Revista Brasileira de Ensino de Fısica, v. 35, n. 2, 3501 (2013)www.sbfisica.org.br

Desenvolvimento em Ensino de Fısica

Construcao de conceitos de eletricidade nos anos iniciais

do Ensino Fundamental com uso de experimentacao virtual(Construction of concepts of electricity in the early grades of elementary school with the use of virtual experiments)

Sorandra Correa de Lima1, Eduardo Kojy Takahashi2

1Instituto de Fısica, Universidade Federal de Uberlandia, Campus Monte Carmelo, Monte Carmelo, MG, Brasil2Instituto de Fısica, Universidade Federal de Uberlandia, Uberlandia, MG, Brasil

Recebido em 23/5/2012; Aceito em 21/2/2013; Publicado em 9/9/2013

Neste trabalho, desenvolvemos e aplicamos uma metodologia de ensino para criancas do quarto ano do EnsinoFundamental, com o objetivo de viabilizar o inıcio da construcao de alguns conceitos de eletricidade a partir douso de um experimento virtual. A analise do desenvolvimento das concepcoes dos estudantes, durante as ati-vidades realizadas, mostrou que a experimentacao virtual propiciou o desenvolvimento de algumas capacidadescognitivas e exibiu indıcios de formacao dos conceitos em nıvel formal.Palavras-chave: aquisicao de conceitos, eletricidade, experimentacao virtual, Ensino Fundamental.

In this paper, we report the development and application of a methodology for teaching electricity conceptsto children attending the fourth year of elementary school, with the aim of starting the construction of someconcepts related to this topic by using a virtual experiment. The analysis of the evolution of the student’sconcepts while they were performing the programed tasks showed that the virtual experimentation led to thedevelopment of some cognitive skills and provided evidences of concept formation in the formal level.Keywords: concept acquisition, electricity, virtual experimentation, elementary school.

1. Introducao

Pensamos que a dificuldade que a maioria dos adoles-centes comeca a exibir no Ensino Medio em relacao aaprendizagem de conceitos de fısica poderia ser mini-mizada pela introducao de conceitos especıficos dessaarea ja nos primeiros anos do Ensino Fundamental.

No entanto, o inıcio da apresentacao de conceitos defısica no Ensino Fundamental aparece englobado dentroda disciplina denominada ciencias, sendo a mesma leci-onada por um unico professor que, em geral, nao possuiuma formacao adequada em fısica [1]. Este fato parecejustificar a manutencao do ensino centrado na biolo-gia, com enfase para a descricao do corpo humano e arelacao do homem com o meio ambiente, enquanto osconteudos de fısica, quando apresentados, tendem, mui-tas vezes, a reforcar a conceituacao estabelecida pelosenso-comum.

Schroeder [2] conclui que tornar as aulas de fısicacomo regra, e nao como excecao, nas quatro primeirasseries do Ensino Fundamental, pode contribuir signi-ficativamente na melhoria da qualidade do ensino deCiencias que se oferece as criancas nas escolas brasilei-ras. O autor discute, ainda, a importancia do professor

de ciencias em propor desafios e garantir que todas ascriancas participem das atividades, das discussoes e, as-sim, sejam capazes de expor suas proprias conclusoes,com base em argumentos logicos e nas evidencias dis-ponıveis.

De acordo com Lima e Grillo [3, p. 117],

os conteudos selecionados para o ensino deciencias precisam levar em conta pelo me-nos tres condicoes: 1) a possibilidade decontribuir para a insercao do estudante nodiscurso contemporaneo, impregnado de in-formacoes cientıficas e tecnologicas; 2) acapacidade de favorecer o reconhecimentoda realidade social e cultural do estudante,da escola e da comunidade para os quaiso currıculo e dirigido; 3) a competenciade propiciar elementos para a qualificacaoda vida nao so em sentido escrito mas,tambem, coletivo.

O tema “eletricidade” atende satisfatoriamente es-sas tres condicoes, estando tao presente no cotidiano,que se torna difıcil identificar equipamentos, proces-sos ou atividades humanas que nao se utilizem, direta

1E-mail: sorandra@infis.ufu.br.

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ou indiretamente, de alguma propriedade eletrica oueletronica.

Entretanto, consideramos que nao basta a inclusaode conceitos e fenomenos de fısica nos currıculos es-colares; torna-se necessaria a incorporacao, na praticapedagogica, de atividades que estimulem o estudante aconstruir e associar tais conhecimentos e que o induzaa gostar e procurar discutir fısica.

Nesse sentido, a utilizacao de experimentos virtuaisqualitativos aparece como um recurso promissor, pois,ao mesmo tempo em que desperta a atencao do estu-dante para a materia de ensino, ainda potencializa aaprendizagem por descoberta orientada [4], favorecendoo estabelecimento de habilidades e competencias cogni-tivas (observar criticamente, elaborar e testar hipoteses,refletir e generalizar) [5].

Alem disso, face ao elevado numero de alunospor sala, a pouca disponibilidade de laboratorios deCiencias e a formatacao rıgida das aulas no ensinobasico [6], as experimentacoes virtuais constituem es-trategias didaticas viaveis para permitir a analise defenomenos fısicos de forma semelhante a realizada emlaboratorios reais, com a reducao dos custos de im-plantacao e manutencao desses laboratorios para as es-colas [7-8].

Em nosso trabalho, o uso de artefatos virtuais aoinves de artefatos reais teve, ainda, a intencao de agre-gar a atracao do aluno pelo computador a promocaoda sua autonomia para testar ideias utilizando regrase estruturas pre-definidas, alem de propor alternativaspara o uso do laboratorio de informatica da escola.

Assim, desenvolvemos e aplicamos uma metodolo-gia de ensino para criancas do quarto ano do EnsinoFundamental (9 a 11 anos de idade), com o objetivode viabilizar o inıcio da construcao de alguns concei-tos de eletricidade a partir do estudo do funcionamentode uma lampada eletrica, em funcao da associacao dediferentes elementos no circuito eletrico em que ela seencontra conectada e utilizando um experimento virtualqualitativo para observar o comportamento eletrico dalampada. A aplicacao dessa metodologia foi realizadaem uma escola publica do municıpio de Uberlandia.

