Aluno do Mestrado: Victor de Oliveira Escola FACCENTRO cidade de Cruz Alta - RS 2011

1. Mestrado Profissionalizante em ensino de Física e Matemática ELETROMAGNETISMO Aluno do Mestrado: Victor de Oliveira Escola FACCENTRO cidade de Cruz Alta - RS 2011

2. CONTEXTUALIZAÇÃO DA SITUAÇÃO DE ENSINO • Professor Victor de Oliveira é graduado em Física Licenciatura pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) e aluno do curso de Mestrado Profissionalizante em Ensino de Física e de Matemática do Centro Universitário Franciscano (UNIFRA), e atua há dois anos na área de Ensino de Física; • A atividade didática apresentada nesta reflexão, foi desenvolvida na disciplina de Física em uma turma de ensino médio da escola FACCENTRO, uma instituição privada, no mês de outubro de 2011; • O conteúdo desenvolvido nessa atividade foi o Eletromagnetismo, aplicada a um grupo de 18 estudantes da 3ª série do Ensino Médio;

3. ELEMENTOS ESPECÍFICOS DA SITUAÇÃO DE ENSINO TEMA DA ATIVIDADE: • Aplicações do campo magnético; OBJETIVO GERAL: • A partir do desenvolvimento de experimentos simples e de baixo custo, verificar a aplicabilidade dos conceitos do Eletromagnetismo no dia-a-dia, em especial, o de campo magnético e proporcionar uma aprendizagem mais significativa aos estudantes;

4. ELEMENTOS ESPECÍFICOS DA SITUAÇÃO DE ENSINO OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Com essa atividade, espera-se que o estudante tenha a capacidade de: • Reconhecer aparelhos e equipamentos que fazem parte do nosso dia-a-dia e saber explicar seu funcionamento com base nos conceitos do Eletromagnetismo; • Relacionar fenômenos magnéticos e elétricos para explicar o funcionamento de motores elétricos e seus componentes, interações envolvendo bobinas e transformações de energia; • Compreender fenômenos magnéticos para explicar o magnetismo terrestre, o campo magnético de um ímã, a magnetização de materiais ferromagnéticos ou a inseparabilidade dos polos magnéticos;

5. RECURSOS DIDÁTICOS UTILIZADOS Nessa atividade foram propostos aos estudantes cinco experimentos de baixo custo e de fácil construção, e os materiais foram disponibilizados pelo professor. Os experimentos foram os seguintes: • Motor elétrico (Modelo A); • Motor elétrico (Modelo B); • Eletroímã; • Construção de uma bússola caseira; • Simulando o campo magnético terrestre;

6. Outros recursos utilizados foram: • O livro didático e a apostila de Eletromagnetismo; • Um folha contendo a estrutura de um relatório (contendo itens como objetivos, introdução teórica, materiais, etc.), para que os estudantes o preenchessem após a montagem do experimento; Clique aqui para visualizá-lo. • Acesso ao laboratório de informática da escola para pesquisa complementar;

7. METODOLOGIA UTILIZADA A aplicação desta atividade foi em 4 aulas de 50 minutos cada. Como temos 2 aulas de Física por turno (segunda e terça), dividi essa aula dois momentos: • Aula baseada na metodologia tradicional de Ensino (2 aulas); • Aula baseada na metodologia de projetos experimentais (2 aulas);

8. AULA BASEADA NA METODOLOGIA TRADICIONAL Nesse momento o professor apresentou os conceitos do Eletromagnetismo, em especial o de campo magnético e o de indução eletromagnética, por meio de aula expositiva e teórica e através de exemplos. Essa aula teve caráter basicamente teórico. O modelo tradicional de Ensino pode ser caracterizado pela: • transmissão de conhecimentos, baseado mais em respostas do que em perguntas; • utiliza uma metodologia didática expositiva e teórica; • centrada mais no professor do que no estudante e • focado na aprendizagem memorística;

