Conceitualização do conceito de campo elétrico de estudantes de Ensino Superior em Unidades de Ensino Potencialmente Significativas sobre eletrostática

Pantoja, Glauco Cohen; Moreira, Marco Antonio

doi:10.1590/1806-9126-RBEF-2020-0288

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Revista Brasileira de Ensino de Física

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Sumário

Pesquisa em Ensino de Física • Rev. Bras. Ensino Fís. 42 • 2020 • https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2020-0288 copiar

Conceitualização do conceito de campo elétrico de estudantes de Ensino Superior em Unidades de Ensino Potencialmente Significativas sobre eletrostática

Conceptualization of higher education students on the concept of electric field in Potentially Meaningful Teaching Units on electrostatics

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

São apresentados os resultados da aplicação de uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) para abordar o conceito de campo elétrico, em disciplinas de Física Geral específicas sobre eletromagnetismo, em duas turmas distintas. Um dos grupos estudava em uma Universidade do Sul do Brasil (17 alunos) e o outro em uma Universidade do Norte do Brasil (11 alunos). Foram empregados os princípios filosóficos e aspectos sequenciais das UEPS de Moreira para a construção de duas UEPS que contiveram 10 aulas de 100 minutos cada. Foi tomada como referencial teórico para a análise de dados a teoria dos campos conceituais. Para a análise de dados foram usados os métodos da análise de conteúdo e foram consideradas variáveis inferidas as formas de conceitualização dos estudantes, isto é, a maneira pela qual mobilizavam seus invariantes operatórios para resolver problemas. Pode-se perceber a progressividade na conceitualização e ocorrência de processos mais próximos do polo da Aprendizagem Significativa, já que paulatinamente os estudantes tendiam a apresentar modos de conceitualização mais próximos dos científicos para as classes de situações apresentadas. Conclui-se que há evidências de que o uso das UEPS possa prover condições de ocorrência para processos de Aprendizagem Significativa do conceito de campo elétrico na etapa operatória do conhecimento.

Palavras-chave:
UEPS; Aprendizagem Significativa; Campo Elétrico

AULA	DESCRIÇÃO	PASSO
-	Escolha do conceito de campo elétrico no contexto da eletrostática – neste caso os campos elétricos não variam no tempo, são conservativos e irrotacionais, pois são produzidos por distribuições de carga elétrica estáticas (i.e. estacionárias ao longo do tempo).	1
1	RT – apresentação de uma atividade com 12 questões de múltipla escolha com resposta justificada.	2
1	AE – apresentação de uma visão histórica sobre a evolução da eletricidade e de problemas envolvendo o conceito de campo elétrico como, por exemplo, a desfibrilação cardíaca e a reprodução do DNA, com vistas à introdução do conteúdo.	3
2	AE: introdução do conceito de fluxo elétrico, a partir das relações entre carga elétrica e campo elétrico, e da lei de Gauss e do princípio da superposição.	4
2	RT: três problemas envolvendo análise e cálculo de fluxo de campo elétrico.	4
3	AE: cálculo de campos elétricos usando a lei de Gauss; discussão da relação entre fluxo elétrico e campo elétrico nos problemas da esfera, do fio muito longo e das placas paralelas.
3	RT: problemas de livro-texto requerendo o uso da lei de Gauss para cálculos de campos elétricos.
4	AE: introdução conceito de potencial elétrico através da lei de circulação elétrica; relação entre os conceitos de potencial elétrico e diferença de potencial elétrico; comparação entre as leis de fluxo (Gauss) e de circulação do campo elétrico.
4	RT: duas questões relacionando os conceitos de diferença de potencial e o de potencial elétrico.
5	AE: estabelecimento de semelhanças e diferenças entre campo elétrico, potencial elétrico, fluxo elétrico e circulação elétrica através do problema da desfibrilação cardíaca; apresentação do conceito de força elétrica e relacionamento deste com os demais conceitos.	5
5	RT: duas questões envolvendo os conceitos supracitados (uma fechada e uma aberta).	5
6	AE: formalização do conceito de força elétrica usando o termo de campo elétrico da força de Lorentz, a partir da situação da reprodução do DNA; abordagem nas perspectivas de energia e de força [6][6] M. Nousiainen e I. Koponen, European Journal of Science and Mathematics Education 5, 74 (2017)..
6	RT – duas questões versando sobre a relação entre força elétrica e campo elétrico.
7	AE: introdução da lei de Coulomb, diferenciando os casos de distribuição discreta e contínua e relacionando ao princípio da superposição; relação com a lei de Gauss e com a lei de circulação do campo elétrico; comparação entre a lei de Coulomb e a força de Lorentz; cálculo do campo elétrico do disco.	6
7	RT – não houve.	6
8	AE: discussão e aplicação dos conceitos supracitados no contexto dos materiais condutores.
8	RT: três questões, duas envolvendo blindagem eletrostática, além de uma envolvendo condições estáticas e dinâmicas de campos elétricos.
9	AE: discussão e aplicação dos conceitos supracitados no contexto dos materiais dielétricos; introdução dos conceitos de deslocamento elétrico e de polarização.
9	RT: duas questões envolvendo materiais dielétricos.
10	RT: avaliação somativa individual envolvendo tarefas sobre todo o conteúdo trabalhado. Algumas mais abertas, outras mais fechadas.	7
-	avaliação das UEPS através da análise dos modos de conceitualização dos estudantes.	8

