APÊNDICE - Produto Educacional, Slides de Energia

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APÊNDICE - Produto Educacional

APRESENTAÇÃO

Caro professor,

Esta material aborda conteúdos pertinentes à Eletrodinâmica voltados para o Ensino Médio e foi desenvolvido na perspectiva de Moreira (2011) sob a forma de Unidades de Ensino Potencialmente Significativas (UEPS). Pode-se dizer que uma UEPS tem um diferencial por ser uma sequência didática com fundamentação teórica com focada na aprendizagem significativa (AUSUBEL, 1980). Sendo assim, o conhecimento prévio é a variável que mais influencia o processo de aprendizagem. As UEPS tem como pressuposto filosófico que só há ensino quando há aprendizagem e esta deve ser significativa; ensino é o meio, aprendizagem significativa é o fim; materiais de ensino que busquem essa aprendizagem devem ser potencialmente significativos. A Sequência Didática aqui apresentada é parte integrante do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF) da Sociedade Brasileira de Física (SBF), onde fui aluno no Polo do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense (IF Fluminense). Foi realizada uma intervenção didática em sala de aula, e aplicada uma das UEPS tendo como objetivo central verificar a relevância da nova proposta como facilitadora da aprendizagem da Eletricidade.

Dúvidas, sugestões e críticas serão aceitas e bem-vindas. Nícolas da Silva Mota nicolasmota.fisica@gmail.com

Introdução

Alguns conceitos fundamentais das UEPS (MOREIRA, 2011^1 )

Aprendizagem mecânica : é a memorização, sem significado, de informações a serem reproduzidas em curto prazo; aprender mecanicamente é simplesmente decorar. Do ponto de vista cognitivo, as informações são internalizadas praticamente sem interação com conhecimentos prévios. No cotidiano escolar, é a “decoreba”.

Aprendizagem significativa: aprendizagem com significado, compreensão, capacidade de explicar, de aplicar o conhecimento adquirido a novas situações; resulta da interação cognitiva não-arbitrária e não-literal entre conhecimentos prévios e novos conhecimentos; depende fundamentalmente de conhecimentos prévios que permitam ao aprendiz captar significados (em uma perspectiva interacionista, dialética, progressiva) dos novos conhecimentos e, também, de sua intencionalidade para essa captação.

Atividade colaborativa: resolução de tarefas (problemas, mapas conceituais, construção de um modelo, realização de uma experiência de laboratório, etc.) em pequenos grupos (dois a quatro participantes), com participação de todos integrantes e apresentação, ao grande grupo, do resultado, do produto, obtido; esse resultado deve ser alcançado como um consenso do pequeno grupo a ser apreciado criticamente pelo grande grupo.

Avaliação formativa : é aquela que avalia o progresso do aluno ao longo de uma fase de sua aprendizagem; a que contribui para a regulação da aprendizagem, em andamento, no progressivo domínio de um campo conceitual; é uma avaliação contínua e ocupada com os significados apresentados e em processo de captação pelo aluno.

Avaliação somativa: é aquela que busca avaliar o alcance de determinados objetivos de aprendizagem ao final de uma fase de aprendizagem; é usualmente baseada em provas de final de unidade, em exames finais.

(^1) Extraído de: MOREIRA, 2011.

Conhecimento declarativo: é o conhecimento que pode ser verbalizado, declarado de alguma maneira, refere-se ao conhecimento sobre objetos e eventos; é representado mentalmente por proposições e imagens mentais.

Conhecimento prévio: conceitos subsunçores, representações, esquemas, modelos, construtos pessoais, concepções alternativas, invariantes operatórios, enfim, cognições já existentes na estrutura cognitiva do aprendiz.

Conhecimento procedimental: é aquele que consiste de habilidades cognitivas envolvidas no saber fazer algo; é o conhecimento sobre como executar ações; estaria representado mentalmente por meio de produções, ou seja, regras sobre condições e ações.

Diferenciação progressiva: como princípio programático da matéria de ensino, significa que ideias, conceitos, proposições mais gerais e inclusivos do conteúdo devem ser apresentados no início do ensino e, progressivamente, diferenciados, ao longo do processo, em termos de detalhes e especificidades. Do ponto de vista cognitivo, é o que ocorre com determinado subsunçor à medida que serve de ancoradouro para novos conhecimentos em um processo interativo e dialético.