2. Fundamentacao teorica

De acordo com Bento [9], a aprendizagem de Cienciasdeve comecar nos primeiros anos da escolaridade, masa abordagem inicial dos conteudos cientıficos deve serfeita de forma exploratoria, conectada ao que os alu-nos conhecem do seu cotidiano e de maneira a iniciar asistematizacao desses saberes e experiencias vivenciaispara permitir aprendizagens mais complexas posterior-mente.

Para potencializar a exploracao do novo conheci-mento, utilizamos um software que permite a simulacaode uma atividade experimental no computador e aoqual denominamos experimentacao virtual.

Adotamos a concepcao construtivista de experi-mentacao, na qual “as atividades sao organizadas apartir do conhecimento previo dos estudantes, sendoos experimentos desenvolvidos na forma de proble-mas ou testagem de hipoteses” [10], em contraposicaoas concepcoes demonstrativa, empirista-indutivista, oudedutivista-racionalista do laboratorio didatico [10].

O uso da experimentacao (real ou virtual) permite odesenvolvimento de um tipo de aprendizagem que Au-subel, Novak e Hanesian [4] classificam de aprendizagempor descoberta orientada, na qual o aprendiz deve desco-brir parte do conteudo a ser aprendido sob a orientacaodo professor.

Para esses autores, existem dois metodos gerais deaquisicao conceitual: formacao de conceitos, que ocorreprincipalmente nas criancas mais novas, na fase pre-escolar e assimilacao de conceitos, que e a forma domi-nante de aprendizagem nas criancas em idade escolar enos adultos.

O processo de formacao de conceito e um tipo deaprendizagem por descoberta, pois os atributos es-senciais sao adquiridos pela percepcao, por meio deexperiencias empırico-concretas, envolvendo processospsicologicos como: analise discriminativa, abstracao,diferenciacao, formulacao, teste de hipoteses e gene-ralizacao [4, p. 87]. Os conceitos formados por es-ses processos sao denominados conceitos primarios. Amaioria das informacoes necessarias a formacao de umconceito provem de situacoes de laboratorio (vivencialou didatico), em qualquer fase da vida de uma pessoa.

A assimilacao conceitual e a aprendizagem de novosconceitos em contato com seus atributos essenciais, coma capacidade de relacionar, diferenciar e integrar essesatributos a ideias relevantes estabelecidas na estruturacognitiva. Os conceitos formados por esses processospsicologicos sao denominados conceitos secundarios [4,p. 87].

A metodologia que desenvolvemos propicia o inıcioda ocorrencia de ambos os tipos de aprendizagem con-ceitual: a formacao de conceito de forma orientada esistematica durante as atividades experimentais pro-gramadas e a assimilacao de conceito, pela recepcaode novos conhecimentos, pelos estudantes, durante odesenvolvimento das discussoes coletivas efetuadas.

Devido ao nıvel escolar do publico-alvo de nossotrabalho, preocupamo-nos essencialmente com o inıcioda formacao dos conceitos “energia eletrica”, “correnteeletrica”, “isolante eletrico”, “condutor eletrico” e “cir-cuito eletrico”.

Relativo a formacao de conceito, Klausmeier [11]descreve um modelo analıtico e descritivo, que mos-tra como um mesmo conceito e construıdo ao longodo tempo, desde as primeiras experiencias ate a ado-lescencia. O autor apresenta quatro nıveis de desen-volvimento: nıvel concreto, nıvel de identidade, nıvelclassificatorio e nıvel formal.

Cada nıvel de desenvolvimento conceitual de Klaus-

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meier apresenta operacoes mentais especıficas e em or-dem hierarquica, na qual a complexidade cresce do nıvelconcreto ao nıvel formal e, para se passar de um nıvelpara o seguinte, o nıvel anterior deve ter sido satisfeitoe novas operacoes mentais sao requeridas. As operacoesmentais inerentes a cada nıvel sao:

Nıvel concreto: prestar atencao a um objeto, dis-crimina-lo de outros objetos, representa-lo como umaimagem ou traco e manter a representacao (lembrar).

Nıvel de identidade: reconhecer um mesmo objeto apartir de diferentes perspectivas ou de diferentes aspec-tos sensoriais (discriminar varias formas de um mesmoobjeto de outros objetos) e generalizar as formas equi-valentes desse mesmo objeto.

Nıvel classificatorio: generalizar que dois ou maisexemplos sao equivalentes e pertencem a mesma classede coisas, diferenciar exemplos e nao exemplos, massem saber definir o rotulo conceitual e a base da classi-ficacao.

Nıvel formal: discriminar atributos da classe, adqui-rir e lembrar os nomes de atributos, identificar exemplose nao exemplos com base nos atributos definidores.

Segundo Klausmeier, muitos conceitos sao formadosnos nıveis concreto e de identidade antes do inıcio da es-colarizacao e nos nıveis classificatorio e formal, durantea fase inicial da escolarizacao.

Interpretando todas essas ideias de aquisicao e de-senvolvimento conceitual, podemos integrar os proces-sos psicologicos envolvidos na formacao de conceitos,segundo Ausubel, aos nıveis de desenvolvimento con-ceitual de Klausmeier e propor uma taxonomia de

Ausubel-Klausmeier sobre a aquisicao e desenvolvi-mento de um conceito, como apresentada na Tabela 1.

Essa taxonomia foi utilizada como referencial emnossas analises da aquisicao e desenvolvimento de cadaconceito trabalhado em nossa metodologia de ensino.

3. Metodologia de pesquisa

O campo de investigacao foi uma turma de 34 alu-nos do quarto ano do Ensino Fundamental de umaescola publica situada na periferia do municıpio deUberlandia-MG, composta de 10 meninas e 24 meni-nos com idades de 9 a 11 anos. Essa quantidade dealunos variou durante o desenvolvimento dos trabalhos,em funcao das faltas de alguns alunos as aulas.

