A APRENDIZAGEM E O ENSINO DO ELETROMAGNETISMO:DIALOGANDO COM PIAGET E DAMSIO

Loder, Liane Ludwig lludwig@eletro.ufrgs.brUniversidade Federal do Rio Grande do Sul, Departamento de Engenharia EltricaAv. Osvaldo Aranha, n 103 Centro90035-190 Porto Alegre - RS

Resumo: Este artigo parte de um estudo em que se pretende investigar algumas hiptesesacerca das dificuldades apresentadas pelos alunos na aprendizagem do Eletromagnetismo,assunto constitutivo da Engenharia Eltrica e, por isso, presente em todos os cursos deformao dessa modalidade nos dias de hoje. Este artigo se concentra na reflexo sobre aaprendizagem da noo de campo eletromagntico pois adota como pressuposto que oentendimento desse conceito fundamental para a aprendizagem do Eletromagnetismo comoum todo. Tomando por base as concepes sobre os fundamentos biolgicos eepistemolgicos do conhecimento humano em geral, extrados das obras de Jean Piaget e deAntnio Damsio, este trabalho aponta algumas possveis razes das dificuldades deaprendizagem do Eletromagnetismo e encaminha sugestes a serem apreciadas pelosProfessores dessa rea de conhecimento.

Palavras-chave: Ensino em Engenharia, Ensino e Aprendizagem do Eletromagnetismo.

1. INTRODUO

Este ensaio, se insere em um contexto maior de estudos sobre o ensinar e o aprenderem Engenharia, em especial, em Engenharia Eltrica, em que se tem sistematicamenteprocurado discutir o desenvolvimento cognitivo do sujeito da aprendizagem com o objetivode sugerir estratgias de ensino adequadas. Neste ensaio, focaremos nossa investigao emuma rea do conhecimento especfica e importante de cursos de Engenharia Eltrica oEletromagnetismo.

2. O ESTUDO

O estudo, apresentado parcialmente neste artigo, parte do pressuposto de que as estruturaslgico-matemticas so fundamentais e estruturantes do desenvolvimento cognitivo do sujeitoda aprendizagem no campo das Cincias Exatas e, por extenso, da Engenharia. No casoespecfico do Eletromagnetismo, esse estudo se desenvolve tambm a partir do pressuposto deque a noo do campo eletromagntico fundamental. Na seqncia, tomando por baseconceitos da Epistemologia Gentica e da Neurociencia, so feitas reflexes a respeito dasdificuldades observadas na prtica do ensino e da aprendizagem do Eletromagnetismo comoum todo.

3. REFERENCIAL TERICO

Ao buscar entender a gnese dos processos cognitivos que envolvem estruturas lgicomatemticas, partiu-se dos textos: Biologia e Conhecimento e O desenvolvimento dopensamento, Equilibrao das Estruturas Cognitivas de Jean Piaget. O texto de AntnioDamsio - O erro de Descartes, serviu para ampliar a abrangncia do estudo realizado.

A leitura desses textos resultou em um dilogo imaginrio que a autora desse ensaiotrava com Piaget e com Damsio e que serviu de subsdios para as consideraes apresentadasao longo do texto. As pretensas "respostas" apresentadas aos questionamentos que constituemesse dilogo so transcries ipsis litteris extradas dos textos supracitados.

3.1 DIALOGANDO COM PIAGET

Senhor Piaget seria possvel afirmar que o desenvolvimento cognitivo que se d nainfncia e na adolescncia habilitaria o adulto a perceber uma realidade, como o fazemos cientistas, e a ento teramos a validade da premissa de que ao ser estimulado oindivduo aprende?

Conhecer no consiste, com efeito, em copiar o real mas em agir sobre ele etransform-lo , na aparncia ou na realidade, de maneira a compreend-lo em funo dossistemas de transformao aos quais esto ligadas estas aes.

Para conhecer os fenmenos, o fsico no se limita a descrev-los tal como aparecem,mas atua sobre os acontecimentos de modo a dissociar os fatores, faz-los variar e assimil-los a sistemas de transformaes lgico-matemticas.

O objeto de um conhecimento nunca completamente independente das atividades dosujeito, no sentido em que se a objetividade constitui naturalmente o ideal de toda a cincia,em particular da cincia experimental, esta objetividade acha-se, no entanto, subordinada atrs condies. Em primeiro lugar, a objetividade um processo no um estado, isto noexistem intuies imediatas que atingem o objeto de maneira vlida, mas a objetividade

supe um encadeamento de aproximaes sucessivas. Em segundo lugar, as aproximaesque conduzem ao objeto no de natureza puramente aditiva, isto , efeito cumulativo deinformaes simplesmente somadas ou encadeadas mas contm ademais um processoessencial de descentralizao, no sentido de libertar-se de aderncias subjetivas ou de pre-noes julgadas exatas de incio, unicamente pelo fato de serem mais simples para o sujeito.Em terceiro lugar, em todas as cincias naturais avanadas, cujo prottipo a Fsica, aconquista da objetividade no consiste em atingir o objeto no estado puro mas em explic-loe descrev-lo j por meio de quadros lgico-matemticos, isto , atravs de classificaes,estabelecimento de relaes, medidas, funes, etc., fora dos quais impossvel qualquerassimilao cognoscitiva.

