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RESUMO
O presente trabalho buscou apresentar a metodologia e as implicações do ensino
prático em Física baseado no pensamento de Skinner. A proposta foi aplicada em
quatro turmas do 3° ano do Ensino Médio, em uma instituição pública da cidade de
Anápolis, (Colégio Polivalente Frei João Batista). O tema principal era “resistores”, e
foi utilizado nos experimentos um material de baixo custo e fácil manuseio: a “matriz
de protoboard”. Para analisar o quanto esta metodologia pode contribuir na
atratividade e melhoria do desempenho em Física dos estudantes, foi aplicado um
questionário de opinião aos participantes, e também um comparativo entre as notas
da prova da “Turma A Controle” (sem experimento) e “Turma B Controle” (com
experimento). Os resultados apontaram que aulas acompanhadas com
experimentos levaram a uma melhor compreensão do conteúdo.
PALAVRAS-CHAVE: Ensino de Física, Aula Experimental, Aprendizagem.
ABSTRACT
This work shows a methodology and implications of practical teaching in
physics based on Skinner ideas. The educational proposal was prepared on
"resistors" and consists in a experimental activity using material of low cost and
easy handling: the "protoboard matrix". The experimental activities were
conducted in only one of them. With the purpose of evaluating the how this
methodology can contribute to the attractiveness and performance improvement
of students in physics, one opinion questionnaire was administered to the
participants, and also a comparison between the student test scores of the “class
A” (without experimental activity) and e “class B” (with application of educational
proposal). The results indicate that class which was accompanied with
experiments lead to a better understanding of the content and attractiveness.
KEY-WORDS: Teaching in physics, trial class learning.
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I. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS
O ensino de Física no Ensino Médio tem sido bastante discutido no que diz
respeito à sua contextualização, interdisciplinaridade e desenvolvimento de
competências(1)(2). Esta disciplina oferece subsídios para a formação de cidadãos
capazes de compreender, intervir e participar da realidade, articulando o
conhecimento científico a competências de outras áreas(3). Assim, seu aprendizado
deve contribuir não só para o conhecimento técnico e de procedimentos e
equipamentos do cotidiano social e profissional, mas também para propiciar a
construção de compreensão dinâmica de fatos naturais, da nossa vivência material,
de convívio harmônico com o mundo da informação, de entendimento histórico da
vida social e produtiva, e articulação de uma visão do mundo natural e social (4),(5).
Entretanto, é visível o sentimento de insatisfação e desinteresse por parte dos
alunos em relação a esta área do conhecimento, ainda mais quando a única
ferramenta de transmissão de conteúdos é o quadro negro (6). Assim, o aluno tende a
apresentar fracas conexões entre os conceitos ensinados e o cotidiano, com
concepções triviais e não cientificas de como o mundo natural funciona,
apresentando-se acrítico e sem capacidade de aplicar os conhecimentos em novos
contextos(7). Esta forma dos estudantes lidarem com a Física também reflete nos
baixos resultados obtidos por estes(8).
Uma forma de otimizar o processo ensino-aprendizagem desta disciplina é
trazer fatos do cotidiano para a sala de aula. Esta ação pode permitir que os
estudantes tenham uma visão clara e mais detalhada do assunto lido no livro
didático ou assistido em uma aula expositiva (5). Assim, por meio da contextualização
daquilo que é ensinado, a Física seria um meio, e não um fim, para a compreensão
do mundo (3).
Tal como Piaget indica, o conhecimento só é possível quando o sujeito e o
objeto relacionam-se, aquele agindo sobre este(9). Outro autor que defende a prática
de experiências em sala de aula, John Dewey, afirma que o que se aprende
“isoladamente”, de fato não se aprende. Tudo deve ser estimulado, tendo em vista o
seu uso e sua função na vida(10).
Para articular o ensino teórico aos fatos do cotidiano, o uso de experimentos
como elementos motivadores do processo ensino-aprendizagem é bastante
válido(11). Para Skinner, a aprendizagem está relacionada à eficiência na
3
organização das condições estimuladoras da aprendizagem. Assim, o educador
deve modelar as respostas aos seus objetivos buscando conseguir, através da
tecnologia educacional, o comportamento adequado, ou seja: que o estudante tenha
condições de modificar conceitos que já compreendido(12).