As atividades foram desenvolvidas em nove aulasde 50 minutos cada, sendo que todas elas foram regis-tradas em audio e vıdeo e todas as falas dos alunos edos pesquisadores foram transcritas, preservando-se aomaximo suas caracterısticas originais. Para esta trans-cricao, adaptamos um codigo [12] (Apendice) contendoas convencoes utilizadas para registrar as falas e aspec-tos nao verbais percebidos nos dialogos. Alem disso,utilizamos pseudonimos no lugar dos nomes verdadei-ros dos alunos durante a transcricao dos dados.

Embora a professora da turma tivesse incluıdo umconteudo de eletricidade em seu planejamento da dis-ciplina, ela nao tinha a intencao de aborda-lo, por naosaber como proceder. Desta forma, os estudantes naotiveram contato algum com o tema antes de nossa in-tervencao na escola.

Tabela 1 - Taxonomia de Ausubel-Klausmeier sobre a aquisicao e o desenvolvimento de um conceito.

Nıvel de aquisicao e desenvolvimento de um conceito Processos psicologicos envolvidosFormacao de conceito em nıvel concreto Abstracao dos atributos mais elementares de um conceito primarioFormacao de conceito em nıvel de identidade Representacao do conceito primario sob diferentes perspectivas visuaisFormacao de conceito em nıvel classificatorio Analise discriminativa de diferentes padroes de estımulo

Formacao de conceito em nıvel formal

Formulacao de hipoteses sobre os elementos comuns abstraıdos do con-ceito primarioTestagem das hipoteses em situacoes especıficasSelecao de uma categoria geral, ou de um conjunto de atributos comunsdas hipoteses confirmadasIntegracao dos atributos formados do conceito primario a ideias rele-vantes presentes na estrutura cognitivaDiferenciacao do novo conceito de outros conceitos previamente apren-didosGeneralizacao dos atributos criteriais do novo conceito para todos osmembros da classeRepresentacao do novo conteudo por um sımbolo de linguagem consis-tente com o uso convencional

Assimilacao de conceito em nıvel formalIntegracao dos atributos recebidos do conceito secundario simples aideias relevantes presentes na estrutura cognitivaIntegracao dos atributos recebidos do conceito secundario complexo aideias relevantes presentes na estrutura cognitiva

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Em relacao a metodologia de ensino desenvolvida,identificamos, inicialmente, o conhecimento previo dosestudantes sobre eletricidade; utilizamos esse conheci-mento para selecionar um organizador previo do as-sunto que seria abordado, que partisse do conhecimentoempırico dos estudantes e introduzisse as nocoes deeletricidade desejadas; propusemos atividades desafia-doras (problematizacoes) com base nos conhecimentosprevios dos estudantes e nas capacidades cognitivas es-peradas, para serem resolvidas com o auxılio do expe-rimento virtual e procuramos estimular reflexoes dosestudantes acerca de diversos aspectos relacionados aosconteudos abordados, consolidando-as ao final das ati-vidades.

No desenvolvimento dessas atividades, procuramosidentificar a construcao e o desenvolvimento das ideiasdos estudantes relativas a “energia eletrica”, “correnteeletrica”, “isolante eletrico”, “condutor eletrico” e “cir-cuito eletrico”, com base na taxonomia de Ausubel-Klausmeier, e a influencia da experimentacao virtualno processo de construcao inicial desses conceitos, combase na identificacao das capacidades cognitivas queo uso dessa experimentacao proporcionou a aquisicaoconceitual.

Nesse sentido, nossa metodologia de ensino consistiude tres etapas: a primeira foi a realizacao de atividadesde identificacao do conhecimento previo dos alunos; asegunda, foi a aplicacao dos experimentos virtuais e aterceira, a consolidacao da etapa instrucional.

As atividades com os experimentos virtuais foramrealizadas no laboratorio de informatica da escola e asdiscussoes coletivas, coordenadas pelos pesquisadores,ocorreram na sala de aula, com a presenca da profes-sora da turma.

Descreveremos a seguir, as atividades desenvolvidasem cada uma dessas etapas.

3.1. Primeira etapa: Identificacao do conheci-mento previo dos estudantes

Na primeira aula, realizamos uma entrevista semi-estruturada a cada um dos estudantes para investigaro conhecimento dos mesmos sobre cada rotulo concei-tual que seria trabalhado na experimentacao e sobre ofuncionamento de uma lampada incandescente.

A professora da turma liberava aluno por aluno paraa realizacao da entrevista com os pesquisadores, emuma sala reservada, enquanto ministrava sua aula nor-malmente aos demais estudantes.

Perguntamos, basicamente, se eles sabiam o queera “energia eletrica”, “circuito eletrico”, “condutoreletrico”, “isolante eletrico”, “corrente eletrica”, comouma lampada incandescente produzia luz, o que acon-tecia quando a lampada deixava de funcionar e o que

acontecia se ligassemos uma lampada de lanterna emuma, duas ou mais pilhas. As perguntas foram condu-zidas para que o aluno tivesse clara compreensao acercado que estava sendo questionado e para obter a melhorresposta possıvel a questao.

Em seguida, aplicamos um pre-teste em formade questionario, contendo questoes relacionadas aosrotulos conceituais em questao.

Os resultados dessa etapa serviram para selecionar oorganizador previo, na forma de vıdeo, que foi utilizadono inıcio da metodologia.

3.2. Segunda etapa: Aplicacao das atividadesinstrucionais

Na 2a aula, apresentamos um vıdeo de aproxima-damente cinco minutos, utilizado como organizadorprevio, denominado “Eletricidade e Condutores”,2 dis-ponibilizado livremente na internet, no qual uma equipede atores se caracteriza de cientistas malucos e realizauma experiencia, utilizando uma bobina de Tesla e di-versos materiais do cotidiano, como lampadas de fila-mento e a gas, luz, agua, prato de metal, borracha e ocorpo humano, para mostrar o comportamento eletricodesses materiais. O vıdeo enfatiza os conceitos “condu-tor eletrico”, “isolante eletrico” e “circuito eletrico”.

Durante a apresentacao do vıdeo nao houve a in-terferencia dos pesquisadores em momento algum. Noentanto, apos a sua exibicao, foi promovida uma dis-cussao com a turma (2a e 3a aulas), para obter maisinformacoes sobre as concepcoes dos estudantes acercada eletricidade, as quais foram aproveitadas posterior-mente nas atividades experimentais.

