REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.11073529
José William Ferreira dos Santos
Resumo
Neste texto, serão exploradas estratégias pedagógicas e recursos disponíveis para auxiliar o ensino do eletromagnetismo, visando proporcionar uma aprendizagem mais eficaz e envolvente para os alunos. A partir dos trabalhos de cientistas renomados, como Michael Faraday, James Clerk Maxwell e Heinrich Hertz, serão empregadas estratégias pedagógicas e recursos com o objetivo de tornar o aprendizado mais eficaz e cativante para os estudantes. A compreensão dos princípios básicos do eletromagnetismo é fundamental para que se possa navegar por diversos campos da ciência, tecnologia e inovação.
Palavras-chave: Física; Metodologias; Eletromagnetismo.
Abstract
This text aims to explore pedagogical strategies and available resources to assist in the teaching of electromagnetism, providing a more effective and engaging learning experience for students. Building upon the works of scientists such as Michael Faraday, James Clerk Maxwell, and Heinrich Hertz, we will utilize pedagogical strategies and resources to make the learning process more effective and captivating for students. Understanding the basic principles of electromagnetism is essential to navigate through many fields of science, technology, and innovation.
Keywords: Physics; Methodologies; Electromagnetism.
Resumen
En este texto, se explorarán estrategias pedagógicas y recursos disponibles para ayudar en la enseñanza del electromagnetismo, con el objetivo de proporcionar una experiencia de aprendizaje más efectiva y atractiva para los estudiantes. Basándose en los trabajos de científicos renombrados como Michael Faraday, James Clerk Maxwell y Heinrich Hertz, se emplearán estrategias pedagógicas y recursos para hacer el proceso de aprendizaje más efectivo y cautivador para los estudiantes. Comprender los principios básicos del electromagnetismo es fundamental para navegar por diversos campos de la ciencia, la tecnología y la innovación.
Palabras clave: Física; Metodologías; Electromagnetismo.
1. Introdução
O eletromagnetismo é considerado uma das disciplinas mais fascinantes da física, uma vez que descreve a interação entre cargas elétricas e campos magnéticos, possibilitando a compreensão de fenômenos como luz, magnetismo, eletricidade e comunicação sem fio. No entanto, seu ensino pode ser desafiador tanto para professores quanto para alunos, devido à complexidade do assunto, exigindo esforço considerável na criação de modelos para sua compreensão. Além disso, muitos estudantes enfrentam dificuldades ao tentar aplicar os conceitos teóricos na prática. Nesse contexto, exploram-se estratégias pedagógicas e recursos disponíveis para melhorar o ensino do eletromagnetismo, visando proporcionar uma aprendizagem mais eficaz e envolvente, em consonância com as afirmações de Redish (2001, p. ?): “O papel do professor é guiar os alunos em suas descobertas, não simplesmente transmitir conhecimento”.
A compreensão do eletromagnetismo revela-se crucial para o estudo da física, pois explica os fenômenos elétricos e magnéticos presentes em nossa vida diária. Trata-se de um ramo da física que investiga a relação entre os campos elétricos e magnéticos, bem como a influência das cargas elétricas e correntes elétricas. A partir das contribuições de cientistas como Michael Faraday, James Clerk Maxwell e Heinrich Hertz, estabeleceram-se as bases teóricas e leis do eletromagnetismo, que descrevem o comportamento das cargas elétricas geradas pelos campos elétricos e magnéticos, bem como suas interações. Tais estudos e experimentos foram fundamentais para a compreensão de diversos fenômenos elétricos e magnéticos, como o funcionamento de motores elétricos, a geração e transmissão de energia elétrica, a produção de campos magnéticos em ímãs e a propagação de ondas eletromagnéticas, tais como ondas de rádio e de luz.