9. AULA BASEADA NA METODOLOGIA DE PROJETOS EXPERIMENTAIS • Nesse momento o professor apresentou os roteiros dos projetos experimentais e disponibilizou aos estudantes os materiais para a que construíssem os experimentos; • Nessa aula o professor não interviu na construção dos projetos e nem na elaboração dos relatórios, mas a todo momento circulava pela sala de aula e quando solicitado auxiliava os estudantes com os projetos experimentais; • Para o trabalho com os projetos experimentais, dividi a turma em grupos de 4 integrantes, para que eles interagissem entre si, buscando soluções para as situações-problema a que se deparassem e cada grupo recebeu um roteiro de projeto; Som

10. AULA BASEADA NA METODOLOGIA DE PROJETOS EXPERIMENTAIS Neste sentido o professor se posiciona como: • Mediador da aprendizagem, e não mais como o centro das atenções; Enquanto que o estudante: • Deixa de ser um mero espectador da aula e passa a construir seu próprio conhecimento, com o auxilio do professor;

11. GRUPO 1: Motor elétrico (Modelo A) Objetivos: • Verificar a conversão de energia elétrica em energia cinética; • Entender o princípio de funcionamento de um motor elétrico; • Compreender o conceito Físico de campo magnético que está por trás do funcionamento do motor; Conclusões do grupo: • O motor elétrico funciona devido a repulsão de dois imãs, um permanente e outro gerado pela corrente que passa pelo solenoide; • Verificaram conceitos de campo magnético e de corrente elétrica; Clique aqui para ver a lista de materiais necessários e o procedimento metodológico para este projeto experimental. OS PROJETOS EXPERIMENTAIS

12. Fotos Grupo 1

14. GRUPO 2: Motor elétrico (Modelo B) Objetivos: • Verificar a conversão de energia elétrica em energia cinética; • Entender o princípio de funcionamento de um motor elétrico; • Compreender o conceito Físico de campo magnético que está por trás do funcionamento do motor; Conclusões do grupo: • Concluíram incorretamente que o motor elétrico possuía apenas um imã, afirmando que era um tipo de motor monofásico; • Apesar disso compreenderam o conceito de campo magnético envolvido e o princípio da atração e da repulsão; Clique aqui para ver a lista de materiais necessários e o procedimento metodológico para este projeto experimental. OS PROJETOS EXPERIMENTAIS 14

15. Fotos Grupo 2

17. OS PROJETOS EXPERIMENTAIS GRUPO 3: Eletroímã Objetivos: • Entender o funcionamento de um eletroímã; • Compreender o funcionamento de um solenoide e o campo magnético produzido por ele; Conclusões do grupo: • Verificaram corretamente que ao conectar o eletroímã a uma bateria ele se torna um imã, pois cargas elétricas em movimento geram campo magnético; • Perceberam que a força do imã é dependente do raio da bobina e concluíram que o formato redondo é o ideal, pois oferece uma secção máxima com um período mínimo; • Confundiram o sentido da corrente elétrica no eletroímã; Clique aqui para ver a lista de materiais necessários e o procedimento metodológico para este projeto experimental. 17 17

18. Fotos Grupo 3

21. OS PROJETOS EXPERIMENTAIS GRUPO 4: Construção de uma bússola caseira. Objetivos: • Entender o funcionamento de uma bússola; • Compreender o conceito de campo magnético; Conclusões do grupo: • Concluíram que o processo que torna a agulha ferromagnética em imã é pela orientação do imãs elementares da barra(imantação); • Entenderam que a terra é como se fosse uma imã gigantesco e que a bússola aponta para o norte geográfico pois é atraída o sul magnético; Clique aqui para ver a lista de materiais necessários e o procedimento metodológico para este projeto experimental. 21