Em relacao ao uso da experimentacao virtual, utili-zamos os experimentos virtuais denominados KS2 Bite-size3 que estao disponıveis livremente em um ambientevirtual na internet e apresentam experiencias de fısicaem animacao flash.

O site encontra-se em lıngua inglesa e o fato de ter-mos utilizado seus experimentos virtuais e que nao en-contramos algo semelhante em lıngua portuguesa queapresentasse os recursos que desejavamos. Entretanto,como o foco das atividades foi o uso do ambiente graficodas experimentacoes, a lıngua inglesa nao constituiuobstaculo para a manipulacao do experimento pelosalunos e o entendimento das situacoes fısicas trabalha-das foi facilitado pela intervencao dos pesquisadores,que propunham verbalmente os desafios a serem venci-dos pelos alunos.

Foram utilizados dois experimentos virtuais que re-presentavam um circuito eletrico: um, dirigido a faixaetaria de 10-11 anos, dispunha de um interruptor e tresconectores (Fig. 1) e foi utilizado para estudar o fun-cionamento de uma lampada ao associa-la com pilhas,

2Disponıvel em http://criancas.uol.com.br/ultnot/multi/2010/06/29/04029A386ED4A10346.jhtm?

mad-science-eletricidade-e-condutores-04029A386ED4A103463KS2 Bitesize sao experimentacoes virtuais produzidas pela BBC (British Broadcasting Corporation) e estao disponıveis no site

http://www.bbc.co.uk/schools/ks2bitesize/science/physical_processes/.

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lampada e fios; e outro, para a faixa etaria de 8-9 anos,dispunha de quatro conectores (Fig. 2) e foi utilizadopara estudar o funcionamento da lampada em funcaoda presenca de diferentes materiais (condutores ou iso-lantes) no circuito eletrico. Os conectores permitiam autilizacao de diferentes elementos no circuito eletrico.

Figura 1 - Vista do ambiente grafico do experimento virtual uti-lizado para estudar o funcionamento de uma lampada em funcaoda sua associacao com pilhas ou outra lampada (Experimento 1).

Figura 2 - Vista do ambiente grafico do experimento virtual uti-lizado para estudar o funcionamento de uma lampada em funcaoda sua associacao com diferentes materiais (condutores ou isolan-tes) no circuito eletrico (Experimento 2).

Cada experimento possibilitou trabalhar desafios denaturezas distintas. O primeiro experimento permitiuselecionar os componentes do circuito eletrico dentre osseguintes dispositivos: pilhas com voltagens de 1,5 V ou3,0 V, fios curtos ou longos e lampadas. Permitiu ex-plorar questoes relativas ao funcionamento da lampadaao se observar a funcao do acionamento do interrup-tor (on ou off ) e a relacao da intensidade da luz nalampada com a quantidade e voltagem das pilhas, como tipo de fio utilizado, ou, ainda, com a associacao deduas lampadas em serie.

Propusemos, para esse experimento, as seguintesquestoes: como proceder para ligar a lampada no cir-cuito eletrico? De que forma proceder para deixar alampada do circuito mais brilhante? Qual o efeito do

brilho da lampada ao trocarmos o fio curto pelo longo?Por que a lampada do circuito se queima ao utilizarduas pilhas de 3 V?

O segundo experimento permitiu selecionar diversosmateriais condutores ou isolantes para compor o cir-cuito eletrico e observar o funcionamento da lampadaem funcao da escolha feita. Neste caso, propusemos queos estudantes observassem se esses objetos permitiamou nao acender a lampada e que classificassem o mate-rial em condutor eletrico ou isolante eletrico, de acordocom essa capacidade.

Esses dois experimentos virtuais possibilitaram tra-balhar todos os rotulos conceituais alvos de nossa pes-quisa.

A turma foi dividida em dois grupos para a ma-nipulacao dos experimentos virtuais no laboratorio deinformatica da escola. O intuito era que cada aluno ma-nipulasse o computador individualmente para construirsuas concepcoes e, a partir disto, interagisse com os de-mais colegas para socializar e ressignificar seus pontosde vista.

No primeiro dia das atividades experimentais (4a e5a aulas), aplicamos o primeiro experimento as duasturmas e no segundo dia (6a e 7a aulas), aplicamos oexperimento sobre condutores e isolantes eletricos.

O experimento virtual era deixado pronto para ma-nipulacao em todos os computadores para evitar queos alunos precisassem acessar o site e os links inter-mediarios.

Durante a aplicacao da experimentacao virtual,concentramo-nos nas falas e acoes de cada aluno paraprocurar identificar o nıvel de desenvolvimento cog-nitivo, dentro da taxonomia de Ausubel-Klausmeier.Isso nos possibilitou obter uma radiografia dinamica daestrutura cognitiva do aluno, relacionada aos concei-tos trabalhados ao manipular o experimento, e a con-secucao ou nao das capacidades cognitivas explicitadasna Tabela 2.

3.3. Terceira etapa: Consolidacao da etapa ins-trucional

Na fase posterior a aplicacao da experimentacao (8a e 9a

aulas), foram propostas duas atividades para averiguarse o aluno conseguia recordar informacoes trabalhadasna etapa anterior, detectar capacidades cognitivas atin-gidas pela maioria dos alunos e verificar se houve iniciode construcao de cada um dos conceituais trabalhados.

Essas atividades foram: i) respostas a um pos-testee ii) participacao dos estudantes em uma discussao ge-ral, para consolidacao de todas as atividades.

Na aplicacao do pos-teste foram solicitadas as con-cepcoes dos estudantes sobre os rotulos conceituais tra-balhados nos experimentos e, tambem, que os alu-nos relacionassem cada rotulo conceitual com mais seisrotulos trabalhados. Na discussao final, os estudantesapresentaram as suas justificativas para as associacoesfeitas no pos-teste.

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Tabela 2 - Capacidades cognitivas esperadas dos estudantes ao manipular o experimento virtual.