De certa forma, isto no se contrape idia de que a Fsica uma Cincia Natural poisdescreve a realidade do mundo fsico usando a Matemtica como linguagem para essafinalidade?

O positivismo lgico quis reduzir a Fsica a um conjunto de constataes perceptivase a Matemtica a uma simples linguagem que exprime, de maneira exata, o contedo dessasconstataes. Convm lembrar, em primeiro lugar, que a prpria percepo j contm umaorganizao geomtrica e lgica. Enfim, a Matemtica, longe de se reduzir a uma linguagem, o prprio instrumento de estruturao que coordena j essas aes e as prolonga emseguida em teorias dedutivas e explicativas. A unio da Matemtica e da Fsica no ,portanto, a do sinal com o significado mas da atividade estruturadora com um dado, que semela permaneceria catico, ininteligvel e, sobretudo, saturado de elementos subjetivos, nosentido da subjetividade deformante e egocntrica do eu, por oposio atividade do sujeitoepistmico.

Desse modo, poder-se-ia dizer que a Matemtica tem um papel fundamental e noacessrio no desenvolvimento das Cincias como um todo?

A Matemtica, no se reduz de modo algum, descrio do real embora se adapte a elecom exatido; ultrapassa-o, com efeito, por todos os lados e consiste numa teoria de todas astransformaes possveis e no somente as reais .

Por outro lado, um nmero considervel e crescente de fenmenos revelam-sededutveis. E, apesar de que nem tudo dedutvel, preciso notar que no amplo setor dosfenmenos que so dedutveis, s vezes acontece que a deduo tem lugar antes e no depoisda experincia. Os exemplos mais conhecidos so os da descoberta de Netuno por Leverrierou da maneira como as casas vazias da classificao de Mendeleev foram preenchidas depoisda revoluo da Fsica Contempornea.

Estes encontros que se produzem ora depois ora por antecipao, mesmo antes dosacontecimentos experimentais entre a deduo matemtica e a realidade fsica, levantam umproblema essencial que questiona por que isso acontece. A soluo empirista resolve fcildemais o problema admitindo que as matemticas nasceram da experincia fsica ouconstituem uma linguagem destinada a descrev-la. preciso, com efeito, explicar por queessa linguagem to excelente que, contrariamente aos idiomas habituais chega, s vezes, arelatar de antemo o que ainda no foi percebido. Nossa hiptese que as estruturas lgico-matemticas no seriam devidas nem experincia fsica nem transmisso instintiva ouhereditria, mas seriam tiradas, por abstraes reflexivas das coordenaes gerais da aoe, alm disso, das coordenaes nervosas e assim por diante, at as formas mais gerais dosfuncionamentos organizadores da vida.

Sendo assim, seria possvel afirmar que o indivduo que estiver geneticamente dotado deestruturas cognitivas lgico-matemticas mais complexas ser mais inteligente que osdemais?

Os conhecimentos lgico-matemticos no so hereditrios porque so adquiridos edo lugar, assim, a uma espcie de aprendizagem freqentemente confundida com asaprendizagens autnticas. No se reduzem, todavia, a estas ltimas no sentido de seremtirados da experincia exterior e distinguem-se desta por uma srie de caracteres endgenos.As estruturas lgico-matemticas, por exemplo, no esto nem pr-formadas no estado deestruturas acabadas no interior do sujeito nem so tiradas dos objetos, mas supem, nasfases iniciais, um perodo inteiro de aes sobre os objetos e de experincias, no curso dasquais estes so indispensveis. Essas estruturas no so tiradas dos prprios objetos , porquese constrem por meio de elementos operatrios abstrados das aes do sujeito sobre osobjetos, e no destes, assim como tambm no das coordenaes entre aes ao mesmotempo progressivas e necessrias desde o incio. Encontramo-nos dessa maneira em presenade um funcionamento organizador e regulador, que o apriorismo erroneamente quis traduzirem estruturas acabadas de uma s vez ignorando que a construo delas irrealizvel semum conjunto de interaes entre o sujeito e os objetos, no curso das quais as reaes destesltimos constituem a ocasio (mas no a causa) das regulaes formadoras.

