Autor: Luís Fernando Gastaldo [lfgastaldo@gmail.com]Orientador: Prof. Dr. Gilberto Orengo de Oliveira

PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO, PESQUISA E EXTENSÃOÁREA DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS

Curso de Mestrado Profissionalizante em Ensino de Física e de Matemática

Santa Maria, outubro de 2009

Este trabalho apresenta um aplicativo hipermídia com o uso de feedback processual, desenvolvido em flash, para ser utilizado como recurso didático voltado ao ensino de eletricidade no ensino médio

O material didático utilizado na organização pedagógica da hipermídia educacional está baseada em uma metodologia conhecida como metodologia dos Três Momentos Pedagógicos (DELIZOICOV e ANGOTTI; 1991) que são: problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento.

A proposta de feedback processual desenvolvida permite que em cada atividade, ao recolher a produção dos alunos, o professor tenha elementos que possibilitem, caso necessário, a escolha do tipo de ajuda que será dada a cada aluno e o redirecionamento mais indicado.

Para dar sustentação ao trabalho, utilizamos as idéias de Ausubel (Aprendizagem Significativa) como referencial de teoria de aprendizagem. O teórico David Ausubel, para quem “o fator isolado que mais influência a aprendizagem é aquilo que o aluno já sabe” (MOREIRA, 1999, p.152), lançou as bases para a teoria da aprendizagem significativa com especial atenção para a aprendizagem tal como ela ocorre na sala de aula. Por isto buscamos no trabalho deste autor um aporte teórico coerente e apropriado para trabalhar com o aplicativo hipermídia.

A teoria de Ausubel traz a Aprendizagem Significativa como conceito central, sendo ela um processo pelo qual os novos conhecimentos relacionam-se com a estrutura de conhecimentos prévios adquiridos pelo indivíduo. Ele considera que estes elementos específicos na estrutura cognitiva (que podem ser conceitos, informações ou proposições) é que podem permitir a construção de significados para uma nova informação.

Se o seu computador não possui um player do flash instale um, disponível gratuitamente na internet.

O aplicativo hipermídia de resistência elétrica foi desenvolvido em flash, portanto para utilizado, é necessário ter um player do flash instalado em seu computador. Caso já esteja instalado, clique na figura abaixo para acessá-lo.

No acesso ao aplicativo hipermídia o aluno é direcionado ao Menu inicial para que ele possa optar pelo tipo de atividade que ele vai realizar dentro do aplicativo. Entre as opções o aluno poderá escolher direcionar-se às Aulas, Leituras, Avisos ou Contato com o professor Se a opção escolhida for “Aulas” o aplicativo apresentará uma tela onde serão apresentadas explicações sobre a metodologia, objetivos, programa e avaliação.

Selecionando o botão “aulas” e no sub-menu “chuveiro”, o aluno tem acesso à tela de observação do chuveiro elétrico

No início das atividades do aplicativo, dentro do primeiro momento pedagógico (a problematização), o aluno tem acesso a uma tela com quatro questões sobre o chuveiro elétrico que deverão ser respondidas em caixas de texto.

Estas questões visam permitir ao aluno expor suas concepções alternativas referentes ao funcionamento do chuveiro e o aquecimento da água. Nesta fase, não cabe dar um retorno imediato ao aluno com a sugestão de respostas cientificamente corretas. O objetivo das questões é proporcionar ao aluno um espaço onde ele possa exteriorizar seus conceitos subsunçores para que posteriormente estes possam ser retomados, tanto pelo próprio aluno como pelo professor, configurando-se esta ação como parte integrante do feedback processual.

A proposta desta hipermídia também busca minimamente contemplar a observação de equipamentos eletro-eletrônicos segundo a sua função. Na tela 5, o aluno é convidado a classificar alguns aparelhos segundo sua função resistiva ou não-resistiva.

A investigação do chuveiro é iniciada na tela 6 onde uma imagem de uma parte de um chuveiro põe em destaque as informações das condições de funcionamento que o fabricante estabelece para este aparelho. Estas informações fazem referência a valores de grandezas Físicas por meio de seus símbolos e unidades. Uma utilização mais adequada para esta hipermídia poderá ser feita se o aluno, anteriormente a utilização desta hipermídia, tiver feito uma atividade de levantamento e organização de informações disponíveis em outros equipamentos (da sua casa, por exemplo). Esta organização permite uma melhor apropriação de termos e símbolos que expressem grandezas Físicas relevantes neste estudo como a potência, tensão, corrente elétrica e freqüência.

