ANÁLISE DOS LIVROS DO PNLD - 2012 VISANDO O TEMA MÁQUINAS TÉRMICAS TENDO COMO INSTRUMENTO ELEMENTOS DE SUA TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA

## ANÁLISE DOS LIVROS DO PNLD - 2012 VISANDO O TEMA MÁQUINAS TÉRMICAS TENDO COMO INSTRUMENTO ELEMENTOS DE SUA TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA

Raysa Zurra Saraiva 1,2 , Igor Tavares Padilha , Débora Coimbra 3 4

1 Secretaria do Estado de Educação e Qualidade do Ensino/Escola Estadual Deputado Armando de Souza Mendes, ray.zs@hotmail.com

2

Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física-Polo4-IFAM/UFAM 3 Universidade Federal do Amazonas/Departamento de Física, igorfis@ufam.edu.br 4 Universidade Federal de Uberlândia/Faculdade de Ciências Integradas do Pontal,

deborac@pontal.ufu.br

## Resumo

Neste trabalho, a transposição didática, de acordo com a proposição de Chevallard, relativa ao tema Máquinas Térmicas, é analisada nas dez coleções recomendadas pelo Programa Nacional do Livro Didático 2012 para Física do Ensino Médio. Tendo em vista a atualidade moral e biológica do tema, o mesmo tem o privilégio de ter-se estabilizado no currículo escolar de nível médio, uma vez que a compreensão do funcionamento de motores a combustão e refrigeradores é uma demanda para o exercício pleno da cidadania. É avaliada, também, a operacionalidade sistematizada nas obras, pois, quando amplamente explorada, essa permite o desenvolvimento de diversas habilidades de representação: algébrica, gráfica, diagramática. Tendo em vista os condicionantes e responsabilidades inerentes à tarefa de análise e escolha dos livros que serão utilizados em sua prática pedagógica trienalmente, a elaboração de instrumentos subsidiados em referenciais teóricos consistentes, que possam auxiliar os professores na implementação da mesma, justifica a importância de pesquisas que possam contribuir para a seleção dos livros didáticos.

Palavras-chave : Análise de Livro Didático, Transposição Didática, Máquinas Térmicas.

## Abstract

In this work we study the Didactic Transposition, according Chevallard' propositions, about Thermal Engines in ten Brazilian textbooks indicated in Programa Nacional do Livro Didático 2012, to High School Physics. Considering moral and biological actuality criteria, this topic stabilized in scholar secondary curricula by the comprehension of combustion engines and refrigerators to put into effect citizenship. We analyze operability implemented, because it permits to develop math skills as algebraic and graphic representations, as well as diagrammatic ones. Taking into account responsibilities and constraints inherent to choose textbooks to use during three years, the developing of tools based in theoretical consistent foundations, could help teachers to implement the choose process, justified this kind of research.

Keywords : Textbooks analysis; Didactic Transposition, Thermal Engines.

## Introdução

Livros didáticos são fundamentais para professores e alunos terem os subsídios básicos necessários ao cumprimento dos objetivos educacionais de cada escola. Vários estudos têm sido desenvolvidos no sentido de analisar o funcionamento do sistema didático e a transformação dos saberes científicos em saberes escolares, particularmente no ensino de Ciências. O conceito de transposição didática, em sua formulação por Chevallard (1991, apud BROCKINGTON e PIETROCOLA, 2005) constitui-se um dos modelos teóricos profícuos para a análise das contingências na transformação dos saberes.

Brockington e Pietrocola (2005) apresentam os três níveis do conhecimento propostos no trabalho de Chevallard, definindo o saber sábio como o conhecimento científico produzido por intelectuais e cientistas, divulgados na elaboração de artigos ou textos para periódicos e é um processo construído em dois contextos: o da descoberta e o da justificação; o saber a ensinar, que consiste numa reformulação do conhecimento científico, sendo produzido pelos autores dos livros ou manuais didáticos, especialistas em determinada área do conhecimento, professores (não cientistas) e a opinião pública; e o saber ensinado, conhecimento trabalhado em sala de aula, produzido pelo professor através da reorganização do conteúdo com referências próprias e locais de acordo com o tempo didático . 1

Algumas características e regras que devem ser respeitadas durante a transposição dos conteúdos entre cada um desses processos, devendo a transposição didática ser consensual, ou seja, todos os envolvidos no processo de criação e transcrição do conhecimento devem concordar que tal conteúdo é importante e deve ser explorado; ter atualidade moral e biológica, isto é , os eixos temáticos devem ser atuais e relevantes ao desenvolvimento da humanidade e serem subsidiados pelo cabedal de termos científicos adequados. Ainda, a transposição didática tem que possuir operacionalidade, ou seja, possibilitarem sua exploração em forma de situações-problema, assim como representação matemática apropriada ao nível de ensino.