	A	B	C	D	E	F	G	H
$γ_{1}$	$a_{1}$	$b_{1}$	$c_{1}$	$d_{1}$	$e_{1}$	$f_{1}$	-	-
$γ_{2}$	$a_{1}$	$b_{1}$	$c_{2}$	$d_{2}$	$e_{2}$	$f_{2}$	$g_{1}$	$h_{1}$
$γ_{3}$	$a_{1}$	$b_{1}$	$c_{2}$	$d_{2}$	$e_{1}, e_{3}$	$f_{3}$	$g_{2}$	$h_{2}$
$γ_{4}$	$a_{1}$	$b_{1}$	$c_{2}$	$d_{2}$	$e_{1}, e_{3}$	$f_{3}$	$g_{3}$	$h_{3}$
$γ_{5}$	$a_{1}$	$b_{1}$	$c_{2}$	$d_{2}$	$e_{1}, e_{3}$	$f_{4}$	$g_{4}$	$h_{4}$

	A	J	K	L	M
$β_{1}$	$a_{1}$	-	-	-	-
$β_{2}$	$a_{1}$	$j_{1}$	$k_{1}$	$l_{1}$	$m_{1}$
$β_{3}$	$a_{1}$	$j_{2}$	$k_{2}$	$l_{2}$	$m_{2}$
$β_{4}$	$a_{1}$	$j_{3}$	$k_{3}$	$l_{3}$	$m_{3}$
$β_{5}$	$a_{1}$	$j_{2}, j_{3}$	$k_{2}, k_{3}$	$l_{2}, l_{3}$	$m_{2}, m_{3}$

T	$S_{P}$	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J	K	L	M	N	O	P	Q	A	B	C	D	E	F	G	H	I	J	K
	0	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	1	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	-	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$
D	2	$γ_{2}$	$γ_{4}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$	-	$γ_{2}$	$γ_{2}$	$γ_{2}$
	3	-	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	-	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	-	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	-	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	-	$γ_{1}$	$γ_{1}$	-	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$
	4	-	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	-	$γ_{4}$	-	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	-	$γ_{4}$	-	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$
	1	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{5}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{3}$	$β_{4}$	$β_{3}$	-	$β_{3}$	$β_{4}$	$β_{3}$
2	2	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{5}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{5}$	-	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{3}$	$β_{4}$	$β_{3}$	-	$β_{3}$	$β_{4}$	$β_{3}$
	3	-	$β_{5}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{5}$	$β_{2}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{5}$	-	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{5}$	$β_{5}$	$β_{5}$	$β_{5}$	$β_{5}$	$β_{5}$	$β_{5}$	-	$β_{5}$	$β_{5}$	$β_{5}$
4	1	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{1}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{1}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	-	$γ_{4}$	$γ_{4}$	-	$γ_{4}$	-	$γ_{4}$	$γ_{4}$
5	1	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{5}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{5}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	-	-	-	$γ_{5}$	-
	2	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	-	-	-	$γ_{5}$	-
6	1	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	-	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-
	2	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	-	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-
	1	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	-	-	-	$γ_{5}$	-
8	2	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	-	$γ_{4}$	-	$γ_{4}$	-	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	-	-	-	$γ_{5}$	-
	3	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	-	-	-	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	-	-	-	$γ_{5}$	-
9	1	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$
	2	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	-	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$
	1	$γ_{3}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{2}$	$γ_{1}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	-	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{2}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{1}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	-	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$
	2	-	$γ_{1}$	$γ_{5}$	$γ_{1}$	-	$γ_{5}$	$γ_{5}$	$γ_{1}$	-	$γ_{1}$	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{5}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{2}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$	-	$γ_{1}$	$γ_{4}$	$γ_{1}$
S	1	$β_{2}$	$β_{5}$	$β_{5}$	$β_{5}$	$β_{2}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{5}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{1}$	$β_{1}$	$β_{1}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{3}$	$β_{5}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{3}$	$β_{4}$	$β_{5}$	$β_{4}$
	3	$β_{2}$	$β_{5}$	$β_{5}$	$β_{5}$	$β_{2}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{1}$	$β_{5}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	-	$β_{4}$	-	-	-	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{1}$	$β_{1}$	$β_{1}$	$β_{4}$	$β_{4}$	$β_{1}$	$β_{1}$

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