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Este documento aborda o conceito de campo magnético, sua relação com a força magnética e a eletricidade estática. O texto explica o experimento de oersted que demonstrou a relação entre correntes elétricas e campos magnéticos, e apresenta a lei de biot-savart para calcular a intensidade do campo magnético. Além disso, discute a importância do teorema de stokes e da lei de ampère na compreensão do campo magnético. Finalmente, o texto introduz as leis de faraday e lenz sobre a indução eletromagnética.
O que você vai aprender
Tipologia: Transcrições
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João Alexandre da Silva Santos
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação pela Universidade Federal Rural de Pernambuco no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física. Orientadora: Profa. Dra. Sara Cristina Pinto Rodrigues
Recife – Pernambuco 2019
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João Alexandre da Silva Santos
Orientadora: Profa. Dra. Sara Cristina Pinto Rodrigues
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação pela Universidade Federal Rural de Pernambuco no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Aprovada por:
Presidente: Profa. Dra. Sara Cristina Pinto Rodrigues (DF - UFRPE)
Membro interno: Prof. Dr. Antônio Carlos da Silva Miranda (DF - UFRPE)
Membro externo: Prof. Dr. Pedro Hugo de Figueiredo (DF - UFRPE)
Suplente Externo: Prof. Dr. Anderson Luiz da Rocha e Barbosa (DF - UFRPE)
Suplente Interno:Prof. Dr. Ernande Barbosa da Costa (DF - UFRPE)
Recife – Pernambuco 2019
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Dedico este mestrado aos meus pais: Rosenildo Ferreira dos Santos e Claudia Maria da Silva Santos que sempre acreditaram no meu potencial e investiram o que puderam na minha educação. Sem esse apoio e confiança eu não teria conseguido chegar até aqui.
A minha companheira, Rayane Honorato da Costa, que esteve comigo em todos os momentos e sempre me incentivou a não desistir de meus sonhos.
A meu tio, Paulo Lucas da Silva, um ser humano incrível e que sempre enxergou em mim, uma força de vontade que até eu desconhecia.
A meus queridos irmãos de sangue: Alex Henrique da Silva Santos e Pedro Filipe da Silva Santos. Só Deus e vocês sabem das dificuldades que enfrentamos, mas sempre tivemos o apoio um do outro.
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Agradeço a Deus, pela realização de um sonho, por guiar meus caminhos e por me dar sabedoria e livramento nas minhas idas e vindas para a universidade, minha casa e meu trabalho.
A meus amigos de turma, em especial, Adelmário Silva, Alecsandro Rodrigues, Marcio Lima e Claudio Barrozo que sempre se fizeram presentes nos momentos de turbulência e nos momentos de alegria. Vocês são grandes amigos, homens verdadeiros e companheiros que levarei para sempre do lado esquerdo de meu coração.
Aos amigos Salatiel Souza e Marco Aurélio por estenderem a mão em um momento profissional que eu mais precisava. Obrigado pelo voto de confiança, pelas conversas e principalmente conselhos.
A Profa. Dra. Sara Cristina Pinto Rodrigues que aceitou o desafio de me orientar na reta final do mestrado e teve a paciência e o cuidado em cada linha que estava sendo escrita. A você professora, minha eterna gratidão, respeito e admiração pelo exemplo de profissional que és. Um ser humano fantástico e honrado, sinto – me orgulhoso em ter sido seu aluno nesta universidade.
Ao Prof. Dr. Adauto Souza que é coordenador do polo UFRPE e todo corpo docente que ministrou aula e compartilhou, comigo e toda turma, suas experiencias profissionais e de vida para nos motivar a sempre crescer e nunca permanecer na nossa zona de conforto.
A Sociedade Brasileira de Física (SBF) pela iniciativa de criar o mestrado profissional para os professores de física de todo Brasil.
Ao Colégio Integral por apoio e compreensão, enquanto, cursava as aulas no mestrado e por ceder o espaço para a aplicação do produto educacional desenvolvido.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001.
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o aluno entender melhor o conteúdo trabalhado. A comparação com outras turmas de terceiro ano da própria escola, em anos anteriores, foi um motivo de estudo, pois os terceiros anos passados não dispuseram de nenhum aparato experimental e as aulas sobre eletromagnetismo ocorreram de modo, apenas, tradicional. Na conclusão desse trabalho são apresentadas propostas para quem decidir trilhar o caminho da física como ciência experimental. Este trabalho tem como público alvo, em relação a estudo e pesquisa, os estudantes do curso de licenciatura em física e áreas afins, bem como os professores de física de escolas públicas e privadas, que possam utilizar o roteiro proposto, bem como o produto e dispositivo desenvolvido nesta dissertação em suas aulas ou em futuras pesquisas.