No terreno da inteligncia, o exerccio e a construo dos esquemas supem a contnuainterao entre o sujeito e os objetos. Em todo o conhecimento fsico adaptado, quer se tratede inteligncia sensrio-motora quer da operatria preciso distinguir entre os dados daexperincia e a atividade coordenadora do sujeito. Mesmo no que se refere aos esquemaslgico matemticos como tais, a experincia necessria, porque, embora tirando estesesquemas da coordenao geral de suas aes, o sujeito tem de agir para fazer essaabstrao e agir sobre os objetos.

O que significa dizer que nada est pr-determinado? E a herana gentica?

Do ponto de vista biolgico, h trs formas do conhecimento. Em primeiro lugar, huma imensa categoria de conhecimentos adquiridos graas experincia fsica. Em segundolugar, h uma categoria notavelmente estreita, e de extenso real muito discutvel, dosconhecimentos estruturados por uma programao hereditria, como o caso, talvez, dealgumas categorias perceptivas. Em terceiro lugar, h uma categoria to extensa quanto primeira, dos conhecimentos lgico-matemticos que se tornam rapidamente independentesda experincia e que, se no incio procedem delas, no parecem tirados dos objetos como taismas das coordenaes gerais das aes exercidas pelo sujeito sobre os objetos.

3.1 DIALOGANDO COM DAMSIO

Como deve ser de seu conhecimento, para Piaget, a aprendizagem se d como resultadode uma construo endgena do sujeito na sua interao com o meio. Essa construo seefetiva como uma regulao cognoscitiva que est associada, por sua vez, aofuncionamento geral do organismo enquanto ser vivo. Nesse particular, as estruturaslgico-matemticas endgenamente construdas adquirem papel fundamental noprocesso de aprendizagem do sujeito. Qual a sua opinio a respeito?

O crebro e o corpo encontram-se indissociavelmente integrados por circuitosbioqumicos e neurais recprocos dirigidos um para outro. Se o corpo e o crebro interagemintensamente entre si, o organismo que eles formam interage de forma no menos intensacom o ambiente que o rodeia. Suas relaes so mediadas pelo movimento do organismo epelos aparelhos sensoriais.

O ambiente deixa sua marca no organismo de diversas maneiras. Uma delas pormeio da estimulao da atividade neural dos olhos, dentro dos quais est a retina, dosouvidos, dentro dos quais est a cclea, um rgo sensvel ao som, e o vestbulo, um rgosensvel ao equilbrio, e das mirades de terminaes nervosas localizadas na pele, naspapilas gustativas e na mucosa nasal. As terminaes nervosas enviam sinais para pontos deentrada circunscritos no crebro, os chamados crtices sensoriais iniciais da viso, daaudio, das sensaes somticas, do paladar e do olfato.

Numa primeira aproximao, a funo global do crebro estar bem informado sobreo que se passa no resto do corpo, sobre o que se passa em si prprio e sobre o meio ambienteque rodeia o organismo, de modo que se obtenham acomodaes de sobrevivncia adequadasentre o organismo e o ambiente. De uma perspectiva evolutiva, nada est em contradiocom isso. Se no tivesse havido o corpo no teria surgido o crebro. Os organismos simplesque possuem apenas corpo e comportamento, mas esto desprovidos de crebro ou de mente,ainda existem e so, de fato, bastante mais numerosos que os seres humanos em vriasordens de grandeza.

Pelo que posso perceber, o senhor no se contrape idia da construo deconhecimento. No entanto, peo-lhe para detalhar melhor como, na sua viso deneurologista, o conhecimento se efetiva em nvel do indivduo.

O conhecimento incorporado em representaes dispositivas. O que eu chamo derepresentao dispositiva uma potencialidade de disparo dormente que ganha vida quandoos neurnios se acionam em um determinado padro, a um determinado ritmo, numdeterminado intervalo de tempo e em direo a um alvo particular, que outro conjunto deneurnios. As representaes dispositivas constituem o nosso depsito integral de saber eincluem tanto o conhecimento inato como o adquirido por meio da experincia. Oconhecimento inato baseia-se em representaes dispositivas existentes no hipotlamo, notronco cerebral e no sistema lmbico. Podemos conceb-lo como comandos da regulaobiolgica necessrios para a sobrevivncia , isto , o controle do metabolismo, impulsos einstintos. Eles controlam muitos processos mas, de um modo geral, no se transformam emimagens na mente.

As imagens so, provavelmente, o principal contedo de nossos pensamentos,independentemente da modalidade sensorial em que so geradas e de serem sobre uma coisaou sobre um processo que envolve coisas; ou sobre palavras ou outros smbolos, numa dadalinguagem, que correspondem a uma coisa ou a um processo. Escondidos atrs dessasimagens, raramente ou nunca chegando a nosso conhecimento, existem, de fato, numerososmecanismos que orientam a gerao e o desenvolvimento de imagens no espao e no tempo.Esses mecanismos utilizam regras e estratgias incorporadas em representaes dispositivas.Eles so essenciais para o nosso pensar mas no constituem o contedo dos pensamentos.