22. Fotos Grupo 4

25. OS PROJETOS EXPERIMENTAIS GRUPO 5: Simulando o campo magnético terrestre. Objetivos: • Simular o campo magnético da terra através de um experimento simples; Conclusões do grupo: • Concluíram erroneamente que a bússola aponta para o norte magnético; • Entenderam que a terra é o centro magnético que atrai substâncias ferromagnéticas; • Criaram uma hipótese a respeito da origem do campo magnético terrestre que se aproxima muito da teoria científica formal mais aceita atualmente, que a origem do campo magnético terrestre está nos metais presentes no interior terrestre; Clique aqui para ver a lista de materiais necessários e o procedimento metodológico para este projeto experimental. 25 25

26. Fotos Grupo 5

28. AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE Som Os critérios foram os seguintes: • Montagem do experimento (0,5 pontos); • Relatório (0,5 pontos);

29. DIFICULDADES ENCONTRADAS Pelo professor: • Tempo curto para a preparação da atividade; • Dificuldades no atendimento de todos os grupos; Pelos estudantes: • Na construção do experimento; • Na elaboração do relatório; Som

30. REFERÊNCIAS TEÓRICAS Para o desenvolvimento e implementação desta atividade em sala de aula buscamos um referencial teórico que a sustentasse, ou seja, facilitar o processo de ensino-aprendizagem; Sendo assim, nos apropriamos de alguns elementos presentes na Teoria de Vygotsky;

31. REFERÊNCIAS TEÓRICAS Em sua teoria Vygotsky afirma que o desenvolvimento cognitivo depende do contexto histórico, social e cultural, ou seja, trata o homem como sendo um ser social formado dentro de um ambiente cultural historicamente definido; Por este motivo, o planejamento de ensino desta atividade didática levou em conta as interações sociais, pois dividi os estudantes em grupos para permitir o compartilhamento de seus conhecimentos e experiências entre si;

32. REFERÊNCIAS TEÓRICAS Nas interações, ocorre uma troca de significados através da mediação. Logo ela não se dá imediatamente; precisa ser mediada por signos e instrumentos (VYGOTSKY, 1985); Instrumentos: são objetos que tenham utilidade prática; Os instrumentos utilizados nesta atividade foram os materiais utilizados na confecção dos projetos experimentais; Signos: são elementos que simbolizam algo; Para o nosso caso utilizamos um conjunto de signos que é a fala, ou seja, o diálogo e os debates entre os componentes de cada grupo sobre seu projeto experimental e sobre os conceitos envolvidos;

33. REFERÊNCIAS TEÓRICAS Com a fala, o ser pode relacionar o concreto com o abstrato, o real com o simbólico, e assim, durante o processo de desenvolvimento generalizar várias situações que não acontecem durante a aprendizagem (VYGOTSKY, 1985). A fala ganha papel importante uma vez que os conceitos discutidos nesta aula foram os do eletromagnetismo, que são muito abstratos; Em sua teoria, a distância entre a capacidade de resolver sozinho um problema (Nível de Desenvolvimento Real) e a capacidade de resolver somente com o auxílio de outra pessoa mais experiente (Nível de Desenvolvimento Potencial), é chamada de Zona de Desenvolvimento Proximal (ZDP).

34. É na (ZDP) que ocorre o desenvolvimento cognitivo do sujeito, talvez por isto Vygotsky de tanta importância às interações sociais. Pude perceber claramente durante está aula o (NDR) e o (NDP). Circulando pela sala de aula verifiquei que alguns estudantes apresentavam dificuldades no entendimento do seu experimento. Nesse momento os colegas de grupo que tinham maior facilidade auxiliaram os que tinham maior dificuldade. Durante a aula procurei sempre me posicionar com um mediador da aprendizagem dos estudantes, não fornecendo a eles respostas prontas, mas sim, fazendo perguntas pertinentes que pudessem levá-los às respostas.

