Eletromagnetismo no Ensino Médio

1. Introdução

2. Localização da atividade no curso

A atividade com o circuito simples será a primeira do curso. Será feita na primeira aula.
Esse curso terá, neste semestre, dois grandes objetivos: a corrente elétrica e ondas eletromagnéticas. Esta atividade está localizada logo no início do curso, pois pretende suscitar nos alunos suas pré-concepções sobre corrente elétrica. De um modo geral, essas concepções já são esperadas por mim, portanto, o objetivo não é um diagnóstico, mas sim, fazer com que o aluno se dê conta da existência de um fenômeno físico determinado (a corrente elétrica) e que elabore sua teoria acerca deste fenômeno de forma sistemática, para que ele mesmo se dê conta, posteriormente, de eventuais contradições nesta teoria.

3. Objetivos Específicos

Ao manipular e observar o circuito de forma a produzir uma teoria a seu respeito espera-se que o aluno manifeste uma idéia inicial de corrente elétrica como um fluxo em um meio material. Essa idéia inicialmente não deverá considerar a existência de partículas subatômicas. O aluno, neste ponto, deve estar pensando em um fluxo de energia, sem pensar necessariamente no que seria esta energia ou em como seria transportada.
A princípio, a idéia de corrente elétrica como fluxo de energia já é bastante satisfatória neste ponto, entretanto, antes de partirmos para uma etapa mais avançada devemos refinar bem este conceito inicial. Deve ficar claro para o aluno que para que exista este fluxo algumas condições devem ser satisfeitas: o circuito deve estar fechado, a pilha é necessária e é a fonte desta energia (neste momento pretendo que eles apenas percebam esta necessidade, sem discutir muito o funcionamento da pilha), esse fluxo tem um sentido único preferencial (que é influenciado pelos pólos da pilha), esse fluxo pode ser associado a um número (medida de corrente elétrica com o multímetro) e para que essa associação seja feita é necessário que o aparelho faça parte do circuito e a lâmpada deve fazer parte do circuito.

4. Concepções dos alunos

Cada uma das condições necessárias para o funcionamento do circuito elétrico citadas anteriormente será trabalhada pensando no tipo de concepção que ao aluno normalmente tem a respeito e nas possíveis formas de lidar com essas concepções.
Para que o aluno perceba a importância do circuito fechado, basta abri-lo em alguns pontos e perguntar o que acontece. Com a pilha, é a mesma coisa, tirando a pilha não há corrente e mais, se a pilha “acaba” também não há corrente, o que leva a crer que a pilha, diferentemente dos outros componentes do circuito, está sendo gasta (sem considerar, é claro, o desgaste natural dos materiais) e isso pode levar o aluno a pensar na pilha como a fonte da energia em questão. Já o sentido preferencial do fluxo é mais complexo.  O maior problema ocorre com a idéia de que há dois fluxos e que estes se encontram na lâmpada para acendê-la (com uma explosão ou faíscas). Para fazer com que os alunos reelaborem esta idéia, um caminha possível é o de pedir a eles que acendam duas lâmpadas com os materiais fornecidos. Os adeptos desta teoria deverão explicar como os dois fluxos podem encontrar-se ao mesmo tempo em dois pontos distintos.
Com relação à medida deste fluxo, a idéia é utilizar o multímetro para que os alunos verifiquem que o fluxo em questão (corrente elétrica) pode ser medido e para que tome contato com as unidades de medida de corrente.
Também é importante mostrar que a lâmpada faz parte do circuito (isso pode ser feito quando tratamos do fechamento do circuito). Para que o aluno perceba isso, devemos chamar a atenção dele para a montagem correta do circuito (os pontos de contato na lâmpada!) e, se isso não esclarecer, podemos mostrar a ele uma lâmpada aberta ou um esquema da parte interna da lâmpada.

5. Material necessário e Procedimentos

A turma será dividida em grupos com até quatro componentes (número esperado de grupos: 10). Isso será feito, primeiramente, pela escassez de material (não seria possível conseguir um kit para cada aluno) e em segundo lugar para propiciar uma troca de idéias entre os alunos. Cada grupo receberá um kit contendo:

1. uma lâmpada (3V);
2. uma pilha pequena (1,5V);
3. dois fios de cores diferentes.

Pede-se a cada grupo que acenda a lâmpada utilizando a pilha e os fios.  
Muitos alunos têm a concepção de corrente elétrica como a passagem de dois fluxos de energia de origens distintas (uma negativa e uma positiva). Desta concepção surge a idéia da necessidade de dois fios diferentes para o funcionamento da corrente elétrica. É pensando nesta concepção que adicionamos ao kit dois fios de cores distintas. Espera-se que pelo menos um dos grupos consiga acender a lâmpada utilizando apenas um fio (caso isso não ocorra eu posso desafiar os alunos a fazê-lo) e isso fará com que esta concepção seja explicitada pelo aluno e, ao mesmo tempo seja posta em dúvida. Não colocar os fios poderia fazer com que esta idéia passasse despercebida e não fosse reelaborada pelo próprio aluno.
O professor deve estar atento às discussões entre os alunos (elas revelam mais claramente as concepções de cada um).
Após o acendimento das lâmpadas pelos grupos os alunos deverão desenhar o circuito deixando claros os pontos de contato entre lâmpada, pilha e fios. No desenho também deverá estar representado o fluxo de energia que acende a lâmpada.
Por último o professor deverá pedir que cada grupo apresente para a sala seu desenho e sua concepção do fluxo de energia que explica como a lâmpada acende.
Após as apresentações haverá uma discussão e os próprios alunos tentarão argumentar e refutar teorias contraditórias. Se o resultado final estiver muito distante da concepção esperada o professor deverá fazer novos experimentos para salientar os pontos mais importantes do circuito.
Ao final o professor deverá apresentar uma síntese mostrando as ligações no circuito e a importância de que o circuito esteja fechado.

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