Neste contexto, a proposta de Skinner baseia-se no condicionamento
operante, onde um organismo está em processo de “operar" sobre o ambiente,
servindo então de pretexto para a organização de atividades escolares que se
baseiam em estimular o aluno. Os pensamentos de Skinner se torna presente neste
trabalho, quando se diz respeito a um método tradicional de ensinar, com grande
quantidades de resolução de exercícios repetitivos, e como estimo o mesmo Será
contemplado com aulas de caráter experimental, de forma despertar mais interesse
e reforço dos conteúdos ali explanados.
Considerando as discussões até agora estabelecidas, este artigo tem o intuito
de apresentar a metodologia e as implicações do ensino prático em Física, a partir
do trabalho desenvolvido na cidade de Anápolis, Goiás, no Colégio Polivalente Frei
João Batista, em quatro turmas do 3° ano do Ensino Médio. Em duas turmas, 3°C e
3°E foram apresentados experimentos cujo tema era “resistores”, desenvolvidos a
partir da utilização de material de fácil manuseio e baixo custo: a matriz protoboard,
ou de contato, nas turmas A e B, os estudantes tiveram aulas de forma tradicional.
A escolha do tema se deu, principalmente, pelo fato de que as aulas que
abrangem este conteúdo geralmente acontecem através de aulas expositivas e
representações gráficas que exigem alto grau de abstração por serem muito
diferentes dos dispositivos em questão.
Na seção 2 é apresentado um referencial teórico sobre corrente elétrica,
resistores e matriz de contato. A etapa seguinte contém a metodologia e
procedimentos utilizados na referida escola. Na seção 4, são apresentados os
resultados de um questionário diagnóstico, pontuando a opinião dos alunos a
respeito das atividades realizadas na escola, assim como uma análise estatística
entre as notas das turmas que participaram dos experimentos e daquelas que não
foram contempladas com esta metodologia. Na quinta seção, fez-se a análise e
considerações finais acerca do projeto, discutindo os dados referentes ao
desempenho dos 144 alunos participantes.
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II REFERENCIAL TEÓRICO
II.1. Corrente elétrica
A grandeza escalar corrente elétrica se caracteriza por um fluxo de partículas
portadoras de cargas elétricas que se movimentam de uma região para outra, em
um condutor. A corrente só se faz necessária quando ao condutor é estabelecido um
campo elétrico, o qual
as cargas são submetidas a uma força elétrica que as
conduzirá de forma desordenada, recebendo o nome de movimento de deriva das
cargas livres. O valor numérico da corrente eletrica i é caracterizado pela razão entre
o módulo da quantidade de carga ∆Q que passa por uma secção tranversal, em uma
fração de tempo ∆t (13).
(01)
No Sistema Internacional Unidades (SI), a corrente elétrica é medida em
ampèrê (A), nome este em homenagem ao Cientista francês André Marie Ampère
(1775-1839).1A Ampère corresponde a um coulomb por segundo: 1A = 1C/s.
II.2. Resistores
O resistor é um dispositivo elétrico, cuja função é resistir à passagem de
corrente elétrica. A unidade utilizada pelo SI para aferir resistência é ohm, tendo
como simbologia a letra grega Omega (Ω)(13).
Existem resistores elétricos de vários tamanhos, tipos e potências. A adoção
destes dependerá do objetivo de uso. Em um circuito eletrônico, o resistor tem a
função de operar com o menor fornecimento de calor possível, sendo sua função
básica a queda de tensão em partes de um circuito, sem provocar a queda de
corrente elétrica. Este tem como matéria-prima o carvão ou a cerâmica. Para a
função de efeito joule, ou seja: conversão de energia elétrica em térmica, é utilizado
um resistor espiralado, muito comum em chuveiros e ferros de passar roupa, cuja
função é converter energia elétrica em térmica(13). A figura 1 mostra os dois tipos de
resistores e sua representação pictória.
5
Figura 1. Resistor de circuito elétrico, resistor que causa efeito joule e representação gráfica.