O conhecimento adquirido baseia-se em representaes dispositivas existentes tantono crtices de alto nvel como ao longo de muitos ncleos de massa cinzenta localizadosabaixo do nvel do crtex. Algumas dessas representaes dispositivas contm registros sobreo conhecimento imagtico que podemos evocar e que utilizado para o movimento, oraciocnio, o planejamento e a criatividade; e outras contm registros de regras e deestratgias com as quais manipulamos essas imagens. A aquisio de conhecimento novo conseguida pela modificao contnua dessas representaes dispositivas.

Entendendo que os circuitos cerebrais, assim como as operaes que executam,dependem do padro das conexes entre neurnios e qualidade das sinapses queconstituem essas conexes, como esses padres de conexo so estabelecidos nos nossos

crebros e quando? Eles so simultneos para todos os sistemas existentes no crebro?Uma vez estabelecidos, permanecem para sempre?

No existem respostas definitivas para essas questes . Embora o conhecimento doassunto esteja em constante alterao e pouca coisa deva ser dada como certa, a hipteseque apresento a seguir no deve estar muito longe do que realmente se passa:

Em primeiro lugar, o genoma humano no especifica toda a estrutura do crebro.No existem genes disponveis, em nmero suficiente, para determinar a estrutura precisa e olocal de tudo em nossos organismos, muito menos no crebro, onde bilhes de neurniosestabelecem os contatos sinpticos. A desproporo no sutil, transportamos provavelmenteda ordem de 100 mil genes mas possumos mais de 10 trilhes de sinapses no crebro.

O que se pode dizer que muitas das especifidades estruturais so determinadas pelosgenes mas um grande nmero de outras especificidades pode ser determinado apenas pelaatividade do prprio organismo vivo medida que se desenvolve e continuamente semodifica ao longo do seu tempo de vida.

Em segundo lugar, o genoma ajuda a estabelecer a estrutura exata ou prxima daexata de determinados sistemas e circuitos importantes nos setores evolutivamente antigos docrebro humano, tais como o tronco cerebral, o hipotlamo e o prosencfalo basal.Partilhamos a essncia desses setores cerebrais com indivduos de muitas outras espcies. Oprincipal papel dessas estruturas o de regular os processos vitais bsicos sem recorrer mente e razo. Esses circuitos inatos intervm no s na regulao corporal como tambmno desenvolvimento e na atividade adulta das estruturas evolutivamente modernas docrebro. A atividade dos circuitos nos setores cerebrais modernos e estimulados pelaexperincia, o neocrtex, por exemplo, indispensvel para a produo de uma classeparticular de representaes neurais nas quais se baseiam a mente (imagens) e as aesintencionais. Contudo, o neocrtex no pode produzir imagens se o subterrneo antigo docrebro, o hipotlamo, o tronco cerebral, no se encontrar intacto e cooperativo.

Assim, medida que progredimos da infncia parta a idade adulta, o design doscircuitos cerebrais que representam o nosso corpo em evoluo e sua interao com o mundoparecem depender tanto das atividades em que o organismo se empenha como da ao doscircuitos biorreguladores inatos, medida que os ltimos reagem a tais atividades. Essaabordagem sublinha a inadequao de conceber crebro, comportamento e mente em termosde natureza versus educao, ou de genes versus experincia. Nossos crebros e nossasmentes no so tabulae rasae quando nascemos. Contudo, tambm no so, na sua totalidade,geneticamente determinados. A sombra gentica tem um grande alcance mas no completa.Os genes proporcionam a um dado componente cerebral sua estrutura precisa e a outrocomponente uma estrutura que est para ser determinada. No entanto, a estrutura a serdeterminada s pode ser obtida sob a influncia de trs elementos: a estrutura exata, aatividade individual e as circunstncias nas quais o meio e o acaso tm o seu papel, e aspresses da auto organizao que emergem da extraordinria complexidade do sistema. Operfil imprevisvel das experincias de cada indivduo tem influncia no design dos circuitos.

E a herana gentica? No seu entendimento, que influncia tem no desenvolvimentocognitivo do sujeito. Existe uma pr-determinao gentica?