No âmbito do ensino do eletromagnetismo, é essencial combinar uma abordagem teórica com atividades práticas, como experimentos em sala de aula, de modo que os alunos possam visualizar e compreender concretamente os conceitos apresentados. A utilização de recursos audiovisuais, como simulações em computador e vídeos, quando possível, pode ser uma forma eficiente de elucidar dúvidas que surjam durante o aprendizado, possibilitando a transmissão clara e objetiva do conhecimento. Conforme mencionado por Piaget (1999), é necessário aproveitar a curiosidade como um impulsionador do aprendizado. “A curiosidade é o motor da aprendizagem e do desenvolvimento intelectual” (Piaget, 1999, p. 43).
O conhecimento dos princípios básicos do eletromagnetismo é fundamental para abordar diversas áreas da ciência e tecnologia. Suas aplicações permeiam diversos aspectos de nossa vida cotidiana, desde o fornecimento de eletricidade para aparelhos eletrônicos e componentes até a geração de energia que movimenta motores e geradores. O estudo e ensino do eletromagnetismo são cruciais para inúmeras áreas de pesquisa, tais como física, engenharia elétrica, medicina e biologia. No campo da física, essa ciência desempenha um papel central em teorias como a da relatividade e a mecânica quântica. Na engenharia elétrica, o eletromagnetismo é essencial para o projeto de sistemas elétricos, incluindo motores, geradores, transformadores e circuitos eletrônicos.
Em relação à saúde e medicina, o eletromagnetismo é empregado em técnicas de imagem, como a ressonância magnética, permitindo a visualização interna do corpo humano sem intervenções invasivas. Nas ciências biológicas, o eletromagnetismo é utilizado para estudar o sistema nervoso e o comportamento animal. Em síntese, o aprendizado e compreensão do eletromagnetismo são cruciais para a compreensão das forças fundamentais que regem o nosso universo e como podemos aplicar esse conhecimento para melhorar nossas vidas. Tanto cientistas, engenheiros, médicos quanto estudantes se beneficiam desse conhecimento para avançar em diversas áreas de pesquisa e inovação.
2. Fundamentação teórica
2.1. Eletromagnetismo: um breve relato
O eletromagnetismo é um campo da física que estuda as interações entre cargas elétricas e campos magnéticos. Seu desenvolvimento começou com os trabalhos de cientistas como Michael Faraday e James Clerk Maxwell no século XIX. Faraday realizou experimentos que mostravam a relação entre a eletricidade e o magnetismo, descobrindo a indução eletromagnética e criando o primeiro gerador elétrico conhecido. Maxwell, por sua vez, unificou as teorias elétrica e magnética que até então se estudavam de forma distinta, possibilitando convergi-las em quatro equações matemáticas. Uma dessas equações demonstrou que a luz é uma onda eletromagnética, estabelecendo as bases da teoria eletromagnética clássica.
No século XX, a teoria do eletromagnetismo foi aprimorada com a introdução da teoria quântica, que descreve as interações eletromagnéticas em relação às partículas elementares identificadas como fótons. A teoria eletromagnética quântica, ou eletrodinâmica quântica (QED), foi desenvolvida por Richard Feynman, Julian Schwinger e Sin-Itiro Tomonaga, que receberam o Prêmio Nobel de Física em 1965. Hoje em dia, o eletromagnetismo é aplicado em diversas áreas da tecnologia, como na geração e transmissão de energia elétrica, na comunicação e também na tecnologia de transmissão de informações sem fio. Na medicina, esse ramo da física se destaca na produção de equipamentos e insumos, com dispositivos médicos amplamente utilizados, como a ressonância magnética (MRI) e vários tipos de ultrassom. Na indústria, a soldagem eletromagnética apresenta ótimo desempenho e qualidade nos trabalhos realizados.
Além disso, o estudo do eletromagnetismo tem sido fundamental para o avanço da física de partículas, com a descoberta do bóson de Higgs em 2012, que explica como as partículas elementares adquirem massa por meio das interações com o campo de Higgs. Essa descoberta foi realizada no acelerador de partículas LHC, no CERN, na Suíça.
Assim, o eletromagnetismo é uma área fundamental da física, com suas raízes na pesquisa do século XIX e refinamento posterior por meio do desenvolvimento da teoria quântica no século XX. Atualmente, possui diversas aplicações na tecnologia e continua sendo essencial para a compreensão abrangente da física.