As regras de transposição didática preconizadas por Chevallard são:

- 1 Modernizar o saber escolar: os saberes apresentados na escola devem está ligados com o desenvolvimento do conhecimento científico.
- 2 Atualizar o saber a ensinar: deve suprimir os eixos temáticos que se tornaram corriqueiros.
- 3 Articular o saber 'novo' com o 'antigo': ao se introduzir novos conhecimentos deve-se tentar fazer uma conexão com os habituais que estão inseridos em nossas salas de aula.
- 4 Transformar um saber em exercício e problemas: trata-se do saber ser operacional, ou seja, possuir atividades que o utilizem.
- 5 Tornar um conceito mais compreensível: escrever tópicos que sejam acessíveis e facilitem a aprendizagem.

Segundo Pietrocola (2008), a transposição didática pode representar uma ferramenta de análise capaz de evidenciar como um saber é reelaborado desde seu ambiente de origem e até a sala de aula, o que torna seus elementos interessantes para se pensar em como os livros didáticos foram elaborados. O autor salienta ainda, que

nem todos os saberes do domínio do saber sábio farão parte do cotidiano escolar. O papel da noosfera na seleção dos saberes é imprescindível. Devem ser levados em conta os múltiplos fatores que influenciam as escolhas. Fatores que vão desde interesses políticos e comerciais, passando pelos anseios de uma sociedade que acredita na escola, até os interesses pedagógicos inerentes ao magistério e à docência.

Tendo essas considerações em vista, é discorrido nesse trabalho sobre a pesquisa documental realizada sobre a temática máquinas térmicas enfocando os livros do Programa Nacional do Livro Didático do Ensino Médio - PNLD-2012. Tal conhecimento tem o privilégio de ter-se estabilizado no currículo escolar de nível médio, pois sua atualidade moral e biológica é evidenciada pela destacada importância do tema na sociedade contemporânea, como abordado na próxima seção, e sua operacionalidade, quando amplamente explorada, permite uma articulação com diversas formas de representação: algébrica, gráfica, diagramática.

## Breve Histórico das Máquinas Térmicas

A história da máquina a vapor teve seu início com o problema de evitar inundações nas minas de carvão. Em 1644, Evangelista Torricelli já sabia que uma bomba de sucção não poderia elevar a água a muito mais que nove metros. As minas profundas tinham que ser mantidas secas, pela utilização de baldes ou com o acoplamento de uma série de bombas, o que tornava necessário então uma fonte de energia para mover as cadeias (BRONOWSKI e MAZLISH, 1960).

Em 1698, a máquina a vapor primitiva inventada por Thomas Savery usava o vapor para assoprar a água para fora do cilindro até a superfície. No começo do século XVIII, Thomas Newcomen, um metalúrgico das minas de cobre da Cornuália, inventou um engenho mais prático no qual o vapor condensado num cilindro pressionava o êmbolo e este era empurrado pela sucção resultante. O sistema tinha a desvantagem de precisar resfriar todo o cilindro cada vez que se introduzia a água para condensar em vapor.

Um habilidoso fabricante de instrumentos da Universidade de Glasgow, James Watt interessou-se pela máquina de Newcomen sendo o primeiro a calcular a sua eficácia, o que o motivou a pesquisar formas de evitar a perda de calor. A resposta foi condensar o vapor numa câmara ligada ao cilindro (por meio de uma bomba), mas, não fazendo parte dele. Assim, o condensador estaria sempre frio e o cilindro sempre quente. A máquina de Watt não funcionou bem na Escócia porquê, segundo ele, talvez o trabalho dos metalúrgicos não fosse suficientemente bom. Procurou na oficina de Matthew Boulton, fabricante de adornos de metal em Birminghan, uma engenharia mais rigorosa. Em consequência, Bulton e Watt entraram num acordo de exploração, pois a máquina tinha outra vantagem econômica sobre a de Newcomen: poupava carvão.

Na tentativa de ampliar o mercado para a máquina, Watt não teve dificuldade de inventar várias maneiras de fazê-la trabalhar, até torná-la a fonte de energia das fábricas. Com a chegada do vapor, o carvão e ferro tornaram-se o

alicerce da indústria. Até pouco depois de 1700, o minério de ferro só podia ser transformado em altos-fornos através de carvão vegetal. Com a escassez desse material não Inglaterra, a matéria-prima tornou-se o carvão, de modo que vários inventores propuseram a ideia de libertar, primeiro o carvão dos seus gases e transformá-lo em coque.

Não há certeza de quando o coque foi utilizado com sucesso para extrair ferro do minério, provavelmente, 1709. O ferro em bruto, uma vez obtido ainda tinha que ser purificado e trabalhado, sendo sua fundição possível a partir da década de 1780. John Wilkinson, o maior industrial de ferro de Shropshire, produziu os cilindros perfeitos para o engenho de Watt.