35. ANÁLISE CRÍTICA: Essa atividade foi pensada e desenvolvida tendo em vista a realidade da escola em que trabalho. Você professor fique a vontade para utilizar este material da forma que melhor lhe convir. A metodologia adotada e os experimentos utilizados foram desenvolvidos a partir de pesquisas em livros didáticos e na web e o roteiro pré-elaborado disponível no Anexo 2 é de minha autoria. Caso tenha de dúvidas sobre este material ou queira enviar sugestões deixo meu e-mail a disposição: profisica.victor@gmail.com

36. O papel de mediador do professor é fundamental no processo de ensino – aprendizagem de seus estudantes. FIM

37. Referências • http://www.pontociencia.org.br/ • VYGOSTKY, Lev Semenorich. A formação social da mente: o desenvolvimento de processos psicológicos superiores. 2ª edição. São Paulo. Martins Fontes, 1994. • Curso de Física, vol. 1 e 2. Beatriz Alvarenga Alvares e Antônio Máximo Ribeiro da Luz. Ed. Harbra.

38. ANEXO 1Roteiros dos projetos experimentais • Projeto grupo 1: Motor elétrico(Modelo A); Materiais necessários: • 1 imã de neodímio (encontrado em HD’s); • 1 pilha tamanho D; • 1 rolo de fita isolante; • 1 Tesoura sem ponta; • 2 clipes metálicos; • 1 m de fio de cobre esmaltado AWG 18 (1mm de diâmetro) ou fio de cabo telefônico; Procedimento metodológico: Fixe com a fita isolante os clipes nas extremidades da pilha deixando a parte circular inferior do para cima e nivelada. Para a construção da bobina, deixe 4 cm aproximadamente de cada lado para servir de eixo de rotação da bobina e enrole o fio tendo como modelo três dedos da sua mão. Retire totalmente o plástico de uma das pontas e da outra raspe apenas em um dos lados. Coloque a bobina no eixo dos clipes e aproxime o imã a uma distância aproximada de 1cm da bobina. Verifique que a bobina começará a girar. Caso não comece de alguns petelecos nela para que inicie seu movimento; voltar

39. ANEXO 1Roteiros dos projetos experimentais • Projeto grupo 2: Motor elétrico(Modelo B); Materiais necessários: • 80 cm de fio de cabo telefônico ou fio esmaltado de bitola AWG 18 (1mm de diâmetro); • 1 fonte de tensão de 3 V (2 pilhas AA e um porta pilhas com jacarés nos terminais de conexão; • 1 imã de HD ou imã de alto-falante; • 1 pedaço de madeira de 15 cm x 15 cm x 1,5 cm; • 2 pedaços com 7 cm de comprimento cada um de fio de cobre rígido de bitola AWG 12 (2 mm de diâmetro); • Massa epóxi; • Alicate de ponta; • Estilete; • Prego com bitola menor que AWG 20. Procedimento metodológico: vide próximo slide; 39

40. ANEXO 1Roteiros dos projetos experimentais Procedimento metodológico: Para a construção da bobina, pegue o fio esmaltado de 80 cm e construa a bobina com molde nos seus três dedos da sua mão. Deixe 4 cm aproximadamente de cada lado para servir de eixo de rotação da bobina. Retire totalmente o plástico protetor de uma das pontas e da outra raspe o plástico apenas em um dos lados. Construção do apoio da bobina e ligação elétrica: Retire a proteção de plástico dos dois pedaços de fio de cobre rígido e construa dois suportes para apoiar as pontas da bobina. Use um lápis cilíndrico para fazer o “S” nas pontas. Faça dois furos no pedaço de madeira com diâmetro menor que 2 mm e distantes de tal modo que os suportes fiquem na meia distância das pontas. Observe que um dos terminais ficará sempre em contato com o suporte de cobre e o outro, semi-raspado, ficará em contato apenas em uma meia volta da bobina. A altura deve ser tal que a bobina possa girar livremente em cima do imã. Fixe os suportes com massa epóxi. Coloque o imã embaixo da bobina e ligue os terminais da pilha aos suportes. Quando a corrente elétrica passa pela parte da bobina próximo do imã, uma força magnética faz com que ele gire. Se a bobina não girar de um peteleco com o dedo para iniciar o movimento. voltar 40 40

