Ciclo de Kolb: uma proposta de ensino para o estudo de geradores Mestrandos: Jader Rigo

1. CURSO DE MESTRADO PROFISSIONALIZANTE EM ENSINO DE FÍSICA E DE MATEMÁTICA CENTRO UNIVERSITÁRIO FRANCISCANO REFLEXÃO DA DOCÊNCIA Ciclo de Kolb: uma proposta de ensino para o estudo de geradores Mestrandos: Jader Rigo Vinícius Bisognin

2. FORMAÇÃO ACADÊMICA Jader Rigo Formado em Física Licenciatura Plena no ano de 2011 pela UFSM (Universidade Federal de Santa Maria). Atualmente, é professor de Física e monitor em Santa Maria na Rede Estadual e municipal de Ensino, respectivamente. Vinícius Bisognin Formado em Física Licenciatura Plena em 2011 pela UFSM. Atualmente, é professor de Física nos municípios de Agudo e São João do Polêsine na Rede Estadual de Ensino. 2

3. INTRODUÇÃO A presente atividade foi elaborada com auxílio da professora Dr. Ana Marli Bulegon como artigo final da disciplina de Tópicos de Metodologia em Ensino de Física do Curso de Pós-Graduação em Ensino de Física e de Matemática do Centro Universitário Franciscano (UNIFRA). 3

4. TEMA GERADORES Dispositivo que fornece energia para os sistemas funcionarem. Fonte das figuras: http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_hidrel%C3%A9trica 4

5. OBJETIVOS Pretende-se que ao final dessa atividade de ensino o estudante: Compreenda o que é e para que serve um gerador elétrico. Conheça os tipos de geradores elétricos. Elabore argumentações explicativas acerca do tema. 5

6. TIPO DE PESQUISA Foi realizado um Estudo de Caso, que segundo Yin (2005, p. 32), é uma investigação de um fenômeno contemporâneo dentro do seu contexto de vida real. A análise da pesquisa é de cunho quantitativo e qualitativo visto que o problema é complexo, de natureza social e sugere o uso dessas abordagens (MINAYO, 1993) 6

7. CONTEXTO DA PESQUISA Professor Jader (Santa Maria) Escola Estadual de Educação Básica Professora Edna May Cardoso • Alunos do 3º ano do Ensino Médio. Professor Vinícius (Agudo) Escola Estadual de Educação Básica Professor Willy Roos • Alunos do 3º ano do Ensino Médio. 7

8. METODOLOGIA Na implementação dessa atividade foi utilizada a metodologia do Ciclo de Kolb Figura 1 - Estilos de Aprendizagem de Kolb Fonte: elaborado com base em Kolb (1997); Nakayamaet al. (2002) 8

9. EXPERIÊNCIA CONCRETASaber Ser e Comunicar É tudo aquilo que o aprendente conhece, construído a partir do seu saber e de sua experiência. Corresponde à fase de motivação para a aprendizagem. 9

10. OBSERVAÇÃO REFLEXIVASaber-Conhecer Essa etapa corresponde às competências da ordem do Aprender a Aprender e a Estudar, designada por Saber Conhecer. É a etapa do ciclo de aprendizagem, em que o estudante confronta as experiências concretas proporcionadas por aprendizagens anteriores com novos saberes, por meio da leitura, exploração de experimentos/simulações, etc. É a etapa em que as informações são selecionadas e podem transformar-se em conhecimentos. 10

11. CONCEITUALIZAÇÃO ABSTRATASaber-Pensar Esta etapa caracteriza-se pela síntese de um debate ou de uma troca de opiniões, sobre um determinado assunto de comunicação, que se caracteriza pelo estabelecimento de base comum de ideias que todos podem subscrever. 11

12. EXPERIMENTAÇÃO ATIVASaber-Fazer Aplicação prática dos conhecimentos desenvolvidos nas etapas anteriores. Ação centrada, por um lado, na realização de exercícios práticos e, por outro, na comunicação e nas relações interpessoais, através do jogo de papéis, do trabalho em grupo, do envolvimento do estudante com a atividade de aprendizagem e etc. 12