Rotulo conceitual Capacidades cognitivas esperadasEnergia eletrica Discriminar a energia eletrica como um tipo de energia

Identificar as pilhas como “fontes” de energia eletrica.3. Identificar que a energia eletrica e transferida entre os diferentes elementos do circuito eletrico4. Identificar que a energia eletrica e necessaria para propiciar o funcionamento da lampada

Circuito eletrico 5. Identificar que o circuito eletrico e uma associacao de condutores eletricos em um arranjofechado6. Identificar que o funcionamento da lampada necessita de uma fonte de tensao7. Identificar que e possıvel a transmissao de energia eletrica entre os elementos de um circuitoeletrico8. Identificar que a quantidade de energia eletrica transmitida a lampada depende da capacidadeda fonte e dos elementos presentes no circuito

Condutor eletrico 9. Identificar condutores eletricos10. Identificar materiais metalicos como condutores eletricos11. Identificar que o condutor eletrico e o elemento que estabelece conexoes num circuito eletrico13. Identificar que o condutor eletrico permite a passagem da corrente eletrica

Isolante eletrico 14. Identificar isolantes eletricos15. Identificar que o isolante eletrico nao permite a passagem de corrente eletrica16. Discriminar condutor eletrico de isolante eletrico

Corrente eletrica 17. Identificar que a corrente eletrica percorre um circuito eletrico18. Compreender que e necessaria uma fonte de energia para se produzir uma corrente eletrica19. Identificar que corrente eletrica transporta energia eletrica

4. Resultados e analise dos dados

Analisamos as transcricoes das falas dos alunos durantetodas as atividades desenvolvidas e as respostas aosquestionarios, com a intencao de realizar uma analise dodesenvolvimento de suas ideias acerca de cada conceitotrabalhado.

4.1. Desenvolvimento da ideia de energia ele-trica

Na entrevista para identificacao do conhecimentoprevio dos estudantes sobre “energia eletrica”, 12 es-tudantes responderam que energia eletrica era a luz; 6responderam que era para fazer funcionar algum apare-lho e 7 nao souberam responder. As demais respostasassociavam energia eletrica com poste, tomada, agua,conta para pagar e choque (eletrico).

De um modo geral, as respostas apresentavam pro-posicoes truncadas e dadas em termos de objetos queutilizam a energia eletrica para funcionar. Algunsdialogos registrados estao apresentados a seguir:

P1- Voce sabe o que e energia eletrica?

Aline - E pra dar energia nas casas / dar luz.

Ana - E quando voce /// e quando voce liga a tele-visao [pensativo] a luz tambem possui energia eletrica!

Augusto - E energia que tem pra / acender a luz /[pensativo] beber agua / [pensativo], pra ver televisao/ som, carregar a pilha / celular.

Andre - Movida a agua!? Porque na estacao la ///tem uma agua que joga energia pra poder trazer pragente.

Bernardo - Nao sei

Bruno - Energia da nossa casa

Celeste - Ah, a CEMIG3.

Cirilo - Luz e agua.

Gabriel - E uma energia que passa em todas as casaspara transmitir energia/ assistir programa...

Joelma – Energia eletrica eu acho que e a luz.

Larissa - E porque [pensativo] a gente poe as coisaspra funcionar?!

A partir dos dados coletados inicialmente, consi-deramos que os estudantes tinham conhecimento deaplicacoes da energia eletrica em eventos do cotidi-ano, mas nao possuıam clareza ou seguranca acerca dotermo.

Deve-se ressaltar que as falas de Bruno e Gabriel pa-recem indicar que eles conseguem identificar a energiaeletrica como um tipo de energia.

Apos uma discussao coletiva ocorrida durante aaplicacao do primeiro experimento, em que os pesqui-sadores expuseram uma ideia relacionada a transmissaoda energia eletrica entre os dispositivos constantes deum circuito eletrico, os estudantes passaram a utilizarde forma natural o rotulo conceitual “energia eletrica”,como nas falas a seguir:

Aline - Eu pus tres chaves e uma lampada, mas pre-cisa de pilha para transportar energia eletrica ate a luz.

P1 - Por que [a lampada] queimou?

Celeste - Porque tem muita energia eletrica, aı ar-rebentou o fiozinho.

Joelma - Da muita energia eletrica, aı a bolinha dalampada vai e num (sic) aguenta e solta.

P1 - Sem pilha [no circuito] a lampada acende?

Cirilo - Porque nao tem energia eletrica! Eeehhhe se por (sic) tres fiozinho (sic) [no circuito eletrico] alampada nao acende!

P1 - Por que?

Cirilo - Porque nao tem pilha e energia eletrica!

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Nessas falas, nota-se que as respostas emitidas pe-los estudantes apresentam proposicoes mais elaboradase sem hesitacao em relacao a etapa de avaliacao doconhecimento previo. Os estudantes procuraram emi-tir explicacoes com o uso do rotulo conceitual “ener-gia eletrica” relacionando-o com ideias relevantes, jaexistentes em sua estrutura cognitiva, o que indica umindıcio de assimilacao deste conceito em nıvel formal,conforme a taxonomia de Ausubel-Klausmeier.

As falas mostram que os estudantes conseguem iden-tificar as pilhas como fontes de energia eletrica, que aenergia eletrica e transferida entre diferentes elementosdo circuito e que ela e necessaria para o funcionamentoda lampada, cujas capacidades cognitivas eram espera-das que os estudantes desenvolvessem.

As explicacoes emitidas nas falas seguintes confir-mam nossas analises anteriores:

P1 - Por que [a luz da lampada] ficou mais forte?

Ana - Porque 3V e mais que 1,5//

Ana - Tem mais energia!

P1 - Mas por que [a lampada] nao acendeu?

Bernardo - Porque... quando passa o fiozinho[gesticula mostrando o fiozinho dentro da lampada]nao tava passando [energia eletrica] pra ir pra outra!

P1 - Huuummm... exatamente!

[Bernardo sorri satisfeito com sua explicacao]

Andre - Professora, [antes de usar o experimento]eu nao sabia o que era energia eletrica.

P1 - O fio ta fazendo o que ali? Qual a funcao dofio?

Gabriel - Passar energia eletrica, se nao tivesse o fio,nao teria jeito de passar energia.