II.3. Matriz de Contato Protoboard
A protoboard é utilizada para fazer montagens provisórias, teste de projetos,
entre outras utilidades. Ela é composta por uma base plástica, contendo numerosos
orifícios, o que facilita a inserção de terminais de componentes eletrônicos.
Internamente, existem ligações metálicas em série nos orifícios, permitindo
interligações entre eles. Este dispositivo é de fácil manuseio devido aos
componentes serem facilmente retirados, sem a utilização de soldas, permitindo
assim novas montagens(14).
A imagem abaixo (figura 2) ilustra uma matriz de
contato utilizado no trabalho.
Figura 2. Matriz de contato de 830 furos.
Esta matriz dispõe de dois pares de linhas na horizontal, de coloração azul e
vermelha. Estas podem ser utilizadas para a alimentação do circuito, e por isso
possuem os símbolos de positivo (+) e negativo (-)(15).
As
filas
verticais
da
placa
são
interligadas
entre
si,
e
possuem
dimensionamento próprio para a montagem dos circuitos, além de serem
organizadas em números e letras, facilitando a localização dos orifícios(16). Para
melhor entendimento da interligação dos orifícios da placa, segue abaixo a figura 3,
que traz a sua parte inferior.
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Figura 3. Imagem das ligações dos orifícios da placa.
A matriz em geral possui uma boa resistência mecânica, conferindo uma boa
durabilidade. Sua fabricação é de metal flexível, a qual pode ser restaurada em caso
de rompimento ou deformação dos orifícios(14). A imagem abaixo (figura 4) apresenta
contatos transversais e longitudinais da matriz.
Figura 4. Contatos transversais e longitudinais.
Os contatos são constituídos de berílio-cobre, banhados em prata-níquel. Há
também modelos banhados a ouro, o que aumenta a durabilidade em função da não
oxidação, e cuja flexibilidade do material permite o encaixe de vários calibres de
fio(15). As imagens a seguir (figura 5 e 6) ilustram graficamente montagem de
pequenos circuitos de resistores na matriz.
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Figura 5. Exemplos de Circuitos Simples na Matriz de Contato.
Figura 6. Exemplo de Curto-Circuito.
III. PROCEDIMENTOS
As aulas foram ministradas na Escola Polivalente Frei João Batista, na
cidade de Anápolis, Goiás, no ano de 2013. No terceiro bimestre, estas foram
trabalhadas de forma tradicional nas quatro turmas participantes do projeto: 3º A, B,
D e E, contabilizando 24 aulas. Para facilitar as análises estatísticas, turmas serão
identificadas, a partir de agora, da seguinte forma: 3°A e B: “Turma A Controle”; 3°C
e E: “Turma B Controle”.
Na parte seguinte do trabalho, no quarto bimestre, a Turma B Controle foi
contemplada com aulas de caráter teórico e também experimental, totalizando
também 24 aulas; enquanto na Turma A Controle, estas continuaram sendo
ministradas através de exposição oral.
Os estudantes pertencentes à Turma B Controle foram divididos em 4 grupos
com sete integrantes cada, sendo este critério adotado devido à restrição dos
equipamentos (quatro kits, cada um contendo um multímetro, uma matriz, doze
resistores de valores nominais diferentes, duas agulhas para desviar a corrente de
modos fazer uma ligação em serie com o amperímetro, e duas pilhas.
Os momentos teóricos foram ministrados no início de cada aula, tendo como
recurso o quadro branco. Estes tinham como objetivo apresentar o conteúdo que
seria trabalhado os teóricos com os kits de aula prática, relacionando as simbologias
8
desenhadas aos materiais que seriam utilizados. A figura 7 apresenta um destes
momentos.
Figura 7. Demonstração teórica do tema.
III.1. Criando circuitos em uma matriz de contato
Nas aulas iniciais, os alunos aprenderam a manusear a matriz de contato e o
multímetro digital. Buscou-se a compreensão destes quanto à forma com se que
interliga os orifícios da matriz e, em relação ao multímetro, e o entendimento de suas
três funções básicas: ohmímetro, voltímetro e amperímetro.