O organismo humano surge para a vida dotado de mecanismos automticos desobrevivncia e ao qual a educao e a aculturao acrescentam um conjunto de estratgiasde tomada de deciso socialmente permissveis e desejveis, os quais , por sua vez, favorecema sobrevivncia, melhorando de forma notvel a qualidade dela e servem de base construo de uma pessoa. Ao nascer, o crebro humano inicia seu desenvolvimento dotadode impulsos e instintos que incluem no apenas um kit fisiolgico para a regulao do

metabolismo mas tambm de dispositivos bsicos para fazer face ao conhecimento e aocomportamento social. Ao terminar o desenvolvimento infantil, o crebro encontra-se dotadode nveis adicionais de estratgias para a sobrevivncia . A base neurofisiolgica dessasestratgias adquiridas encontra-se entrelaada com a do repertrio instintivo e no smodifica seu uso como amplia seu alcance.

4. A NOO DE CAMPO ELETROMAGNTICO UM OBSTCULOEPISTEMOLGICO PARA O ENTENDIMENTO DO ELETROMAGNETISMO?

4.1 Perspectiva histrica

A noo de campo eletromagntico remonta aos primrdios do Eletromagnetismo, reado conhecimento cuja paternidade atribuda ao cientista ingls Michael Faraday (1791-1867) e cuja sistematizao atribuda a outro igualmente renomado cientista ingls JamesClerck Maxwell (1831- 1879).

A definio de campo, atribuda Faraday, representou, poca, uma forma de expressara influncia de uma carga eltrica, em repouso ou em movimento, sobre outras cargasvizinhas (em repouso ou em movimento) considerando que o meio onde estavam imersasessas cargas poderia ter influncia nessa interao. O modelo anterior proposto por CharlesCoulomb previa a interao distncia entre as cargas mas no era capaz de expressar ainfluncia do meio. A explicao dada por Faraday para esse fenmeno de atrao e derepulso entre cargas eltricas estava baseada na idia de que uma carga, ao ser colocada emuma regio do espao, produz uma emanao eltrica, isto , um campo eltrico e esse atuasobre cargas que venham a ser inseridas nessa regio de tal forma que essas novas cargassejam atradas ou repelidas pela carga original. Em funo do carter eminentementeexperimental de seu trabalho como pesquisador, Faraday, para explicar sua noo de campo,lanou mo de uma representao pictrica do mesmo. Imaginou linhas que retratariam ocampo no espao que ele denominou de linhas de fora. Estas representariam o caminho aser percorrido por uma partcula carregada positivamente ao ser colocada nas proximidades deuma carga-fonte de campo eltrico sob a ao de uma fora provocada pelo campo sobre apartcula.

A noo de campo, apesar de ter sido importante para a constituio do Eletromagnetismocomo uma Teoria, no foi, no entanto, a maior contribuio de Faraday Cincia. Sua maiorcontribuio foi a descoberta do fenmeno da induo. Aps quase uma dcada de trabalhointenso em seu laboratrio Faraday descobriu esse fenmeno que acabou dando James C.Maxwell elementos suficientes para conceber o Eletromagnetismo como uma Teoria,inaugurando, dessa forma, uma nova rea do conhecimento humano.

Os resultados advindos do trabalho de Michael Faraday deram incio tambm aosurgimento das mquinas eltricas e marcaram o incio da Engenharia Eltrica como uma reaimportante da atividade humana.

Maxwell, por sua vez, com uma formao acadmica de nvel superior, possuafamiliaridade1 com o Clculo Integral e Diferencial de Newton e Leibniz e conseguiusistematizar os fenmenos eltricos e magnticos conhecidos at ento e condensou-os naforma de uma grande teoria Teoria Eletromagntica, na qual, utilizando a linguagem doClculo, descreveu esses fenmenos e a inter-relao entre eles na forma de equaes ntegro-diferenciais.

1 Na viso da Epistemologia Gentica, essa familiaridade deve ser entendida, na sua essncia, como uma capacidade cognitiva construdacapaz de operar com totalidades e diferenciaes em nvel infinitesimal, isto , com uma complexidade de grau superior.

No obstante esse grandioso trabalho de condensao dos avanos obtidos na rea atento, que resultou nas suas famosas quatro leis, Maxwell, a partir de clculos tericos,conseguiu prever a possibilidade da existncia de uma onda eletromagntica, o que foicomprovado vinte anos mais tarde por Heinrich Hertz, isto , em 1888.

Podemos destacar esse fato como mais um exemplo da capacidade de antecipao e dasoperaes lgico-matemticas como instrumento de acomodao antecipadora. Para Piaget(Biologia e Conhecimento, 1973:213):

Se a adaptao da inteligncia fosse limitada ao domnio do presente imediato e dareconstituio do passado, malograria no terreno da experincia muito mais freqentementedo que costuma acontecer. Mas h uma quantidade de acontecimentos que o pensamentopode prever e o simples fato da Matemtica ter por objeto o conjunto de transformaespossveis, e no somente seu setor de realizao efetiva, mostra bem a potncia dedutiva doesprito.