A tela 7 tem o propósito de fazer o aluno começar a perceber o que muda internamente no chuveiro para que ele possa proporcionar aquecimentos diferentes. Para isto é utilizado um vídeo onde o aluno poderá observar um chuveiro sendo aberto, expondo efetivamente o resistor e deixando em destaque os três pontos de contato elétrico que são utilizados para alterar os circuitos elétricos que irão funcionar quando a chave seletora do chuveiro estiver posicionada na indicação “quente” ou então na indicação “morno”. O texto desta tela também evidencia o material de que é feito o resistor do chuveiro.

As imagens e o texto da tela 8 foram selecionados para que o aluno possa perceber que a mudança no aquecimento proporcionado pelo chuveiro está relacionada ao comprimento do resistor em funcionamento. Diferentemente de algumas concepções dos alunos, o aquecimento maior ocorrerá quando um comprimento menor do resistor estiver em funcionamento e o aquecimento maior ocorrerá quando um comprimento menor do resistor fizer parte do circuito elétrico em funcionamento. Desta forma pretende-se que aos poucos o aluno possa perceber a relação existente entre a grandeza Física que posteriormente será definida como “resistência elétrica” e o comprimento do resistor.

A tela 9 sistematiza as relações entre as grandezas Físicas potência e corrente elétrica com o comprimento do resistor utilizado e o aquecimento proporcionado.

A utilização da metodologia dos três momentos pedagógicos propõe que após a problematização inicial, configuradas nesta hipermídia pelo uso de questionamentos, a organização do conhecimento deverá sistematizar os conceitos da Física necessários para a incorporação dos conhecimentos suscitados durante a problematização. As informações apresentadas na tela 10, relacionam-se com a questão “Porque o chuveiro não liga quando sai pouca água?” apresentada na tela 4.

Na tela 11 é apresentada como uma atividade do terceiro momento pedagógico, ou seja, uma aplicação do conhecimento para que o aluno possa, por meio de suas respostas, dar subsídios ao professor sobre a sua compreensão das relações entre as grandezas Físicas destacadas durante o momento pedagógico da organização do conhecimento. A tela apresenta a imagem de um chuveiro onde estão expressas algumas informações que normalmente são apresentadas pelos fabricantes de chuveiros.

A tela 12 tem por objetivo a transição do estudo das observações feitas no chuveiro elétrico para as observações feitas na lâmpada elétrica.

A tela 13 apresenta um conjunto de três lâmpadas de potências diferentes (150 W, 60 W e 25 W) mostrando também em destaque os filamentos destas mesmas lâmpadas. As questões desta tela visam provocar a observação das relações entre a potência expressa na lâmpada, os respectivos brilhos e as espessuras dos filamentos utilizados pelos fabricantes.

A tela 14 traz a classificação das lâmpadas como fluorescente e incandescente, e a consideração de que as lâmpadas incandescentes emitem luz a partir do aquecimento do seu filamento. Este item reforça a idéia deste tipo de lâmpada como um aparelho resistivo, isto é, a lâmpada também é um tipo de aparelho que converte energia elétrica em energia térmica.

O detalhamento teórico do funcionamento da lâmpada incandescente é relatado no texto da Tela 15 , trazendo também uma abordagem sobre o Efeito Joule.

A tela 16 salienta especificamente as diferenças entre as lâmpadas elétricas de potências diferentes.

Relações e conceitos utilizados na explicação do funcionamento da lâmpada elétrica são retomados na forma de questões na tela 17 (figura 17) sendo que uma das questões apresenta-se de forma mais lúdica para que a hipermídia mantenha-se em um contexto interacionista para o aluno.

Tanto nas propostas de observação do chuveiro como na observação das lâmpadas as grandezas Físicas potência elétrica e corrente elétrica são insistentemente relacionadas com as grandezas para avaliação do aquecimento do chuveiro e do brilho das lâmpadas. Mas também é de fácil percepção do aluno que estes equipamentos estão ligados em tensão única em sua residência. Na tela 18 estas três grandezas são relacionadas entre si e expressas em uma fórmula. Assim é possível o aluno relacionar o aquecimento dos chuveiros e o brilho das lâmpadas com o valor da potência elétrica e esta com a corrente elétrica. Afirma-se também que o controle dos respectivos aquecimento e brilho é feito pelos fabricantes dos equipamentos por meio do controle da corrente elétrica.

Na tela 19 apresenta-se a relação existente entre a corrente elétrica e resistência elétrica. As observações do chuveiro e das lâmpadas também possibilitam relacionar a grandeza Física resistência elétrica com o comprimento e a espessura do filamento do resistor de cada um destes aparelhos.