A grande tendência da Revolução Industrial era a interação mútua de métodos e máquinas, de economia e técnica. A Revolução Industrial apenas pode ter lugar quando o investimento na indústria se tornou um meio usual de as pessoas utilizarem suas economias. A maior dificuldade do inventor era encontrar financiadores, pois todas as formas de investimento eram consideradas usuras pela Igreja (PRIGOGINE e KONDEPUDI, 1999).

Descobriu-se rapidamente que a máquina a vapor revelava outras possibilidades. As inovações que permitiram as máquinas motrizes converter eficazmente o calor em movimento, além de alavancar a primeira revolução industrial, deram um lugar ao nascimento de uma nova ciência: a Termodinâmica.

A produção do movimento a partir do calor, praticada em escala industrial nas ilhas britânicas rapidamente atravessou a Mancha e espalhou-se através de toda Europa. Nicolas-Leonard Sadi-Carnot, a exemplo do seu pai Lazare Carnot, foi oficial francês e ambos partiam da arte do engenheiro, se interessando pelos princípios gerais da ciência na tradição dos Enciclopedistas. Esse interesse levou Sadi-Carnot à sua análise da máquina a vapor, identificando no fluxo de calor o processo fundamental à produção de trabalho. Analisou a quantidade de trabalho produzida pelos motores térmicos e constatou a existência de uma limitação fundamental: o trabalho que se pode produzir a partir de uma dada quantidade de calor está limitado por um limite superior que independe da máquina ou do modo de produção do trabalho; depende apenas das temperaturas cuja diferença é responsável pelo fluxo de calor. Portanto, para produzir um trabalho máximo, todas as variações de volume devem ser produzidas de maneira que as variações de temperatura sejam inteiramente devidas à expansão do volume.

Em 1834, Clapeyron representou o funcionamento de um motor reversível através de um diagrama pressão-volume, descrevendo o ciclo de um modo quantitativo. O artigo de Clapeyron inspirou a Kelvin e outros investigadores a compreensão do caráter fundamental das conclusões de Carnot e exploraram suas consequências, concorrendo significativamente para a elaboração das primeira e segunda lei da termodinâmica.

## Análise dos Livros do PNLD - 2012

A presente pesquisa é caracterizada como uma pesquisa bibliográfica, utilizando-se o procedimento metodológico de análise de conteúdo, proposto por Bardin (1995). Objetiva-se a descrição dos conteúdos presentes nos livros didáticos de Física avaliados pelo Programa Nacional do Livro Didático 2012 (BRASIL, 2011), através de procedimentos sistemáticos capazes de fornecer indicadores que

permitam a inferência dos conhecimentos relativos às condições de produção e recepção da temática de interesse, de acordo com as características e regras da transposição didática, abordadas anteriormente.

A determinação da consensualidade do tema no Brasil é delegada à noosfera, figurando nos documentos oficiais como o Tema nº 2 apresentado nos PCNEM: 'Calor, ambiente e usos de energia' (BRASIL, 1999, p. 73). Usualmente, este conteúdo é apresentado aos alunos do segundo ano do Ensino Médio (mas isso pode variar de acordo com a proposta curricular de cada estado; por exemplo, no estado de Minas Gerais o tema deve ser abordado no primeiro ano), supondo-se que os estudantes já tiveram algum contato com o mesmo na última série do Ensino Fundamental. O próprio documento oficial citado corrobora a importância dada a este tema quando afirma que em todos os processos que ocorrem na natureza e nas técnicas, o calor está direta ou indiretamente presente (BRASIL, 1999, p. 73). A contextualização histórica é também destacada no PCNEM+ (BRASIL, 2002), assim como sua atualidade moral e biológica. Ainda, segundo Sartoreli et al.

o estudo e a compreensão dos processos termodinâmicos são de fundamental importância para o entendimento da Física, dado o princípio da irreversibilidade incutido nesses processos e nas aplicações tecnológicas deles advindas (1999, p. 116).

## Estes mesmos autores afirmam ainda que a Termodinâmica,

[...] pela sua complementaridade à mecânica, tem grande relevância na compreensão do mundo tecnológico, em cuja base estão as transformações que envolvem calor (SARTORELI et al. , 1999, p. 116).

Nessa análise, essas características serão identificadas na terceira coluna do Quadro 1, intitulada Aporte Histórico (detalhado, quando elenca contextualização histórica pormenorizada; sucinto, no caso da menção de nomes e datas, não apresentando a despersonalização e dessincretização usuais (CORDEIRO e PEDUZZI, 2013). Gaspar (2010) apresenta a contextualização histórica ocorre através de um texto opcional antes do início do capítulo. A obra de Sant'Anna et al. (2010) possui um texto de apoio questionando se é possível construir um motoperpértuo. Em Máximo e Alvarenga (2010) o tema é tratado como tópico especial, extra e opcional.