2.2 O desafio no ensino do eletromagnetismo
O ensino de eletromagnetismo no Brasil enfrenta uma série de desafios, incluindo problemas relacionados à formação de professores, deficiências no ensino de física nos níveis básico e médio, além de obstáculos relacionados ao próprio conteúdo em si. Menezes (ano) destaca que a falta de professores qualificados para o ensino de física é um dos principais fatores que prejudicam o ensino de eletromagnetismo. Segundo o autor, o número de professores formados em física no Brasil é insuficiente para suprir a demanda do mercado, o que resulta em uma falta de qualidade no ensino. Somando a isso temos profissionais que são acadêmicos em outras áreas, que lecionam na área de física, isso acontece por falta de docentes específicos no assunto, esse tipo de intervenção se tornou comum nas redes de ensino pública de todo o Brasil.
Já Rodrigues (ano) relata a falta de docentes de Física para suprirem a imensa carência de professores dessa disciplina no ensino médio pelo Brasil afora. A autora cita também pesquisas realizadas pelo INEP, que colocam um déficit de milhares de professores na área de Física para o ensino médio no país. Nesse texto, ela explica essa demanda reprimida por físicos e cita um fenômeno viciante para os professores de biologia, que no ensino regular aplicam aulas de física no ensino fundamental e médio, provocando a influência em alunos a conhecerem mais a área das ciências biológicas como estudo da ciência. Tal fato provoca o desequilíbrio na formação de biólogos de forma desordenada, aumentando assim o número desses profissionais de forma gritante. Além da formação de professores, há problemas relacionados à falta de conhecimento prévio dos alunos em relação aos conceitos básicos de física.
Cunha (ano), por sua vez, explica que muitos estudantes chegam ao ensino superior sem saber conceitos básicos de cinemática, dinâmica e termodinâmica, o que prejudica o aprendizado de conteúdos mais avançados, como o eletromagnetismo. Outro que compartilha desta linha de pensamento é Knobel (2021), que afirma que muitos estudantes começam a cursar Licenciatura de Física tendo tido um Ensino Médio muito fraco em Matemática, o que impacta diretamente sua capacidade de compreensão dos conceitos de Eletromagnetismo.
Outra questão importante é a falta de infraestrutura e materiais adequados para o ensino de eletromagnetismo. De acordo com Saitovitch (2021), muitas escolas e universidades brasileiras possuem equipamentos obsoletos e inadequados para o ensino de física, o que dificulta o aprendizado dos alunos, por ser uma ciência abstrata, isso se soma às dificuldades já relatadas.
Além disso, a falta de recursos financeiros para a compra de novos materiais é um problema recorrente. O próprio conteúdo de eletromagnetismo também pode ser considerado um desafio para o ensino. A física quântica, por exemplo, que é fundamental para o entendimento do eletromagnetismo, é uma área complexa e abstrata, que exige um alto nível de conhecimento e abstração dos alunos. Além disso, a introdução de novos conceitos, como o campo eletromagnético e as leis de Maxwell, também podem ser desafiadores para os alunos. A falta de motivação dos alunos também é um problema que afeta o ensino de eletromagnetismo. Muitos estudantes não veem a aplicação prática dos conceitos de eletromagnetismo em seu cotidiano, o que pode desestimulá-los a se dedicar ao aprendizado. Segundo Abreu e Guerra (2007), é importante que os professores apresentem exemplos práticos do cotidiano para demonstrar a relevância do conteúdo de eletromagnetismo na vida das pessoas.
Por fim, há ainda questões relacionadas à metodologia de ensino. Muitos professores ainda utilizam abordagens tradicionais e pouco interativas, baseadas em aulas expositivas e exercícios repetitivos. Para Cunha (ano), é preciso adotar metodologias mais dinâmicas e participativas, que incentivem o pensamento crítico e a criatividade dos alunos.
Sendo assim, tem-se que o ensino de eletromagnetismo no Brasil enfrenta uma série de desafios, desde a formação de professores até a falta de infraestrutura e motivação dos alunos.
