistência elétrica e tensão elétrica, quando são alteradas as condições de montagem dos circuitos.

Figura 6 – Protótipo da tábua de montagem de circuitos elétricos.

Fonte: Arquivo do autor.

Nossa primeira plataforma para montagem de circuitos consistia de uma tábua de madeira, com 4 fileiras de pregos, onde as duas fileiras externas tinham seus pregos conectados através de fios, tal qual ilustrado na figura 6. Os elementos acessórios eram LEDs, que eram integrados ao circuito através de garras de jacaré presas aos pregos e uma fonte de tensão contínua (recarregador de bateria de celular com conexões adaptadas).

O objetivo da plataforma fora alcançado, entretanto às custas de muitos LEDs, que embora fossem fáceis de ser encontrados (retirados de um pisca- pisca natalino), por vezes não suportavam a tensão proporcionada pela fonte, algo em torno de 5 volts. Os únicos LEDs que suportavam eram os da cor azul, que operam regularmente com uma tensão próxima de 4 volts e corrente de cerca de 30 mA. Assim, buscamos aprimorar a plataforma de montagem de

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Protoboard: consiste em uma placa com pequenos orifícios que estão conectados internamente por condutores elétricos. Essa placa permite a montagem de circuitos elétricos experimentais.

circuitos e seus elementos acessórios (figuras 7 e 8), acrescentando ao kit fontes que disponibilizassem menor tensão e pequenas lâmpadas de uso automotivo, que suportam tensões da ordem de até 12 volts, além de resistores de cerca de 0,5 kΩ.

Figura 7 – Tábua para montagem de circuitos elétricos e lâmpadas.

Fonte: Arquivo do autor.

Figura 8 A – Conjunto de pilhas. Figura 8 B – Recarregador de celular.

Fonte: Arquivo do autor. Fonte: Arquivo do autor.