A descoberta de Hertz marcou o incio da Era da Rdiocomunicao. Da se originou umagrande rea de especializao da Engenharia Eltrica a de Telecomunicaes que, j noincio do sculo XX, dedicou-se ao desenvolvimento das tcnicas de gerao e transmisso desinais radioeltricos que sustentam a imensa rede de comunicaes que temos nos dias dehoje.

4.2 A viso contempornea

O Eletromagnetismo estudado nas Escolas de Engenharia em cursos de graduao ochamado Eletromagnetismo Clssico, o Eletromagnetismo fundamentado nas equaes deMaxwell que descrevem as relaes entre campos eltricos e magnticos variveis no tempo(dinmicos) ou no (estticos) para situaes do mundo macroscpico (em nvel de estruturada matria, as relaes tm que contemplar as questes relativsticas que so peculiares).Nesse contexto, a noo de campo fundamental. A carga considerada a fonte do campo e,a partir da, se estabelecem e se estudam as relaes entre os campos e as possveisconseqncias de suas existncias em alguma regio do espao. Para exemplificar, no interiorde um motor eltrico, temos campos eletromagnticos, e o estudo de sua configurao quepermite o projeto de uma mquina eltrica para uma aplicao especfica. Ao falarmos em umtelefone mvel, estamos emitindo, a partir do aparelho, e recebendo, de uma central, ondaseletromagnticas (ou sinais radioeltricos) que, quando decodificados, permitem queestabeleamos um contato de voz distncia (tele-fonia). O mesmo se d no caso da televiso,que nos permite, por sinais de rdio gerados por uma emissora e recebidos e decodificados emum receptor adequado, ter uma viso distncia (tele-viso).

Por tudo o que foi dito, o estudo do Eletromagnetismo e a compreenso dessa teoriapassa por uma compreenso fundamentalmente de campo eletromagntico. E a reside umadificuldade que radical nas dificuldades enfrentadas pelo estudante que visa aprender aTeoria Eletromagntica para bem utiliz-la como ferramenta de seu trabalho como engenheiroeletricista.

4.3 As dificuldades de aprendizagem

Quais so as razes das dificuldades de aprendizagem apresentadas pelos estudantes noestudo do Eletromagnetismo? Razes que parecem no faltar uma vez que a noo decampo eletromagntico resultado de uma construo da mente humana amparada emevidncias empricas de difcil acesso ao indivduo no seu dia-a-dia pois no so perceptveispelos seus rgos sensoriais. O campo no visvel, no tem cheiro nem paladar, no temsolidez que permita ser sensvel ao tato! O mais que percebemos so suas manifestaes

como, por exemplo, uma lmpada que se acende, um ferro que se aquece e no muito maisque isso, uma vez que o rdio que escutamos, a televiso que vemos e ouvimos, astelecomunicaes de maneira geral so to incompreensveis ao leigo, do ponto de vista deseu funcionamento, que imaginar que o aprendiz tenha algum conhecimento prvio da noode campo passa a ser algo improvvel.

Como no bastassem essas razes iniciais, a formulao matemtica que consegue darconta de descrever esses fenmenos empricos do Eletromagnetismo, de grande complexidadee de difcil compreenso, acaba sendo uma formulao muito complexa. Por exemplo, no seconseguiria estimar o sinal recebido por uma estao terrena a partir do sinal emitido por umsatlite trabalhando com operaes matemticas elementares. Esse tipo de problema, queacaba sendo trivial para o engenheiro de telecomunicaes, envolve no s clculo diferenciale integral mas tambm clculos de probabilidade e estatstica que permitem fazer estimativase projetar os radioenlaces que vo propiciar a comunicao entre as estaes.

A par dessas consideraes de cunho geral, um exame mais cuidadoso dos estudos dePiaget sobre Abstrao Reflexionante e sobre as Estruturas Cognitivas nos fornecem um ricomaterial para substanciar e justificar as razes das dificuldades de aprendizagem apresentadaspelos estudantes quando o assunto a construo da noo de campo e, por extenso, oaprendizado do Eletromagnetismo.

Para Piaget, no domnio fsico, os observveis (os fenmenos ou objetos da realidade deinteresse) so dados, mas devem ser ultrapassados, em larga escala, para atingir as ligaesobjetivas das quais esses observveis manifestam apenas uma aspecto parcial. Esse processoenvolve abstraes reflexionantes e refletidas.