13. Para Rosa W. e Rosa B. (2004), o professor necessita buscar, como base de sua prática pedagógica, a aproximação entre os conhecimentos prévios dos estudantes e os científicos, contribuindo, dessa forma, para que a aprendizagem se realize. E acrescentam ainda que: ao ensinar o conceito de temperatura, por exemplo, o melhor a se fazer é dimensioná-lo de forma a possibilitar que cada estudante tenha oportunidade de expor suas ideias sobre esse tema. 13

14. Segundo Bulegon (2011), as atividades de aprendizagem serão mais eficientes se forem planejadas de forma a gerar um conflito cognitivo e, também, atingir um maior número de estilos de aprendizagem para que o pensamento crítico e aprendizagem significativa sejam iniciadas. 14

15. Trabalho Implementado Tempo utilizado : 5 aulas de 45 minutos cada. Conteúdos conceituais envolvidos: Geradores; Energia elétrica; Potência elétrica; Corrente elétrica; Voltagem. 15

16. CRONOGRAMA DE APLICAÇÃO DAS ATIVIDADES PELO PROFESSOR 16

17. EXPERIÊNCIA CONCRETA Aula 1 Questão inicial • Você sabe para que serve um gerador? Cite alguns geradores que você conhece. Dinâmica: Os alunos se reuniram em duplas para responder essa questão com o objetivo de investigar os conceitos prévios acerca do tema. 17

18. OBSERVAÇÃO REFLEXIVA Aula 2 Questões para reflexão: Nesta etapa, foi realizado um debate entre os alunos, discutindo as hipóteses levantadas para questão inicial. O professor atuou como mediador com a seguinte questão: 2) Em um gerador elétrico, o que significa o termo "gerador" e o termo "elétrico"? 18

19. Continuação da aula 2 Após as questões terem sido respondidas e debatidas fez-se uma síntese, no quadro, das respostas dos estudantes para cada uma das questões propostas. 19

20. CONCEITUALIZAÇÃO ABSTRATA Nesta etapa, foi apresentado o conteúdo propriamente dito sobre geradores, ou seja, os conceitos físicos envolvidos. Além disso, as questões propostas anteriormente foram respondidas, transpondo o conhecimento prévio ao abstrato por meio de leitura em sala de aula e síntese no quadro. Também foi estudado o funcionamento de uma hidrelétrica. Tema relacionado ao cotidiano do estudante. Aulas 3 e 4 Fonte das figuras: http://guiadoestudante.abril.com.br/vestibular-enem/como-estudar-100-dias-primeira-fase-fuvest-637128.shtml 20

21. GERADORES / textos trabalhados em aula... Percorrendo os fios condutores desde nossa casa até seu outro extremo, chegamos à fonte da corrente elétrica que faz funcionar nossos aparelhos, ou seja, a usina elétrica. No interior da usina, os geradores de energia elétrica são movidos por turbinas - dispositivos em forma de hélice que podem ser acionadas por vapor ou água. 21

22. Energia Nuclear energia atômica  energia cinética  energia elétrica Em que o calor produzido por reações nucleares aquece a água, produzindo vapor, este faz girar as turbinas que acionam geradores de eletricidade. Fonte adaptada: http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2001/energia/transmissaoedistribuicaodaenergiaeletrica.htm 22

23. Hidrelétrica Entre as fontes elétricas artificiais como pilha, bateria e usina, esta última é a que pode gerar maior quantidade de energia elétrica. As usinas mais comuns são: Hidrelétricas, nas quais a eletricidade é obtida através da passagem de água por turbinas situadas na base da represa, quanto maior a queda-da-água, mais energia mecânica é convertida em energia elétrica. energia potencial gravitacional  energia cinética  energia elétrica Fonte: http://padogeo.com/quest-hidrografia-br.html 23

24. ESQUEMA DE UMA HIDRELÉTRICA 24 Fonte: http://www.infoescola.com/energia/usina-hidreletrica/

25. COMO FUNCIONA UMA HIDRELÉTRICA? Essas usinas são sistemas que transformam a energia contida na correnteza dos rios, em energia cinética que irá movimentar uma turbina e, esta um gerador que, por fim, irá gerar energia elétrica. A construção da usinas hidrelétricas se dá sempre em locais onde podem ser aproveitados os desníveis naturais dos cursos dos rios e deve-se ter uma vazão mínima para garantir a produtividade. 25