Alguns exercícios foram organizados de modo que o aluno teria um contato
com o aparelho, enfatizando a verificação das resistências por código de cores. Em
seguida, sugeriu-sea montagem de circuitos na matriz o que possibilita, com o uso
multímetro digital para a função ohmímetro, verificar a resistência equivalente, e
também a resistência individual de cada resistor no circuito.
Quanto à função voltímetro, a placa foi alimentada por duas pilhas em série
de descrição nominal 1,5V cada uma, possibilitando o aluno verificar as tensões nos
extremos e as tensões individuais para cara resistor.
Com a montagem de três circuitos em uma matriz de 840 furos, os alunos
mensuraram, com o multímetro, a tensão nos extremos de uma associação em série
de três resistores iguais (figura 8). Assim, pôde ser comprovado o valor da tensão
das duas pilhas em série que alimentaram a matriz.
9
Figura 8. Tensão para três resistores em série.
III.2. Associação de resistores em série e paralelo
A partir da décima aula, os alunos apresentaram aptidão para transpor uma
infinidades de circuitos na matriz, e um boa habilidade com o multímetro. Através
dos exercícios propostos, os participantes puderam observar uma corrente única
para todos os resistores ligados em série, e uma distribuição proporcional para
aqueles liigados em paralelo. Quanto à tensão aplicada na placa contendo duas
pilhas em série de 1,5V, eles observaram, claramente, que na associação em série
as tensões se dividem proporcionalmente às resistências, enquanto na associação
em paralelo, ela é distribuída uniformemente para cada resistor.
A figura 9 apresenta três resistores iguais associados em série, cuja tensão
foi medida somente em dois deles. A partir destes, os grupos comprovaram que a
subdivisão das tensões foi proporcional aos dois resistores em série, utilizando um
multímetro digital na função voltímetro.
Figura 9. Tensão para dois resistores de uma serie de três resistores
10
III.2.1. Ponte de Wheatstone
A partir da décima segunda aula, apresentou-se aos alunos circuitos com
maior grau de dificuldade. Assim, a partir do estudo de associações de resistores em
série e em paralelo, trabalhou-se o tema “ponte de Wheatstone”. Nesta proposta, os
grupos resolveram uma espécie de quebra-cabeça: a montagem de uma ponte de
Wheatstone, utilizando dois resistores em série ligados paralelamente a outros dois
outros, também em série (todos de mesmo valor nominal, comprovado por código de
cores).
A ponte possuía dois pontos de potenciais iguais, sendo ligado a eles um
amperímetro, permitindo a constatação da não passagem de corrente, ou seja: o
equilíbrio da ponte. A figura 10 representa a ponte descrita onde, para se mensurar
a corrente nula, foram utilizadas duas agulhas. O emprego destas facilitou a leitura
do amperímetro por proporcionar uma ligação em série com este dispositivo.
Figura 10. Ponte de Wheatstone em equilíbrio.
IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Foi visível a participação e o interesse dos alunos durante a realização dos
experimentos, sendo perceptível que estes acreditam que tal abordagem é uma boa
maneira de facilitar o processo de aprendizagem.
Para verificar, formalizar e analisar o ponto de vista dos estudantes acerca da
metodologia adotada, foi solicitado aos estudantes da Turma A e B Controle o
preenchimento individual de um questionário contendo quatro questões objetivas.
A primeira questão tinha como objetivo quantificar o nível de importância que
as aulas com experimentos têm para os estudantes. O gráfico 1 aponta que a
11
maioria dos alunos (76,7%) consideram que esta forma de ensinar é muito
importante. O restante (23,3%) afirmou que esta abordagem é importante.
Gráfico 1.
A questão 2 busca identificar o impacto da abordagem experimental nas aulas
de Física. Assim, o gráfico 2 aponta que a maioria dos estudantes percebe pontos
positivos: 61,9% confirmam uma melhor compreensão dos conteúdos e 32,3%, um
maior interesse pela disciplina. É importante, frisar que 2,8% dos alunos acredita
que houve um maior desinteresse pela disciplina e 1,8% afirma que não houve
mudança na sua percepção deste conteúdo.
Gráfico 2.
Quanto ao que o educando sugere, visando melhorias nas aulas de Física na
escola (questão 3), a maioria (43%) afirma que o aumento na quantidade de aulas
experimentais seria necessário para atingir este objetivo.