A ideia de transmissao de energia eletrica entre di-ferentes elementos do circuito aparece nas falas de Ber-nardo e de Gabriel. A influencia da capacidade da fontesobre a intensidade de luz da lampada aparece na falade Ana.

4.2. Desenvolvimento da ideia sobre circuitoeletrico

Na entrevista para analise previa do conhecimento dosalunos sobre “circuito eletrico”, a fala de Andre exem-plifica a confusao que diversos estudantes apresentaramentre esse rotulo conceitual e “curto-circuito”,

P1 - E voce sabe o que significa circuito eletrico?

Andre - Quando da aquele pipoco?!

P1 - Da o que?

Andre - E! Que aı estoura os fios! / E aı para tudo!

Apos uma breve explicacao dos pesquisadores so-bre circuito eletrico, alguns alunos conseguem apresen-tar explicacoes sobre o comportamento de um circuitona etapa de experimentacao virtual. As falas a seguirexemplificam algumas respostas:

P1 - Agora todo mundo liga a lampada aı de novo!/// O que vai acontecer? Alguem me explica?

Ana - Porque a corrente eletrica/ passa nesses obje-tos [aponta para diversos dispositivos no circuito eletrico]ate a lampada.

Victor - Porque a energia da pilha vai passar pelofio e vai ligar a lampada.

P2 - Como e que voce faria para acender a lampada?

Gabriel - Eu tiraria a borracha e colocaria um fio

[faz a troca na hora e a lampada acende]

P1 - E aı, o que acontece?

Gabriel - Aı pode passar energia pelo fio, aı, ate alampada.

Nesta etapa, alguns estudantes testam e avaliamsuas hipoteses sobre a intensidade da luz emitida pelalampada (ficar forte, ficar fraca e queimar) a partir dasubstituicao de diversos elementos no circuito eletrico(associacao de pilhas, de lampadas, uso de fio longo,uso de fio curto). Esses procedimentos constituemoperacoes mentais que caracterizam o nıvel formal dedesenvolvimento desse conceito, segundo a taxonomiade Ausubel-Klausmeier.

As falas de Victor e Gabriel indicam que eles conse-guiram identificar que a energia eletrica e transmitidaentre os elementos do circuito. Ana consegue apresentaruma explicacao da funcionalidade do circuito eletricoem termos da corrente eletrica estabelecida no circuito.

Ainda nessa etapa, alguns alunos conseguem gene-ralizar o rotulo “circuito eletrico” como sendo toda as-sociacao fechada de dispositivos condutores, conectadosa uma fonte de tensao, caracterizando o nıvel formal dedesenvolvimento cognitivo.

Por outro lado, diversas falas apresentam relacoesentre “circuito eletrico” e mais de um rotulo conceitualtrabalhado, o que, de acordo com Ausubel, Novak eHanesian [3], sao indicadores de assimilacao conceitual.

A Fig. 3 mostra a resposta de Joelma no pos-teste,a respeito do rotulo conceitual “circuito eletrico”.

Figura 3 - Resposta de Joelma na forma de desenho sobre suacompreensao de “circuito eletrico”

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Todas as capacidades cognitivas esperadas emrelacao ao rotulo “circuito eletrico” estiveram presentesnas falas dos alunos.

4.3. Desenvolvimento das ideias sobre isolantee condutor eletrico

Na entrevista, todas as respostas relativas aos rotulosconceituais “condutor eletrico” e “isolante eletrico” fo-ram categoricamente “nao sei”, sem qualquer tentativade associacao com outros termos e com exibicao de ex-pressoes faciais de desconhecimento.

Na aplicacao do pre-teste, diante da contradicao dosestudantes em escolher a pilha como isolante e condu-tor eletrico simultaneamente e, da quantidade de errosapresentados, concluımos que os alunos desconheciamos rotulos conceituais de “condutor eletrico” e “isolanteeletrico” e apenas apontaram aleatoriamente os objetos.

Durante a aplicacao das atividades experimentais,os respectivos alunos demonstraram adentrar o nıvelformal de Ausubel-Klausmeier em relacao ao rotulo“isolante eletrico”, pois identificaram atributos comunsde exemplos positivos do conceito e, ainda, apresentamindıcios de assimilacao conceitual, a partir das respec-tivas relacoes conceituais que conseguiram estabelecerentre isolante eletrico, circuito eletrico, corrente eletricae energia eletrica. As falas seguintes exemplificam isso:

Celeste - Eu coloquei uma borracha, uma pilha euma lampada e [a lampada] nao acendeu!

P1 - Por que?

Celeste - Porque a borracha e isolante!

Elda - Eu coloquei duas pilha (sic), coloquei um pa-tinho, aı nao pegou porque ele e isolante!

Joelma - Mesmo colocando a pilha e o fio a lampadanao acende se nao tiver um condutor! Porque eu colo-quei um giz, uma lampada, a pilha e o fio!

Juliana - Eu pus um fiozinho e uma moeda e ela [alampada] acendeu, porque a moeda e de metal.

Nessas falas, a aluna Juliana demonstrou uma ge-neralizacao: metais sao materiais condutores. Esse fatoindica uma formacao conceitual ao nıvel classificatorio,pois consegue identificar que dois ou mais exemplos saoeletricamente equivalentes e pertencem a mesma cate-goria (condutores).

A aluna Joelma, conseguiu identificar que a as-sociacao de condutores eletrico e importante para ofuncionamento de um circuito eletrico. Apresenta, aomesmo tempo, um indicador de assimilacao conceitualao nıvel classificatorio (ao generalizar atributos do con-ceito condutor eletrico) e ao nıvel formal (ao testar eavaliar hipoteses). Alem disso, apresenta indıcios deassimilacao conceitual ao estabelecer uma relacao entreos conceitos “condutor eletrico” e “circuito eletrico.

A seguranca de alguns estudantes em relacao a na-tureza condutora, ou isolante, dos materiais fica eviden-ciada na fala de Cirilo, a seguir, que corrige a fala de

Andre, evidenciando ter adquirido uma clareza e esta-bilidade no significado desses rotulos,

Andre - Eu ja fiz isso! Mas [pensativo] eeeehh[pensativo] a pilha e a moeda sao isolante (sic), aı porisso que passa energia e a lampada fica forte!