26. Os principais componentes das usinas hidrelétricas, são: • Barreira, ou represa... (local em que é armazenada a água) • Canal... (local por onde a água passa para chegar ate às turbinas) • Turbinas... (conjunto de lâminas curvas que ao serem atingidas pela água, giram em torno de um eixo) • Geradores... (possuem uma série de ímãs que produzem corrente elétrica; um transformador elevador, que aumenta a tensão da corrente elétrica até um nível adequado à sua condução até os centros de consumo) • Tubo de sucção.. (conduz a água da turbina até a jusante do rio) • Linhas de transmissão... (distribuem a energia gerada) 26

27. Usina Termoelétrica energia térmica  energia cinética  energia elétrica O calor é obtido pela queima de carvão ou óleo que aquece a água produzindo vapor, este faz girar a turbina que aciona um gerador de eletricidade. Fonte: http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2001/energia/transmissaoedistribuicaodaenergiaeletrica.htm 27

28. GERADOR Nas usinas, a potência não-elétrica (isto é, mecânica, química, radiante ou luminosa etc.) que o gerador recebe para ser colocado em funcionamento (potência recebida) é transformada em potência elétrica, que então é cedida ao circuito (potência elétrica cedida). No entanto, a potência elétrica cedida tem um valor menor que a potência recebida, pois uma parte é transformada em potência dissipada. Esta dissipação ocorre em resistores, logo o gerador também funciona como um resistor de resistência interna r. P = U²/R P = Ui P = Ri² 28

29. Gerador elétrico é um aparelho que transforma em energia elétrica qualquer outro tipo de energia, exceto a elétrica. É, por isso, considerado uma fonte elétrica. Força Eletromotriz quando utilizamos uma pilha num circuito como o da lanterna, a energia química da pilha é transformada em energia elétrica. Durante o processo, a pilha fica aquecida, o que significa que nem toda sua energia química foi transformada em elétrica, pois houve dissipação de energia denominado de Efeito Joule. 29

30. EQUAÇÃO DO GERADOR Sendo que a função básica de um gerador elétrico é abastecer um circuito, temos que analisar o gerador ideal e o real. O gerador ideal é um gerador capaz de fornecer às cargas elétricas que o atravessam toda a energia gerada. A tensão elétrica medida entre seus pólos leva o nome de força eletromotriz, e será representada por E. + - 30

31. No gerador real, a corrente elétrica o atravessa sobre uma certa resistência, assim há uma perda da energia total. É chamada de r a resistência do gerador. - + + 31

32. Para um gerador real, devido à resistência interna a perda de energia teremos o fatorr i, assim: U = E – r i O gerador real, fica caracterizado por dois parâmetros a Ee a resistência interna r. 32

33. Observando a equação do gerador real temos uma equação de reta. Assim podemos representá-lo por: EQUAÇÃO DO GERADOR Para o gerador ideal temos: r = 0. Logo, da equação anterior (U = E - ri), resulta: U = E Como: (r = 0, U = E = constante) 33

34. Aula 5 Três questões objetivas foram propostas como avaliação da atividade. Fonte da figura: http://guiadoestudante.abril.com.br/vestibular-enem/como-estudar-100-dias-primeira-fase-fuvest-637128.shtml 34

35. EXPERIMENTAÇÃO ATIVA QUESTÃO 01 – Assinale a alternativa correta: 1- O gerador é um aparelho elétrico que transforma uma modalidade qualquer de energia em energia elétrica. (F ) 2- Os receptores transformam energia elétrica somente em energia térmica. (F ) 3- A força eletromotriz (fem) representa o acréscimo de potencial elétrico a que ficam sujeitas as cargas constituintes da corrente elétrica ao atravessarem o gerador. (V ) 4- Quando um gerador está em aberto a ddp entre seus terminais vale a própria fem. (F ) 5- O rendimento de um gerador é tanto maior quanto menor a resistência interna do mesmo e quanto maior a corrente que consegue manter. (F ) 35