As respostas “estou
12
satisfeito” e “aulas com vídeos e animações” foram marcadas pela mesma
quantidade de pessoas, correspondendo a 13,8%. Alguns estudantes (10,1%)
sugeriram “aulas fora da sala de aula”, e 7,3%, “maior divulgação dos experimentos”.
Feiras de Ciências também foram sugeridas (5,5%), assim como o aumento na
quantidade de exercícios resolvidos em sala (2,7%).
Gráfico 3
O último gráfico, de número 4, aponta a indisposição física/emocional como o
principal fator que desmotiva os estudantes a frequentarem a escola (37,5% das
respostas), seguido do desinteresse por partes dos professores (36,4%). As outras
respostas se referem ao transporte (13,4%), excesso de tarefas propostas pelos
professores (9,3%), e ausência de uma boa relação entre escola e comunidade
(7,1%).
Gráfico 4.
13
Apesar dos questionários apontarem que os estudantes, em sua maioria,
vêem como positiva a adoção de experimentos nas aulas de Física, percebeu -se
a necessidade de analisar se esta metodologia, além de propiciar uma maior
atratividade em relação ao conteúdo proposto, também permitiu maior aquisição
de conhecimentos por parte dos envolvidos.
Neste contexto, foi aplicada uma prova com conteúdo de Física para as
Turmas A e B Controles, com conteúdo do terceiro bimestre antes do inicio do
projeto. As médias foram 4,87 ± 2,01, e 4,82 ± 2,14, respectivamente. Aplicando
o teste t-student usando o software R, encontramos t = 0,1383, com p = 0,4451.
Logo, podemos afirmar que, estatisticamente, as duas turmas tiveram médias
iguais, com nível de significância de 1%.
No quarto bimestre o mesmo conteúdo foi dado em ambas as salas mas, na
turma B, este foi trabalhando utilizando-se os experimentos. Ao final do bimestre, a
turma A (sem experimento) obteve média de 3,54 ± 1,95. Já a turma B (com
experimento) obteve média de 4,29 ± 1,82. Aplicando o teste t-student, o resultado
foi o seguinte: t = -2,3646 com p = 0,009. Desta forma, podemos afirmar
estatisticamente que a média da Turma A Controle foi menor do que a da Turma B
Controle, considerando um nível de significância de 1%.
Os resultados das médias indicam de que aulas acompanhadas com
experimentos levam a uma melhor compreensão dos conteúdos. Outro indicativo de
que as aulas com experimentos ajudam na compreensão dos alunos pode ser visto
na Figura 11:
Figura 11.Boxplot das avaliações das turmas A e B, antes de depois dos experimentos.
14
Na figura, é observável que a amplitude interquartílica da Turma B (com
experimento) é muito menor que a Turma A (sem experimento). Esta menor
amplitude interquartílica indica que na turma B temos 50% das notas entre 4,0 e 6,0,
enquanto que na Turma A (sem experimento), os valores estão entre 2,0 e 6,0.
Outro fato interessante de observar é que a mediana na Turma B (com
experimento) é maior do que a Turma A (sem experimento). Também pode ser
ressaltado que a Turma B (com experimento) obteve maior índice de notas muito
acima da média e também muito abaixo da média, de acordo com os outliers acima
e abaixo do boxplot da Turma B (com experimento), o que não acontece em nenhum
dos outros boxplot.
Considerando as questões pontuadas, a pesquisa nos mostra indícios de
maior atratividade por parte dos estudantes. Neste contexto, percebe-se que tal fato
está relacionado a outros fatores positivos, como uma possibilidade de maior
compreensão dos conteúdos e outras questões como a redução da indisciplina e da
evasão, e o aumento das notas, comprovado pela análise das médias.
Como houve relevante quantidade de respostas que sugerem outros pontos
para que as aulas de Física sejam melhores, percebe-se que os estudantes, de
forma geral, estão poucos satisfeitos com aulas focadas na exposição oral dos
conteúdos. O reflexo disto inclui a indisposição dos alunos em frequentar as aulas,
que também tende a interferir na disposição do professor em sua prática
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