Material potencialmente significativo: o significado está nas pessoas, não nas coisas. Então, não há, por exemplo, livro significativo ou aula significativa; no entanto, livros, aulas, materiais instrucionais de um modo geral, podem ser potencialmente significativos e para isso devem ter significado lógico (ter estrutura, organização, exemplos, linguagem adequada, enfim, serem aprendíveis) e os sujeitos devem ter conhecimentos prévios adequados para dar significado aos conhecimentos veiculados por esses materiais.

Organizador prévio: material instrucional introdutório apresentado antes do material a ser aprendido, em si, em nível mais alto de abstração, generalidade e inclusividade; segundo Ausubel (1968, 2000), sua principal função é a de servir de ponte entre o que o aprendiz já sabe e o que deveria saber a fim de que o novo conhecimento pudesse ser aprendido significativamente. Na prática, organizadores prévios funcionam melhor quando explicitam a relacionabilidade entre novos conhecimentos e aqueles existentes na estrutura cognitiva do

Proposta de UEPS para ensinar Eletrodinâmica

Objetivos Reconhecer a corrente elétrica como o movimento ordenado de elétrons; Diferenciar corrente elétrica contínua de corrente elétrica alternada; Reconhecer os efeitos da corrente elétrica; Reconhecer a resistência elétrica como elemento inerente a todo e qualquer circuito elétrico; Representar resistores elétricos em circuitos elétricos; Relacionar resistência e resistividade elétrica; Identificar fatores de risco que podem causar choques elétricos; Reconhecer os efeitos de um choque elétrico no corpo humano e os fatores que aumentam e diminuem esses efeitos; Reconhecer o efeito Joule no cotidiano e a explicação do fenômeno; Calcular o consumo elétrico com base na potência elétrica e estimar o custo associado.

Sequência (Resumo)

1. Situação inicial: os alunos serão incentivados a elaborarem um mapa mental sobre a Eletrodinâmica. No mapa mental o sujeito tem total liberdade para fazer associações entre seus conhecimentos, suas representações, suas cognições, a partir de uma palavra-chave ou uma imagem central. Assim, os alunos ficarão à vontade para fazer relações da Eletrodinâmica com outros ramos da Física e/ou com o seu cotidiano, suas representações sociais. Os mapas mentais deverão ser entregues ao professor. 2. Situações-problema iniciais: leitura e discussão do estudo de caso “Um dia de altas tensões”. Esta atividade funciona como um organizador prévio e tem por objetivo à aproximação da Física ao cotidiano dos alunos. Após a leitura do caso, em grupo deverão discutir e responder as seguintes questões: a) Ao cortar o terceiro pino da tomada da TV, a mesma funcionará? Você concorda com Júlia que esse pino não possui utilidade? Em caso negativo, por que os fabricantes de produtos elétricos passaram a fabricar produtos com tomadas com três pinos? b) Ao ligar a TV e o carregador do celular em uma tomada de 220 V, há algum risco? Que danos podem ocorrer com cada aparelho? c) Ao ligar o chuveiro, Júlia levou choque e sua mãe não. Você poderia dar uma explicação provável para isso?

d) Que efeitos biológicos um choque elétrico pode causar? e) Ao mudar a chave de um chuveiro, da posição verão para inverno, por exemplo, o que acontece internamente para a água sair mais aquecida? f) O que é a resistência de um chuveiro? Pra que ela serve? g) Você concorda com a afirmação de Júlia “220 é muita energia e queima o aparelho”? Justifique.

3. Aprofundando conhecimentos: serão trabalhados os conceitos de corrente elétrica, diferença de potencial, resistência, potência e energia elétrica, juntamente com toda parte algébrica dos mesmos. Para esta etapa devem ser levadas em consideração a diferenciação progressiva e a reconciliação integradora em todos os momentos. Além disso, a recursividade deve existir. Experimentos de baixo custo podem ser utilizados para uma melhor visualização e compreensão de determinados fenômenos. 4. Diferenciação progressiva: será aplicada nesta etapa a atividade ‘Dimensionando circuitos’ com a utilização de computadores. A atividade apresenta progressividade em sua sequência e possibilita a recursividade, uma vez que o software auxilia aos alunos na resolução dos problemas propostos. 5. Novas situações: será utilizado o jogo ‘Mito ou verdade?’, este consiste de afirmativas acerca de situações cotidianas 6. Reconciliação integrativa: Retorno ao estudo de caso. 7. Avaliação somativa individual : esta atividade, que ocupará uma aula, deverá ter sido já anunciada para os alunos; não deverá ser de surpresa. Propor questões na forma de simulado voltado para o Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM). 8. Encontro final integrador: Construção de mapas conceituais 9. Avaliação da própria UEPS: sugere-se ser realizada em função das evidências de aprendizagem obtidas. Reformular algumas atividades, se necessário.