36. QUESTÃO 02 – Assinale a assertiva correta: 1- Quando conectamos os terminais do gerador com um fio de resistência desprezível, estabelece no mesmo uma corrente denominada corrente de curto circuito, de intensidade dada pelo quociente E/r.(V ) 2- A potencia útil de um gerador quando percorrido pela corrente de curto circuito é dado pelo quociente E2/r.(F ) 3- A potencia elétrica útil máxima transferida por um gerador é dada pelo quociente E2/4r, e ocorre quando o mesmo é percorrido por uma corrente de intensidade igual à metade da corrente de curto circuito do gerador. (F ) 4- Na condição de potencia útil máxima, o rendimento do gerador vale 100%. (F ) 5- A máxima transferência de potencia de um gerador (E, r) para um resistor de resistência R ocorre quando R = r.(F ) 36

37. Questão 3 – (ENEM) Assinale a alternativa verdadeira: Analisando o esquema, é possível identificar que se trata de uma usina: a) hidrelétrica, porque a água corrente baixa a temperatura da turbina. (F) b) hidrelétrica, porque a usina faz uso da energia cinética da água. (V) c) termoelétrica, porque no movimento das turbinas ocorre aquecimento. (F) d) eólica, porque a turbina é movida pelo movimento da água. (F) e) nuclear, porque a energia é obtida do núcleo das moléculas de água. (F) 37

38. Questão 4 - Trabalho avaliativo: Pesquisar, na biblioteca da escola, outras formas de gerar energia elétrica e seus respectivos danos ao meio ambiente. 38

39. Resultados e discussões A avaliação foi realizada pela: • análise das discussões das duplas, no âmbito qualitativo e quantitativo; • por meio das respostas marcadas nos exercícios da Experimentação ativa; • análise do comportamento dos estudantes na realização do trabalho avaliativo. 39

40. SÍNTESE DAS RESPOSTAS DAS QUESTÕES 1 E 2 Professor Jader (Santa Maria) QUESTÃO 2 • Fornecer energia • Fornecer diferentes tipos de energia - Contém eletricidade • vai de um lugar para outro QUESTÃO 1 - Gerar, conduzir ou fornecer energia - Pilha, bateria e hidrelétrica 40

41. SÍNTESE DAS RESPOSTAS DAS QUESTÕES 1 E 2 Professor Vinícius (Agudo) QUESTÃO 2 • Elemento que gera / produz energia • Conexão de energia entre fios elétricos • Todos os tipos de energia convertidos em elétrica QUESTÃO 1 - Gerar energia - Pilha, bateria e todos tipos de usinas 41

42. 42

43. Resultados e discussões Trabalho avaliativo: Pesquisar, na biblioteca da escola, outras formas de gerar energia elétrica e seus respectivos danos ao meio ambiente. Dificuldades Estudantes Infraestrutura da biblioteca Qual livro usar? O que procurar? O que é mais importante? Pouco espaço físico Ninguém para auxiliar 43

44. REFERÊNCIAS AGUIAR, L. Modelo de Aprendizagem de uma Língua Centrado na Experiência. Disponível em: http://www.unifra.br/ead/. Acesso em 07 outubro de 2012. BULEGON, M. A. Contribuições dos Objetos de Aprendizagem, no ensino de Física, para o desenvolvimento do Pensamento Crítico e da Aprendizagem Significativa. 2011. Tese (Programa de Pós-Graduação em Informática na Educação) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Santa Maria, 2011. CARVALHO, T. Geradoreselétricos. Disponível em: http://www.infoescola.com/fisica/geradores-eletricos/Acesso em 07.10.12. FARIA, C. Como funcionaumahidrelétrica.Disponível em: http://www.infoescola.com/fisica/como-funciona-uma-hidreletrica/ Acessoem 07.10.12. ROSA W. da; ROSA B. da. .: A teoria histórico-cultural e o ensino da física. Revista Iberoamericana de Educación. n.33/6, 2004. Disponível em: http://www.rieoei.org/did_mat22.htm. Acesso em 27 de outubro de 2012. SILVA, N. D. da. Física. São Paulo: Ática. 2003. 44