3. Metodologia da pesquisa
A noção de ensino no Dicionário Michaelis (2021) corresponde ao seguinte: “Processo que visa ao desenvolvimento físico, intelectual e moral do ser humano, através da aplicação de métodos próprios, com o intuito de assegurar-lhe a integração social e a formação da cidadania” (Dicionário Michaelis, 2021). Essa descrição coloca a responsabilidade científica e experimental em seu máximo como fermento motivador ao professor ou pesquisador pela busca do aperfeiçoamento de competência. Como escreveu Piaget (1986, p. 17), “a construção do conhecimento é um processo ativo e não passivo”.
Para a construção dessas ações, são seguidas atividades sequenciais propostas por Moreira (2011), as quais consideram os princípios da reconciliação integrativa, da diferenciação progressiva e da consolidação, partindo sempre do conhecimento prévio do aluno, utilizando e contextualizando o conteúdo através de situações e problemas, avaliando as diversas formas de participação dos alunos na construção de seus conhecimentos e buscando evidências de aprendizagem.
Partindo do que foi abordado, constrói-se este trabalho pensando nas estratégias mais eficientes para melhorar o aprendizado de eletromagnetismo no Ensino Médio. Esta pesquisa foi realizada no ensino médio, na Unidade Escolar Estadual Nair Gonçalves, localizada no bairro São Pedro, município de Teresina, Piauí. A escolha deste estabelecimento se deve ao cumprimento de estágio do curso de licenciatura em física pelo Instituto Federal do Piauí – IFPI.
Foi elaborado um plano de aula para aplicação do roteiro da pesquisa, que consiste, em primeira ordem, na apresentação oral fazendo a sondagem do conhecimento prévio dos alunos sobre eletromagnetismo. Nesta fase, foram apresentados os grandes teóricos do eletromagnetismo, como: Michel Faraday, James Maxwell e Heinrich Hertz, citando seus esforços para desenvolver as bases teóricas do eletromagnetismo. Em seguida, foi apresentado um texto introdutório sobre a história do eletromagnetismo, e após a leitura, foram provocados questionamentos referentes ao assunto para os alunos. Houve falas sobre a importância da ciência eletromagnética em nossas vidas, abordando as questões relacionadas às dificuldades da experimentação na época em que viviam os teóricos da ciência. Criou-se o debate em sala de aula com a apresentação de um cronograma histórico sobre os eventos, com as principais descobertas ao longo da história e seus impactos em nossa sociedade.
Iniciou-se o conteúdo de Indução Eletromagnética por meio da problematização, levando alguns equipamentos completos (mouses, carregadores, pen drives) para a sala de aula, onde os alunos, em grupos, puderam desmontar os aparelhos, manuseá-los, observá-los e explorá-los conforme seu interesse, levantando hipóteses sobre seu funcionamento enquanto se realizava uma sondagem dos conhecimentos prévios do funcionamento do mouse. Foi esclarecido que o transmissor envia um sinal eletromagnético codificado contendo as informações sobre os movimentos/cliques feitos pelo mouse. Também foi explicado como funciona a tecnologia aplicada nos carregadores por indução, que consiste em um conector USB para ser plugado ao celular. Na outra ponta, o adaptador conta com uma terminação imantada que é ligada ao restante do cabo por magnetismo, possibilitando assim que o aparelho celular seja carregado. Essa forma de aula apresentada gera impacto instantâneo a todos em sala de aula, pelo fato de que esses eletrônicos são de uso constante na vida de todos nós, mas poucas pessoas os abriram para entender seu funcionamento de forma orientada e mais aprofundada, para compreender que o eletromagnetismo faz parte dessa realidade contemporânea. Esse tipo de metodologia colabora com a fala de Feynman , “aprendemos fazendo, há sempre um próximo passo”.