Total de horas-aula: 20 a 24

Instruções de aplicação

Nesta atividade, os alunos, divididos em grupos de três a quatro alunos, receberão uma cartolina e alguns conceitos acerca do tema. O objetivo é cada grupo relacionar esses conceitos, sem consulta de qualquer material, de forma livre por meio de um mapa mental. Ao final, o professor deve solicitar a troca dos mapas entre os grupos e que elejam um membro de cada grupo para explanar o mapa de forma breve para toda a turma. O objetivo é identificar que o conhecimento é organizado de maneira diferente em mentes distintas. Além disso, mostrar que os mapas não são autoexplicativos. Cabe ressaltar que nessa etapa final, é importante que o professor tome nota, ou grave as explicações dadas por cada grupo, para facilitar a interpretação dos mapas futuramente e também para captar os conhecimentos prévios dos alunos acerca do tema. O professor deve realizar uma análise minuciosa dos mapas para extrair os conhecimentos prévios dos alunos e as possíveis dificuldades. Fazer ajustes se necessários na explanação do conteúdo e aplicação das demais atividades para que estes vão ao encontro dos conhecimentos prévios almejando uma possível aprendizagem significativa.

2. Situações-problema (1 aula): o Estudo de Caso

Neste encontro, será apresentado o estudo de caso ‘Um dia de altas tensões’, disposto a seguir. Estudos de Caso, em poucas palavras, consistem em narrativas sobre dilemas vivenciados por pessoas que necessitam tomar decisões a respeito de determinados assuntos. É uma ferramenta muito interessante quando se trata de aprendizagem por problematização. Em uma UEPS, é aconselhável criar situações-problema nos momentos iniciais da aplicação. Esta atividade funciona como um pseudo-organizador prévio, isto é, um material instrutivo e introdutório que deve ser apresentado antes do conteúdo propriamente dito. Seu principal objetivo é o de “servir de ponte entre o que o aprendiz já sabe e o que deveria saber a fim de que o novo conhecimento pudesse ser aprendido significativamente”. (AUSUBEL, 1968 apud MOREIRA, 2011, p. 10). O Caso relata a história de uma família que se muda para uma nova casa e se depara com uma série de problemas relacionados de forma direta ou indireta com a Eletrodinâmica. Sua principal função é levar à aproximação da Física ao cotidiano dos alunos.

O Caso:

Figura: http://teatrocristao.net/sites/default/files/page/ mf.jpg.pagespeed.ce.ZPLi2APJo5.jpg

Figura 3 - Esquema de avaliação do Caso

Fonte: O autor (2017).

Observações: o professor é livre para elaborar outro caso, alterar nomes dos personagens e o local, contudo devem ser levadas em conta, dez regras definidas por HERREID (1998, p. 163) que afirma que para elaborar um bom caso é necessário que este obedeça as regras listadas na Figura 4.

Figura 4 - Dez regras para se elaborar um bom caso

Fonte: O autor (2017).

3. Aprofundando conhecimentos: Aulas expositivo-dialogadas (6 aulas)

Nesta etapa, serão apresentados os conteúdos de forma expostivo-dialogada. A diante têm-se a teoria e atividades experimentais de baixo custo que poderão ser aplicadas ao longo das aulas. Estima-se em aproximadamente seis aulas o conteúdo possa ser trabalhado. Vale ressaltar que o mesmo será retomado em outras etapas e reapresentado, como propõe Moreira (2011). Nas figuras das próximas páginas, tem-se a sequência de apresentação de slides utilizadas para conduzir o conteúdo, seguido de comentários relevantes na apresentação e que podem ser baixados através do link a seguir:

O que é fluxo? Fluxo em física

• O fluxo é a quantidade de uma grandeza queatravessa uma superfície por unidade de tempo.
• Exemplo: fluxo de calor.