Cirilo - E condutor ow!

No pos-teste, os alunos demonstraram ter adquiridomaior clareza e seguranca quanto aos rotulos conceitu-ais “condutor eletrico” e “isolante eletrico”, conformepode ser verificado nas Figs. 4 e 5.

Figura 4 - Resposta de Augusto sobre sua compreensao de “con-dutor eletrico”.

Figura 5 - Resposta de Aline sobre sua compreensao de “isolanteeletrico”.

4.4. Desenvolvimento da ideia de correnteeletrica

Em relacao ao rotulo conceitual “corrente eletrica”,os alunos mostraram, inicialmente, desconhecimento

Construcao de conceitos de eletricidade nos anos iniciais do Ensino Fundamental com uso de experimentacao virtual 3501-9

do mesmo e seu respectivo significado, mas, ao fi-nal das atividades, uma aluna conseguiu atingir oestagio de construir uma proposicao relacionando a cor-rente eletrica como transportadora de energia eletrica(Fig. 6).

Figura 6 - Resposta de Celeste na forma escrita sobre sua com-preensao de “corrente eletrica”

Outros estudantes tambem apresentaram ideias se-melhantes na forma verbal, o que evidencia que o con-ceito estava comecando a ser formado, com a identi-ficacao dos atributos relevantes do conceito de umaforma mais refinada e precisa, de forma que os atri-butos nao essenciais sao deixados de lado [4, p. 101].Assim, consideramos que os estudantes encontram-sena etapa de formacao de conceito em nıvel formal, deacordo com a taxonomia de Ausubel-Klausmeier.

P1 - Aı! Voce substituiu a rolha pelo fio?

Larissa - Aham

P1 - Aı, o que aconteceu?

Larissa - A lampada acendeu!

P1 - Por que?

Larissa - Por causa da corrente eletrica!

Aline: Eu pus a pilha aı ela acendeu, porque a pilhaconduz corrente eletrica!

P1: Mas, para ter corrente eletrica, precisa do que?

Marcos e Tiago: Pilha!

P1: Do que a corrente eletrica e formada?

Andre: Eletron!

P1: E por onde vai passar a corrente eletrica?

Andre: Pelo fio!

Nas falas de Aline, Marcos e Tiago percebe-se anocao de que e necessaria uma fonte de tensao, no casoa pilha, para o estabelecimento da corrente eletrica.

Uma sıntese dos resultados e das analises efetuadassobre o desenvolvimento das concepcoes dos estudantesacerca de cada rotulo conceitual trabalhado encontra-sena Tabela 3.

Diante do exposto, fica claro que a experimentacaovirtual conseguiu dar um suporte ao aluno para a ela-boracao das informacoes recebidas e construcao de in-terpretacoes pessoais significativas dos rotulos concei-tuais trabalhados, tendo estimulado nos alunos as ca-pacidades cognitivas que aparecem na Tabela 2.

5. Conclusoes

Foi possıvel constatar, durante o desenvolvimento dessetrabalho, o enorme potencial que o tema apresentapara o desenvolvimento de capacidades cognitivas quepodem e devem ser estimuladas desde o inıcio da es-colarizacao, propiciando uma melhor alfabetizacao ci-entıfica e, possivelmente, facilitando uma aprendiza-gem mais aprofundada desse conteudo em series maisavancadas da instrucao formal.

O conteudo trabalhado, apesar de ser um temapouco explorado no Ensino Fundamental, possibilitoucontribuir para uma maior insercao do estudante no dis-curso contemporaneo, onde o tema constitui a base darevolucao cientıfica e tecnologica vivenciada no tempopresente.

Alem disso, o uso da experimentacao virtual valeu-se do interesse da crianca pelo computador para des-pertar o aspecto motivacional pela aprendizagem, esti-mulou habilidades importantes propiciadas pelo uso datecnologia, permitiu ao aprendiz vivenciar experiencias,interferir, fomentar e construir o proprio conhecimento.Alem disso, potencializou o dialogo entre os alunos eentre estes e os pesquisadores, propiciando a aprendi-zagem colaborativa. A interacao do aluno com os ex-perimentos virtuais deslocou o aluno da condicao deaprendiz passivo para a condicao de sujeito atuante naaprendizagem, criou condicoes para a elaboracao e ve-rificacao de hipoteses de forma imediata e permitiu ocontato do aluno com situacoes fısicas diferenciadas, fa-cilitando a aquisicao dos conceitos trabalhados.

Foi possıvel identificarmos, durante a aplicacao danossa metodologia, uma progressao do desenvolvimentodos estudantes em cada conceito trabalhado duranteo uso da experimentacao virtual, especialmente emrelacao a circuito eletrico, condutor eletrico, isolanteeletrico e energia eletrica, pela participacao ativa nasdiscussoes fazendo uso desses rotulos conceituais e naapresentacao de suas ideias correlacionadas, as quaisse mostraram progressivamente mais complexas no as-pecto proposicional e mais consistentes do ponto devista logico-cientıfico.

A frequencia de frases e respostas dos alunos utili-zando tais rotulos indica que ocorreu uma extensao emodificacao dos atributos criteriais desses conceitos naestrutura cognitiva de cada um, ao longo do nosso tra-balho, evidenciando uma assimilacao significativa dosmesmos no nıvel formal do desenvolvimento cognitivo,de acordo com a taxonomia de Ausubel-Klausmeier.

Ha de se considerar que, mesmo no caso do conceito“corrente eletrica”, que demonstrou uma menor assi-milacao pelos alunos, e possıvel afirmar que boa partedeles ofereceu evidencias de formacao de tais conceitosno nıvel formal de desenvolvimento cognitivo. Isso setorna evidente, diante das capacidades cognitivas apre-sentadas pelos alunos na aplicacao da metodologia.

3501-10 Lima e Takahashi

Tabela 3 - Sıntese dos resultados e analise do desenvolvimento das ideias dos estudantes acerca de cada rotulo conceitual.