Antes de tudo, existe um tipo de abstrao que denominaremos emprica porque extraisua informao dos objetos em si. Alm dessa primeira forma, que corresponde em geral aoque se denomina abstrao, existe uma segunda que fundamental porque abarca todos oscasos de abstraes lgico-matemticas: a denominaremos de abstrao reflexionanteporque se extrai no dos objetos e sim das coordenaes das aes (ou operaes) e,portanto, das prprias atividades do sujeito.(PIAGET, 1974:138)

A abstrao reflexionante supe sempre um processo de reflexo em um plano superiordaquilo que se toma de um plano inferior. Essa abstrao implica uma reflexo no sentido deuma reorganizao mental. (PIAGET, 1974:139)

O Eletromagnetismo opera com o domnio espacial fsico e com o domnio matemticoquando o assunto campo eletromagntico. O fato desse observvel no ser perceptvelconstitui um obstculo epistemolgico que deve ser superado. Entendemos que o aprendiz, apartir disso, tenha condies de construir a noo de campo e, a partir dessa noo, tenhacondies de reconstruir endogenamente toda a Teoria do Eletromagnetismo. Dessa forma, nonosso entendimento, ele constri uma capacidade de engendrar solues no campo dastelecomunicaes, isto , de engenheirar nesse campo do conhecimento.

A superao desse obstculo pressupe uma dissociao progressiva entre forma econtedo, uma vez que o observvel (campo) no diretamente observado, isto , na melhorsituao, podemos observar seus efeitos. Esses efeitos no so o campo "em si" masmanifestaes das correntes eltricas provocadas pelo campo (por exemplo, gerao erecepo de uma onda de rdio, aquecimento trmico, acionamento de um motor) circulandoem circuitos e equipamentos especialmente projetados para os diferentes fins a que sedestinam (por exemplo, respectivamente, antenas, cafeteiras eltricas, enrolamentos demotores eltricos em geral).

4.3 Como superar as dificuldades de aprendizagem?

Tendo em mente que, em sua dupla natureza, de extenso dos objetos e de geometriado sujeito, o espao constitui desde o nvel sensrio-motor o ponto de juno entre a realidadeexterior e as operaes do sujeito, de onde surge a unio particular entre AbstraoReflexionante e Abstrao Emprica, quer nos parecer que o conhecimento construdo a partirdos observveis tende a se desenvolver sem sobressaltos. Isto , atravs de uma incorporaoprogressiva do real acompanhada, ao nvel das aes do sujeito, de uma assimilaorecproca, cada vez mais estreita, entre as estruturas geomtricas e as estruturas algbricas.Este processo revela uma integrao operatria cada vez mais desenvolvida e, porconseqncia um jogo cada vez mais complexo de Abstraes Reflexionantes.

A estratgia de ensino a partir de uma representao figurativa dos campos parece sercompatvel com as necessidades cognitivas que naturalmente acabam se impondo no processode aprendizagem.

E nesse caso, passa a ser de maior importncia as relaes entre os aspectos figurativo(representao) e operativo (aes e operaes) do conhecimento. Em que pese no ser onosso problema de ordem espacial fsica, na verdade, um problema matemtico que envolveoperaes lgico-aritmticas e sua representao em um espao matemtico, nos parecerazovel supor que as Abstraes que se do nos dois casos, no espao fsico e no espaomatemtico, so similares e nessa linha seguiremos em nossa anlise em trabalhos futuros.

Se o espao constitui um ponto de juno entre as propriedades do objeto e asoperaes do sujeito, sua evoluo no menos instrutiva pois que toda a evoluo dageometria a de uma formalizao progressiva que dissocia as formas operatrias de seucontedo figurativo.

Aparentemente, essa estratgia de ensino beneficia-se de um duplo privilgio: osobservveis figurativos inserem-se nas transformaes racionais e estas so representveis,sob uma forma figurativa, fazendo uma mistura entre capacidade operatria e derepresentao visual, o que os matemticos chamam de intuio geomtrica. Essa forma deabordagem, utilizada em paralelo com a execuo de experimentos fatuais ou virtuais, pareceatender s necessidades do aprendiz e propiciar as abstraes que, por fim e ao cabo, olevaro a um patamar de conhecimento de ordem superior, isto , aprendizagem, ou, emoutras palavras, capacidade do sujeito teorizar a respeito e, consequentemente, operar com aconceituao do Eletromagnetismo por ele reconstruda endogenamente.

Ainda, tomando por base do dilogo com Piaget e com Damsio, sugerimosestratgias de ensino com foco no aprendizado do aluno e que sejam resultado de uma tomadade conscincia do professor para os aspectos de que:

1 A aprendizagem , em quase sua totalidade, em extenso e complexidade, construocognitiva e, por isso mesmo, endgena, e, por conseqncia, singular;

2 No existe pr-determinao gentica, apesar de existir herana gentica no que dizrespeito s estruturas orgnicas destinadas, fundamentalmente, sobrevivncia do indivduoe, por extenso, preservao da espcie. O genoma humano no especifica nem determinatoda a estrutura do crebro do indivduo adulto e, por extenso, do sistema nervoso.Consequentemente, o indivduo no nasce pr-destinado a ser, por exemplo, um profissionalcompetente. A competncia resultado de uma construo;3 O conhecimento, mesmo o perceptivo, resultado de uma aprendizagem. Isto , oconhecimento construo endgena que pode se dar a partir dos dados percebidos mas nose reduz a uma simples leitura da realidade que cerca o indivduo. A percepo resultado deuma construo, resultado de uma ao do indivduo. A realidade no algo que se impemas objeto de uma construo do sujeito epistmico;