Fluxo de carga

• Quando as extremidades de um condutor estãoem diferentes potenciais elétricos, a carga flui de uma extremidade para outra.
• Corrente elétrica:

Exemplo 1

• Um fio condutor é percorrido por uma correnteelétrica constante, de modo que cada minuto passam 7,5 x 10^19 elétrons. Calcule a intensidade dessa corrente.

goo.gl/Lytq

Efeito químico

• Ocorre em determinadas reações químicasquando a corrente elétrica atravessa soluções eletrolíticas. Eletrólise é a reação de oxirreduçãoprovocada pela corrente elétrica

Efeito magnético

• Toda corrente elétrica gera um campo magnéticoao seu redor. Uma aplicação deste efeito pode ser encontrada nos eletroímãs, dispositivos queutilizam a corrente elétrica para gerar um campo magnético semelhante àqueles encontrados nosímãs naturais.

Tipos de corrente elétrica

• Corrente contínua: é um fluxo de cargas em umúnico sentido. Esse tipo de corrente é produzido, principalmente, por pilhas, baterias e células fotovoltaicas.
• Corrente alternada: é um fluxo oscilante de cargasque ora se movimenta em um sentido, ora em outro. A corrente alternada é fornecida pelas usinas geradoras de energia elétrica para as residências e as indústrias. No Brasil, essa alternância ocorre 60vezes a cada segundo, originando uma corrente alternada de 60 Hz.

Tipos de corrente elétrica (gráficos)

Tensão elétrica (Diferença de potencial elétrico)

• Seu papel é fazer com que os elétrons semovimentem no circuito elétrico.
• É o que chamamos de voltagem no cotidiano.
• Sua unidade de medida é o volt (V).

As tomadas

• Os dois pinos principais são para transportar a corrente através de um fio duplo, um dos quais está “vivo” (energizado) e o outro neutro, enquanto o terceiro pino(sempre cilíndrico) deve estar conectado ao sistema elétrico de aterramento – diretamente com o solo.

As tomadas

• O terceiro pino garante segurança.
• Em resumo, o pino do meio funciona como um escoamento dessas cargas. Sobretudo, para isso acontecer, é necessário ter um sistema de aterramento feito na residência, o que namaioria dos casos não se tem nas residências brasileiras.

Circuitos elétricos

• Denominamos circuito elétrico ao conjunto deaparelhos com os quais se pode estabelecer uma corrente elétrica, como o das fotos abaixo.

Circuitos elétricos

• Fechar um circuito é efetuar a ligação que permite a passagem da corrente elétrica; um circuito é interromper essa corrente. Tais abrir operações se efetuam geralmente, por meio deuma chave.

Resistência elétrica

• É a capacidade de um corpo se opor à passagem de corrente elétrica quando existe uma diferença de mesmo potencial aplicada.
• Como o nome sugere, está relacionada ao ato deresistir.
• Seu cálculo é dado pela Primeira Lei de Ohm:

A primeira Lei de Ohm

• ohms-law_pt_BR.html

Exemplo 3

• Aplica-se uma ddp nos terminais de um resistore mede-se a intensidade de corrente elétrica que o atravessa. Repete-se a operação para ddpsdiferentes e constrói-se o gráfico abaixo, obtendo a curva característica do resistor.Determine o valor da resistência elétrica desse resistor.

Associação de resistores: série

• Todos elementos resistivos pela mesma corrente elétrica são percorridos. Por outro lado,elementos resistivos. a tensão elétrica é dividida entre os

Para n resistores em série:

Associação de resistores: paralelo

• A tensão fornecida aos elementosresistivos é a mesma. Já, a corrente elétrica é dividida circuito. entre os elementos do

Para n resistores em paralelo:

Exemplo 6

• Calcular o valor da resistência equivalente na associação a seguir.

Exemplo 7

• Entre os pontos A e B, é aplicada uma diferença de potencial de 24 V. Determine a corrente quepercorre cada resistor.

Exemplo 8

• No circuito representado na figura abaixo, aintensidade da corrente elétrica através do resistor de 3por uma fonte de tensão ideal  é de 2 A. O circuito é alimentado . Qual o valor da diferença de potencial entre os terminais dafonte?

Exemplo 9

• Um circuito contém cinco resistores ligados auma bateria cuja diferença de potencial é de 12 V, conforme é mostrado na figura abaixo.Calcule a diferença de potencial em cada resistor. Dados: R1 = 3Ω, R2 = 6Ω, R3 = 12Ω, R4= 5Ω e R5 = 4Ω.

Exemplo 10

• Determine o valor das correntes iresistência equivalente no circuito a seguir. 1 , i 2 e i 3 e a