Rotulo concei-tual

Etapa 1: Diagnostico do conheci-mento previo dos alunos (Entrevista,pre-teste e discussao do conteudo dovıdeo)

Etapa 2: Aplicacao de atividadesinstrucionais (experimentacao vir-tual)

Etapa 3: Consolidacao finalacerca da aquisicao dos concei-tos (Pos-Teste e discussao final)

Energia eletrica Na entrevista, 38% das respostas as-sociaram a energia eletrica com aluz; 22% nao souberam dizer coisaalguma e 19% associaram como algonecessario para fazer funcionar apa-relhos. As respostas eram, em ge-ral, monossilabicas, sem construcaode proposicoes e explicitando eventosem que a energia eletrica se manifes-tava.

Conseguiram abstrair a ideia deenergia eletrica; apresentaram aideia de que a energia eletricae transferida entre diferentes ele-mentos do circuito eletrico; con-seguiram identificar que a ener-gia eletrica transmitida entre oselementos do circuito eletrico de-pende do valor da tensao da fontee que a energia eletrica e ”ge-rada”pelas pilhas.

Atributos criteriais foram es-tendidos ou modificados a par-tir da conciliacao com os con-ceitos mais especıficos traba-lhados, como ocorreu com aideia de que um circuito eletricotransporta energia eletrica e queo valor dessa energia e umafuncao direta da associacao depilhas no circuito.

condutoreletrico

Na entrevista, 88% dos estudantesafirmaram nao conhecer esse rotuloconceitual e os demais apresenta-ram associacoes desconexas ao tentardizer o que entendiam pelo termo.Apesar de alguns alunos conseguiremidentificar alguns objetos como con-dutores eletricos, essa identificacaofoi meramente aleatoria, uma vezque afirmaram nao conhecer esterotulo e seu significado.

Os alunos formularam hipoteses,testaram as hipoteses formula-das e generalizaram, de formaautonoma, que objetos metalicossao materiais condutores e queeste tipo de material permite apassagem de corrente eletrica nocircuito eletrico. Diferenciaram,com bastante seguranca, materi-ais condutores eletricos de isolan-tes eletricos.

Conseguiram diferenciar ma-teriais condutores e isolanteseletricos com bastante segu-ranca, apresentando justifica-tivas relacionadas a permitirou nao o funcionamento deuma lampada em um circuitoeletrico. Conseguiram explici-tar exemplos e nao-exemplos decondutores e isolantes eletricosque sequer tinham sido utiliza-dos durante a experimentacao.

Isolante eletrico Da mesma forma que para o rotuloconceitual “condutor eletrico”, naentrevista, 91% dos estudantes afir-maram desconhecer esse rotulo con-ceitual.

Os alunos formularam hipoteses,testaram essas hipoteses e con-seguiram generalizar atributos demateriais isolantes eletricos e queestes materiais nao permitem apassagem de corrente eletrica nocircuito eletrico. Diferenciaram,com bastante seguranca, materi-ais condutores eletricos de isolan-tes eletricos.

Conseguiram diferenciar ma-teriais condutores e isolanteseletricos com bastante segu-ranca, apresentando justifica-tivas relacionadas a permitirou nao o funcionamento deuma lampada em um circuitoeletrico. Conseguiram explici-tar exemplos e nao-exemplos decondutores e isolantes eletricosque sequer tinham sido utiliza-dos durante a experimentacao.

Circuitoeletrico

Na entrevista, 59% dos alunos mos-traram desconhecimento deste rotuloconceitual e 31% o confundiramcom “curto-circuito” ou “choqueeletrico”. Entretanto, a maioria dosalunos apresentou uma ideia (pro-veniente do seu cotidiano) de comoligar uma lampada em uma pilha,para faze-la funcionar.

Os alunos conseguiram generalizara ideia de “circuito eletrico” comosendo uma associacao fechada dedispositivos condutores, conecta-dos a uma fonte de tensao (nocaso, a pilha).

Os alunos fizeram uso desserotulo conceitual com bastanteseguranca e conseguiam expres-sar atributos do conceito corre-tamente, seja na forma de dese-nho, verbal ou escrita.

Correnteeletrica

Demonstraram total desconheci-mento desse rotulo conceitual.

Apenas um aluno conseguiuestabelecer uma relacao entre“circuito eletrico” e “correnteeletrica” (hipotetizou que a cor-rente percorre o circuito eletrico)e outro aluno conseguiu relacionarprimariamente “corrente eletrica”e “eletron”.

Uma aluna conseguiu atingir oestagio de construir uma ricaproposicao relacionando a cor-rente eletrica como transporta-dora de energia eletrica e ou-tros estudantes tambem apre-sentaram ideias semelhantes naforma verbal.

Constatamos que o uso dos experimentos virtuaispermitiu estimular a competencia de aprender comtecnologia, propiciar contato empırico-concreto paraformar conceitos primarios e consolidar conceitos se-cundarios, desenvolver a capacidade de elaborar e testarhipoteses e explorar relacoes de causa e efeito.

Esta conclusao esta apoiada nas diversas respostasfornecidas pelos alunos, seja na forma textual, verbal,

ou de desenho, que se fundamentavam em observacoesrelacionadas aos experimentos virtuais utilizados.

A partir dos resultados obtidos pode-se concluir quea metodologia proposta conseguiu viabilizar o inıcio daconstrucao de conceitos de eletricidade para estudantesdo 4◦ ano do Ensino Fundamental, utilizando a experi-mentacao orientada como espaco de descoberta do novoconhecimento.

Construcao de conceitos de eletricidade nos anos iniciais do Ensino Fundamental com uso de experimentacao virtual 3501-11

Agradecimentos

Os autores agradecem a CAPES pelo apoio financeiro.

6. Apendice - codigo das transcricoes

P1: pesquisador 1.

P2: pesquisador 2.

/: pausa breve (menor de 2 s).

///: pausa longa (maior de 2 s).

(sic): citacao textualmente apresentada conforme afala do aluno, com erro de portugues.

[sublinhado e entre colchete]: observacoes do trans-critor.

!: entonacao interpretada como exclamativa.

?: entonacao interpretada como interrogativa.

Referencias

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