Para a aula com a bússola, foi apresentada aos alunos de forma individual uma bússola Suunto-A-10 para o manuseio. Após a apresentação, foi explicado o objetivo da criação de uma bússola pelos nossos antepassados e como eles a utilizavam em sua vida cotidiana, como essa tecnologia da época, assim como os eletrônicos, tem grande influência em nossa sociedade como instrumento de tecnologia de ponta, a bússola obteve a mesma credencial há séculos atrás. Houve o complemento de falas colocando como deve ser o funcionamento da bússola, através de uma agulha de material imantado. Esse processo de imantar a agulha da bússola foi apresentado como um fenômeno eletromagnético que libera carga elétrica em movimento, gerando o campo magnético e vice-versa. Foi explanado que, se um material ferromagnético for enrolado por um fio condutor, e aplicada uma corrente elétrica, esse processo criará um campo magnético que magnetizará o material para ser utilizado como agulha da bússola. Encerrando este roteiro do aprendizado, partiu-se para a preparação dos alunos do processo de avaliar o que foi abordado.
Na conclusão das atividades apresentadas, foi aplicado um questionário individual para cada aluno avaliar a metodologia, bem como o tema abordado e, principalmente, o desempenho do docente. Isso se faz necessário para coletar dados e informações para apresentar um relatório seguro e confiável. Essa postura está dentro da linha de pensamento de Stuffledeam. Stufflebeam (apud Hadji, 1994, p. 37) considera que a avaliação é “um processo pelo qual se delimitam, obtêm e fornecem informações úteis, que permitam julgar as decisões possíveis”, tendo por finalidade a melhoria. Este autor considera que a avaliação deve incidir no contexto, nas entradas e saídas do processo e no produto. Nesse sentido, a avaliação consiste num processo de identificação, que recolhe e faz o tratamento de dados, que visa obter informações que justifiquem uma determinada decisão. Esta avaliação é preferível recorrer a um modelo de processo em vez de um modelo de produto para reforçar o desenvolvimento profissional dos professores e alunos e, mais adiante, colabora para a excelência no processo de ensino da escola.
4. Resultados e discussão
Na primeira pergunta, a maioria dos alunos (92%) respondeu que gostou da metodologia de aula. Isso é um sinal positivo, pois indica que os alunos se sentiram engajados e interessados na aula (Figura 1).
Figura 1 – Percepção dos alunos sobre a metodologia de aula
Fonte: o Autor, 2023
Na segunda pergunta, a maioria dos alunos (61%) preferiu a metodologia de aula explicativa, indicando que eles gostam de ter um professor que explica o conteúdo de forma clara e organizada. No entanto, é interessante notar que 27% dos alunos preferem uma abordagem mais visual (vídeo-aulas) e 4% do total prefere ler o conteúdo (leitura textual) (Figura 2).
Figura 2 – Metodologia de aula preferida dos alunos
Fonte: o Autor, 2023
Na terceira pergunta, a maioria (73%) dos alunos não tinha conhecimento prévio sobre o assunto. Isso é importante para o professor, pois significa que ele precisa construir o conhecimento desde o início, sem pressupor que os alunos já saibam algo sobre o tema (Figura 3).
Figura 3 – Conhecimento anterior sobre o assunto abordado
Fonte: o Autor, 2023
Na quarta pergunta, a maioria dos alunos (92%) assistiu a uma apresentação interessante e informativa. Isso é um sinal muito positivo, pois indica que os alunos acharam que a aula valeu a pena e que eles aprenderam algo novo (Figura 4).
Figura 4 – Percepção dos alunos sobre a apresentação da aula
Fonte: o Autor, 2023
Na quinta pergunta, a maioria dos alunos (96%) afirmou que compreendeu melhor o que é eletromagnetismo. Isso é importante, pois indica que o objetivo da aula (ensinar o conceito de eletromagnetismo) foi alcançado (Figura 5).
Figura 5 – Percepção dos alunos sobre melhorias na compreensão do conceito de eletromagnetismo por meio da aula
Fonte: o Autor, 2023
Na sexta pergunta, a maioria dos alunos (65%) destacou a atividade com a bússola como o aspecto que mais chamou sua atenção (Figura 6). Isso pode ser um sinal de que a metodologia de aula utilizada pelo professor foi interessante e envolvente para os alunos.