41. ANEXO 1Roteiros dos projetos experimentais • Projeto grupo 3: Eletroímã; Materiais necessários: • 1 parafuso de ferro com diâmetro aproximado de 1 cm e 7 cm de comprimento; • 1,5 m de fio esmaltado n. 28; • 2 pilhas médias AA ou 1 do tipo D e um porta pilhas; • Fita adesiva ou isolante; Procedimento metodológico: Dê cerca de 30 voltas com o fio esmaltado ao redor do parafuso, deixando pontas de 20 cm de comprimento aproximadamente de cada lado da bobina. Fixe as espiras com a fita adesiva ou isolante. Raspe as pontas para permitir o contato elétrico. ( O eletroímã construído nada mais é do que uma bobina com um material ferromagnético (parafuso de ferro) no seu interior. A função do parafuso é concentrar o campo magnético e torná-lo mais intenso). Ligue as pontas do fio aos terminais do porta-pilhas e coloque a cabeça do eletroímã ligado dentro de uma caixa de clipes, puxe para cima e verifique quantos clipes ele é capaz de segurar. voltar 41

42. ANEXO 1Roteiros dos projetos experimentais • Projeto grupo 4: Construção de uma bússola caseira. Materiais necessários: • um ímã em barra (desses usados para fechar portas de armário, por exemplo, facilmente encontrado em lojas de ferragens ou de materiais para construção); • grampo metálico daqueles usados para fechar pastas; • martelo; • um prego; • uma rolha; • uma agulha. 42 42

43. ANEXO 1Roteiros dos projetos experimentais Procedimento metodológico: Abra o grampo e dobre suas hastes. Usando o prego e o martelo, faça uma pequena saliência na parte central da cabeça do grampo. O ponteiro da bússola está quase pronto. Agora, só falta imantá-lo. Quando esfregamos um arame ou uma barrinha de aço ou de ferro sobre um ímã, obtemos novos ímãs. Portanto, pegue o ímã que você adquiriu e esfregue o grampo contra a lateral dele, tomando muito cuidado para não fazer movimentos de ida e volta durante o processo: esfregue o grampo somente em um sentido. Repita algumas vezes esse movimento e, pronto, o grampo estará imantado e, seu ponteiro, pronto. Pode acontecer de o grampo não ficar perfeitamente equilibrado. Para resolver esse problema, você pode enfiar pedacinhos de canudos de refresco nas pontas do grampo, até que o equilíbrio seja atingido. Falta testar a bússola: aproxime o ímã de uma das extremidades do ponteiro. Se tudo estiver certo, ela deve ser atraída por um dos polos do imã e repelida pelo outro. Se isso ocorrer, sua montagem está em ordem. Agora, afaste da bússola tanto o ímã como outros objetos metálicos: ela deverá funcionar como qualquer outra, ou seja, indicando a direção Norte e Sul. voltar 43 43 43

44. ANEXO 1Roteiros dos projetos experimentais • Projeto grupo 5: Simulando o campo magnético terrestre. Materiais necessários: • Bolinha de isopor de aproximadamente 5 cm de diâmetro; • Ímãs de neodímio; • Faca; • Espátula; • Cola branca; • Tinta guaxe; • Grampos; Procedimento metodológico: Inicialmente, cortamos a bolinha ao meio com a faca. Em seguida, abrimos um espaço para acomodar o ímã no centro da bolinha. É importante que o ímã fique fixo no meio da bolinha. Em seguida, passamos cola na parte de baixo da bolinha e pressionamos ambas as partes para que colem da maneira desejada. Com a cola seca, pintamos a bolinha para parecer com o planeta. Utilizamos grampos para observar as linhas de campo, basta coloca-los ao longo da superfície da bolinha para ilustrar o campo magnético produzido por ela. voltar

45. ANEXO 2Modelo de relatório pré-elaborado para atividade proposta neste trabalho CLIQUE AQUI para visualizá-lo.

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