Palavras chaves: Aprendizagem significativa, eletromagnetismo, motor elétrico.
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João Alexandre da Silva Santos Supervisor: Profa. Dra. Sara Cristina Pinto Rodrigues
Master's Dissertation presented to the Post-Graduation Program by the Federal Rural University of Pernambuco in the Professional Master's Course of Physics Teaching (MNPEF), as part of the requisites required to obtain the Master's Degree in Physics Teaching.
In this dissertation, historical facts about the evolution of electricity and magnetism are discussed, as well as how they came together, giving rise to electromagnetism. The physical concepts and the experimental theory, involved and necessary for the construction of the electric motor, is approached in a cohesive, but objective and didactic way, so that the reader can understand and reflect each topic mentioned. In this work, the importance of experimental activities in the teaching of physics is also addressed and how experiments can help in the teaching - learning process. All pedagogical construction was based on theories of teaching and learning, such as constructivism, humanism and Behaviorism by thinkers Jean Piaget, Lev Vygotsky and David Ausubel. Every experimental procedure and the stages of the application, assembly, tests and pre-tests are described, as well as the improvement in the learning process are discussed in this work. The educational product was applied at Colégio Integral, which is a private institution, located in the municipality of Jaboatão dos Guararapes - Pernambuco. The target audience of the research was a third year class, belonging to high school. Based on the data collected, there was a significant improvement in the understanding of theories and physical phenomena, demonstrating
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Portanto as aulas experimentais devem proporcionar ao aluno oportunidades de conhecimento, através de desafios, reflexões interações e ações. Com esse intuito traçado é possível vencer a inércia do sistema educacional atual, esclarecido de modo muito oportuno por Villani (1982):
"Quando um docente prepara uma aula de Física, ele considera que os alunos não conheçam praticamente nada do assunto. Primeiramente, o professor expõe as leis e fórmulas e em seguida, ele dá exercícios e problemas nos quais as fórmulas serão aplicadas, o aluno aprende a relacionar as fórmulas com o conteúdo, mesmo não assimilando muito bem o seu significado, a maioria resolve os exercícios e consegue ser aprovada no final do curso, mas ficam as perguntas: Será que eles aprenderam o que foi ensinado? Será que aquilo que foi aprendido tem algum sentido profundo para os estudantes?”.
Alguns trabalhos de pesquisa em ensino destacam a importância da realização de atividades experimentais em sala de aula, como um forte aliado do professor de Física. Segundo Marinele (2006), no laboratório de Física os alunos podem ter a oportunidade de interagir entre si e com os professores, discutir diferentes pontos de vista de modo que todos os questionamentos venham a ser valorizados na atividade didática. O aprendizado torna-se mais amplo e completo se o aluno põe em prática o que aprendeu na aula experimental, trazendo consigo sua concepção e senso comum; podendo mudar até de forma drástica sua visão de mundo, pois a definição de certos fenômenos passa a ser interpretada de maneira diferente, investigativa e crítica. As aulas de física com experimento podem comprovar uma lei e ilustrar fatos que antes eram apenas abstratos.
De acordo com Borges (2002, p. 296):
“O objetivo da atividade prática pode ser o de testar uma lei científica, ilustrar ideias e conceitos aprendidos nas 'aulas teóricas', descobrir ou formular uma lei acerca de
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um fenômeno específico, 'ver na prática' o que acontece na teoria, ou aprender a utilizar algum instrumento ou técnica de laboratório específica.”
Alguns pesquisadores e estudiosos da área de ensino destacam algumas dificuldades que podem comprometer seriamente a eficácia do uso de experimentos didáticos no Ensino de Física, como, por exemplo, no trabalho de Araújo (2003):
No que se refere a essa dissertação, a proposta é o uso do motor elétrico para o ensino de eletromagnetismo e a comparação das aulas expositivas com as aulas experimentais. Para ser possível esse teste e essa análise, as aulas foram ministradas em duas escolas privadas e dois terceiros anos distintos, sendo que, em uma escola foi ministrado o conteúdo programático com o auxílio e suporte de um experimento e em outra não. As escolas, em questão, são o Colégio Integral situado em Jaboatão dos Guararapes e o Colégio Ideia situado no Recife. A turma contemplada com a aula experimental, a apostila contendo toda abordagem teórica e o roteiro do experimento foi o terceiro ano do Colégio Integral, mas em ambas as escolas foi aplicado o mesmo questionário contemplando os conceitos pré-estabelecidos sobre a indução eletromagnética. Os conteúdos que foram abordados no funcionamento e montagem do motor elétrico simples foram: campo magnético produzido por ímãs e correntes elétricas, campos magnéticos atrativos e repulsivos, corrente continua, associação de geradores em série (pilhas), circuito elétrico simples, campos magnéticos em bobinas e as leis da indução eletromagnética.