Nos aparelhos observados, os materiais condutores utilizados, são o níquel-cromo no resistor do chuveiro e o tungstênio no filamento da lâmpada. Nos fios condutores da residência o material é o cobre. Estes diferentes tipos de materiais utilizados nos circuitos elétricos destes aparelhos são citados para que o aluno perceba que além da possibilidade de mudar o comprimento e a espessura do resistor, também há a possibilidade de escolha do material a ser utilizado. A tela 20 apresenta esta relação da resistência elétrica com o tipo de material definindo a grandeza Resistividade elétrica.

A tela 21 apresenta alguns valores de resistividade dos materiais utilizados na instalação de chuveiros e lâmpadas. Os valores apresentados permitem ao aluno observar a grande diferença de ordem de grandeza entre materiais bons condutores e materiais maus condutores elétricos.

Com as observações das variações do comprimento do resistor do chuveiro, da espessura do filamento da lâmpada e das resistividades dos diferentes materiais condutores para obtenção dos diferentes aquecimentos nestes resistores o aluno poderá perceber que as grandezas relacionadas na fórmula da tela 22 representam bem mais do que letras para serem decoradas. A contextualização de cada grandeza da fórmula é essencial para que o aluno possa perceber que esta é a representação matemática das grandezas que definem os fatores pelos quais a resistência elétrica de um resistor pode variar.

Na tela 23 destaca-se a relação matemática que representa a resistência elétrica e as unidades das grandezas Físicas envolvidas.

Após a contextualização das grandezas envolvidas com o conceito de resistência elétrica, outra relação explorada é a relação de proporcionalidade entre a tensão e a corrente elétrica. Esta relação é expressa na tela 24 configurando-se no que chamamos de Lei de Ohm.

Uma vez que se tenha definido o principal conceito para os objetivos deste módulo didático, pode-se passar ao terceiro momento pedagógico, a Aplicação do Conhecimento. Neste momento o aluno poderá interagir com três applets envolvendo as grandezas Físicas relacionadas com o conceito de resistência elétrica.

O applet da tela 25 (figura 25) é constituído de uma esquematização de um circuito elétrico simples que permite ao usuário a interação para verificação da Lei de Ohm. Desta forma o aluno poderá abrir e fechar o circuito elétrico e alterar os valores da resistência elétrica e tensão elétrica, obtendo na representação de um amperímetro ideal, a corrente elétrica que o atravessa.

O segundo applet também representa um circuito elétrico simples, permitindo desta vez, que o usuário possa alterar os valores da tensão elétrica da fonte e os valores da área da secção transversal do fio resistor e seu comprimento. Também é possível optar entre três valores da resistividade elétrica do material do fio do resistor: cobre, níquel-cromo ou tungstênio. Estes materiais, são em geral, os materiais utilizados respectivamente nos fios condutores, nos resistores do chuveiros e no filamento das lâmpadas. Após o aluno definir no aplicativo, os valores escolhidos para as grandezas envolvidas, o voltímetro representado indicará o valor da corrente elétrica que estará circulando pelo circuito.

O terceiro applet traz para o aluno a representação de uma utilização de um resistor de imersão. O aluno poderá definir o valor da potência elétrica dissipada pelo resistor e resistência elétrica do resistor. Com isto ele poderá visualizar o valor da corrente elétrica que circula pelo resistor bem como a relação entre esta corrente elétrica e a temperatura atingida por uma massa de água, supostamente aquecida pelo resistor.

Para finalizar, o aluno será solicitado a responder duas questões referentes à Lei de Ohm e definição de resistência elétrica, conhecimentos e conceitos estes, que foram trabalhados durante a utilização do aplicativo. Salienta-se que estes aplicativos foram desenvolvidos dentro de parâmetros ideais, não sendo consideradas, por exemplo, a variação da resistência elétrica com a temperatura, perdas de energia, ou outras. Na tela 28 são apresentados dois exercícios para que o aluno possa aplicar os conhecimentos trabalhados na hipermídia, alicerçando-se no ferramental matemático e applets apresentados.

Após os questionamentos feitos durante a utilização do aplicativo, um quadro com as respostas desenvolvidas pelo aluno é apresentado na Tela 29. O aluno poderá verificar e reavaliar suas próprias respostas e considerando-as adequadas ele poderá preencher a caixa texto para identificar-se com seu nome e e-mail e enviar suas respostas e identificações para o professor por meio da internet.

Para receber o email de seus alunos você deve abrir a pasta com o arquivo PHP da figura abaixo e mudar o email nele existente (no local indicado pela seta) pelo email para onde você quer que seus alunos enviem as respostas.