Figura 6 – Opinião dos alunos sobre a aula que mais lhe chamou atenção
Fonte: o Autor, 2023
Essas últimas respostas dos alunos levantam uma questão muito debatida no ensino da física, que é o ensino aplicado apenas para os alunos adquirirem a habilidade de resolver questões ou decorar fórmulas. Essa linha de questionamento vai de acordo com a opinião de Hestenes , segundo o qual “o objetivo do ensino de física deve ser desenvolver a compreensão conceitual, não apenas a habilidade de resolver problemas”.
Deste modo, com base nos resultados da avaliação da aula de física, pode-se afirmar que a maioria dos alunos gostou da metodologia utilizada na aula e achou a apresentação interessante e informativa.
5. Conclusão
Inicia-se este texto de finalização relembrando que os objetivos específicos já foram apresentados anteriormente e servirão como base para as argumentações. Ao longo deste trabalho, foram diagnosticadas diversas dificuldades no aprendizado de eletromagnetismo no ensino médio, as quais podem ser atribuídas à falta de conhecimento prévio dos alunos sobre o assunto, bem como à falta de recursos adequados para o ensino, como laboratórios e materiais didáticos capacitados. Além disso, a falta de motivação dos alunos em relação aos conceitos estudados também é um fator que contribui para as dificuldades no aprendizado de eletromagnetismo, uma vez que muitas vezes os alunos não veem a aplicação desses conceitos em sua vida cotidiana. A falta de conexão entre os conceitos de eletromagnetismo e outras áreas do conhecimento, como matemática e física, também pode tornar o aprendizado mais difícil.
Para combater essas dificuldades, foram propostas soluções, como a abordagem diversificada no estudo dos conceitos fundamentais do eletromagnetismo, conforme sugerido por Alfonso-Galindo ao afirmar que:
O ensino dos conceitos fundamentais do eletromagnetismo deve ser um processo interativo e construtivo, que envolve a exploração de diferentes representações, como diagramas, gráficos, animações, simulações e experimentos, a fim de promover uma compreensão mais profunda e abrangente do fenômeno eletromagnético.
Os objetivos específicos também orientaram a busca por diferentes formas de envolvimento dos alunos para enriquecer a produção do conhecimento coletivo, com foco na aprendizagem significativa. Essa abordagem foi aplicada de forma elaborada, por meio do trabalho em grupo, para melhorar o entrosamento e promover a horizontalização do conhecimento entre os alunos.
A utilização de exemplos da vivência diária dos alunos também facilita a conexão com o docente e demonstra que o professor sabe se colocar no lugar do aluno, percebendo suas dificuldades na sala de aula. Essa técnica também é útil para fomentar a curiosidade no aprendizado e sair do formato convencional em que o professor pergunta e o aluno deve responder como uma obrigação funcional. Esse formato de ensino, concebido por Canalle (ano), sugere repensar o papel do docente na sala de aula, que, conforme o autor, ainda é visto como o centro do ensino da Física no Brasil, o que muitas vezes leva a uma postura autoritária, sem abrir espaço para a participação dos alunos.
Neste contexto, Freire (1974) propõe a promoção de campanhas nacionais de qualificação com maior investimento para o ensino das ciências, repensar as estratégias de alocação de recursos para a educação e adotar uma visão de futuro para o ensino. São ações que podem provocar uma mudança de longo prazo no sistema educacional brasileiro.
Espera-se ter contribuído para o debate sobre a importância do ensino de ciências e a necessidade de repensar os métodos de ensino. Acredita-se que é preciso mobilizar as pessoas e os recursos necessários para transformar a educação e garantir um futuro melhor para as novas gerações.
Referências
Abreu e Guerra (2007)
Alfonso-Galindo (2016)
Dicionário Michaelis (2021)
Feynman Freire, P. (1974). Pedagogia do oprimido. São Paulo: Paz e Terra.
Hadji (1994)
Hestenes (1992)
Moreira (2011)
Piaget, J. (1999). Seis estudos de psicologia (24. ed.). Rio de Janeiro: Forense.
Piaget, J. (1986). O nascimento da inteligência na criança (10. ed.). Lisboa, Portugal: Publicações Dom Quixote.
Redish (2001)