Essa dissertação aponta para a importância da aula experimental real, sem o computador como protagonista e sim o arranjo das peças necessárias para realizar a atividade e o risco do experimento não dar certo, pois experimentar é tratar com as diferentes variáveis e não uma outra variável controlável. Se o estabelecimento escolar não
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2.1. Modelos e tipos de teorias de ensino e aprendizagem
As teorias sobre o ensino e aprendizagem foram propostas com o intuito de descrever comportamentos e sistematizar um modelo de como as pessoas, em especial, os alunos aprendem. É importante destacar que o ensino de física inicia, ainda nas séries fundamentais como 8º e 9º ano e por isso, algum conhecimento prévio, o aluno já deve possuir para ser possível estudar conceitos físicos e matemáticos.
A forma como aconteceu o processo de aprendizagem do aluno é que será abordada, dando ênfase a algumas teorias e correntes que surgiram como Behaviorismo, cognitivismo e a teoria de aprendizagem de Ausubel que no decorrer do tempo tentou e tenta explicar como acontece o processo de ensino e de aprendizagem.
2.1.1. Behaviorismo (comportamentalismo)
É denominada como uma linha investigativa da psicologia como uma reação ao mentalismo que era muito forte na época. O behaviorismo investiga o comportamento humano, mediante a estímulos e respostas. Sendo uma área da psicologia, vários psicólogos como: John B. Watson (1878 – 1958), Clark L. Hull (1884 – 1952), B.F. Skinner (1904 – 1990) investigaram diferentes linhas do comportamento humano com base na observação e no estímulo.
Segundo Hull (1990), conforme citado por Moreira (1999, p.21): “O behaviorismo surgiu como uma reação à psicologia de até então, a qual se ocupava em estudar o que as pessoas pensavam e sentiam: a ideia era ocupar – se do que as pessoas fazem, omitindo por desnecessária qualquer discussão sobre a consciência.” O norte – americano, John B. Watson, é considerado o pai do Behaviorismo devido ao seu artigo publicado em 1913 com o título “Psicologia: como os behavioristas a veem”. Através de experimentos em seres humanos e animais ele supunha que todo aprendizado poderia ser dar do mesmo modo, ou seja, todo ser humano nasce com uma capacidade de
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realizar estímulos e respostas que originam os reflexos. Para exemplificar, Watson usa de alguns exemplos como o ato de espirrar e o ato da pupila dilatar ou contrair. Você espirra quando seu nariz está irritado com alguma coisa e sua pupila contrai ou dilata mediante ao estímulo da luz.
Já o Behaviorismo defendido por Burrhus Frederic Skinner, traz uma linha de um comportamento operante e defende um comportamento controlado por suas consequências, ou seja, o indivíduo se comporta mediante as recompensas que ele pode obter ou mediante as punições que ele pode evitar. Surge, então, a ideia de reforço positivo e reforço negativo, isto é, o reforço positivo bonifica a ação feita pelo ser humano e o reforço negativo pune a ação feita pelo ser humano. A corrente defendida por Skinner, dominou o pensamento e a prática psicológica e escolar até o ano de 1950.
2.1.2. Cognitivismo
É denominada como uma abordagem para o estudo da mente. O behaviorismo surge como resposta ao mentalismo e cognitivismo como resposta ao behaviorismo, pois passou a considerar a percepção, a resolução de problemas, a memória, a linguagem, a abstração e a compreensão como variáveis no processo de ensino e aprendizagem no desenvolvimento do ser humano.
2.1.3. Cognitivismo de Piaget
O suíço, Jean Piaget (1896 – 1980) é considerado o pioneiro do construtivismo da cognição humana. Uma das suas linhas de pesquisa aborda as fases do desenvolvimento do ser humano e como cada fase influencia no seu desenvolvimento. De acordo com Piaget, são quatro períodos de desenvolvimento cognitivo: sensorial, pré-operacional, operacional concreto e operacional formal.
O estágio do desenvolvimento sensorial ou sensório – motor é compreendido do nascimento da criança até mais ou menos 24 meses. Nesse período a criança é o centro do seu mundo e tudo que está a sua volta é como uma extensão do seu próprio corpo. À medida que a criança vai crescendo ela vai deixando de ser menos egocêntrica e vai entrando no próximo estágio.
O estágio pré-operacional é compreendido entre as crianças de um ano e meio ou dois anos até os 6 ou 7 anos de idade. Nesse período a criança começa a construir e associar pensamentos a respostas a estímulos externos, porém não é capaz de construir