4 O conhecimento um processo que tem substrato biolgico como qualquer outro processoprprio do organismo;

5 O conhecimento, para Piaget, resultado de um desequilbrio cognoscitivo causado pelanovidade. O indivduo enquanto ser biolgico, na sua dinmica interna prpria de umorganismo vivo, isto , de regulaes que se estabelecem com o objetivo permanente demanter, em ltima instncia, a prpria vida, acaba sendo palco de um processo contnuo esucessivo de assimilaes convergentes e de acomodaes reconstrutivas. Esse processo levao sujeito epistmico a um novo patamar de equilbrio cognoscitivo e que a permanece at serdesequilibrado por outras novidades;

6 O conhecimento, para Piaget, fundamentalmente de origem lgico-matemtica. AMatemtica, tanto para o indivduo como, por extenso, para o pensamento cientfico, estrutura e funo;

7 A inteligncia superior na cadeia biolgica (humana), para Piaget, resultado de umaconstruo cognoscitiva que tem sua gnese na formao das estruturas cognoscitivas que, porsua vez, resultam da ao do sujeito apoiado nas suas estruturas inatas, estas radicalmentevinculadas e responsveis pela sobrevivncia do organismo desse sujeito;

8 O conhecimento , basicamente, ao;

9 O sistema nervoso, substrato da inteligncia, e o corpo encontram-se indissociavelmenteintegrados, segundo Damsio, contrapondo-se a Descartes: Existo, logo penso

5. CONSIDERAES FINAISA abordagem do conceito de campo atravs, inicialmente, de uma representao

figurativa, como proposto por Faraday atravs das linhas de fora, parece se constituir numaprimeira abordagem valiosa do ponto de vista pedaggico.

Essa estratgia de ensino, quando complementada pela realizao de experimentos reais(em laboratrio) ou pela observao de situaes que ocorrem no cotidiano da Engenharia,atravs, por exemplo, do expediente das chamadas visitas tcnicas (no caso detelecomunicaes, a visita e observao in loco de uma estao radiodifusora em operao um bom exemplo de atividade) parecem propiciar experincias que interessem ao aprendiz apartir do que ele se mobiliza e se movimenta cognoscitivamente na direo do aprendizado.

Em carter mais geral, a aprendizagem do Eletromagnetismo em nvel de sujeitoepistmico, pelas razes expostas ao longo desse trabalho, envolve operaes lgico-matemticas de at ensima potncia. Envolve, igualmente, abstraes das mais diversascategorias. Requer, por isso mesmo, aproximaes e afastamentos do sujeito do problemaconcreto na busca de uma formalizao que o habilite a operar com as noes de campo edesenvolver sua capacidade de fazer predies, estabelecer planejamentos e executar obras deengenharia na rea da eletricidade. Acreditamos que a tomada de conscincia sobre essesaspectos so fundamentais para o sucesso das estratgias de ensino na rea doEletromagnetismo

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

1. DAMSIO, Antonio. O erro de Descartes. So Paulo: Ed. Companhia das Letras,2001.

2. PIAGET, Jean. Biologia e conhecimento. So Paulo: Vozes, 1973.

3. ___. Adaptacin vital e psicologa de la inteligencia. Madrid: Siglo Veintiuno, 1974.

4. ___. O desenvolvimento do pensamento, Equilibrao das Estruturas Cognitivas.Lisboa: Publicaes Dom Quixote, 1977.5. ___. Abstrao Reflexionante - Relaes Lgico-Aritmticas e Ordem das RelaesEspaciais. Porto Alegre: Artes Mdicas, 1995.

LEARNING AND TEACHING ELECTROMAGNETICS: A DIALOGWITH PIAGET E DAMSIO

Abstract. This paper results from our interest in investigating some hypothesis for thereasons of the difficulties students have in learning Electromagnetics, a topic which isfundamental in the professional career of Electrical Engineers and is presently part ofcurricula in all undergraduate courses of electrical engineering worldwide. This paperreflects on the learning of the electromagnetic field concept, which we consider isfundamental for the learning of electromagnetism as a whole. We proceed our paperdiscussing this learning process on the basis of the biological and epistemologicalfoundations of the human knowledge, taken from the works of Jean Piaget and AntnioDamsio. At the end we offer suggestions to be appreciated by the Professors of this domainof knowledge.

Key words: Engineering Teaching, Teaching and Learning Electromagnetics.