Em termos de atualidade biológica, nas quarta e quinta colunas do Quadro 1, focou-se especificamente nos ciclos descritivos dos motores a combustão, sendo a questão da operacionalidade enfocada na sexta coluna, identificando os materiais em que a análise dos ciclos foram realizadas de forma qualitativa (formas de curvas e valores analíticos) ou quantitativa (formas de curvas e valores numéricos evocando tratamentos algébricos). Ainda em termos da operacionalidade, um modelo exemplar, a representação diagramática do fluxo de calor entre fontes de diferentes temperaturas é apresentado na penúltima coluna do referido quadro.

Os aspectos textuais e gráfico-editoriais têm um caráter mais técnico e se referem a aspectos visuais e extrínsecos. São indicados nos critérios de avaliação do PNLEM, e também subsidiam uma vista inicial quanto ao aspecto geral do material, averiguando se ele é atrativo e, se por seu formato e números de páginas, é facilmente manuseável pelos seus potenciais usuários, os estudantes do Ensino Médio. Esses atributos estão catalogados nas quinta, sexta e sétima colunas do Quadro 1. Apesar de Pietrocola et al. (2010) dedicarem 26 laudas à exposição do

tema, o que a primeira vista poderia parecer excessivo e cansativo, a riqueza das ilustrações e detalhamentos de contextualização justificam tal escolha.

Dessa forma, para a análise desses livros didáticos, foi elaborada a tabela a seguir, com as seguintes colunas: autores, título do livro, aporte história, que traz um contexto histórico sobre a temática, depois disso são analisados algumas características específicas da temática como: Ciclo de Otto e Ciclo Diesel. A partir disso, é feita a análise alguns elementos textuais e gráficos do livro: análise gráfica, espaço dedicado ao tema, e terminando com a análise da fonte quente e fria e com as sugestões dos autores como atividade.

Quadro 1: Síntese das análises dos livros didáticos do PNLEM - 2012.

Por melhor elaboradas que sejam as informações diaponíveis no livro didático, segundo Pietrocola (2008),

existe uma peça fundamental para a sobrevivência dos saberes: os resultados obtidos com sua aplicação em sala de aula. A 'experiência', em termos de uma avaliação, a posteriori e coletiva da área envolvida é fundamental para a manutenção (ou não) dos saberes introduzidos no domínio do ensino. Desse ponto de vista, o conjunto de Saberes a Ensinar presente nos programas escolares é, em determinado momento histórico, a somatória dos sucessos alcançados pela área no processo de transposição. Em poucas palavras, o que dá certo, dentro das características que ressaltamos, mantém-se na escola, o que dá errado acaba saindo.

Pela sua estruturação conceitual, abstração e formulação em linguagem matemática, os conhecimentos presentes nas ciências físicas são poucos assimiláveis pela cultura popular. Nessa perspectiva, temas dos séculos XVII, XVIII e XIX, como, por exemplo, Cinemática, Termodinâmica e Eletricidade, figuram de forma majestosa nos currículos atuais por terem se adequado ao ambiente escolar. Temos, assim, uma estrutura curricular que tende a se manter, apesar da defasagem e abordagem descontextualizada que, contrariando as recomendações legais, podem ser rapidamente constadas nas obras analisadas.

## Considerações Finais

A verificação da compatibilidade entre o que é proposto nos documentos oficiais e o que está presente nos livros didáticos tem sido realizada no âmbito do Plano Nacional do Livro Didático (PNLD), cujo processo de avaliação, que compreende diversas etapas e equipes específicas de especialistas estabelecidas para esse fim, culmina com a avaliação pelos professores dos livros previamente selecionados.

Através da análise do Quadro 1 podemos perceber que em nove dos livros selecionados, a transposição didática sobre máquinas térmicas é realizada apenas de forma qualitativa e como demonstração ou justificativa da Segunda Lei da Termodinâmica. Concluímos que, apesar deste tema ser bem conhecido e seu ensino preconizado nos documentos oficiais, muito há para ser feito em termos da transposição didática do mesmo, pois, em várias obras em média está apresentado em seis laudas, dando mais prioridade para aspectos não tão relevantes. De acordo com Cordeiro e Peduzzi,

na transposição didática, Chevallard defende que as transformações do saber são feitas para que ele adquira logicidade e publicidade e para que ele dê conta de expectativas da sociedade para a educação (2013, p. 9).

As transformações são pensadas visando a logicidade não devem embutir descontextualizações e simplificações que descaracterizem a ciência enquanto construção humana coletiva e histórica, e também, a representação quantitativa dos conceitos envolvidos.

Tendo em vista os condicionantes e a responsabilidade dos professores na tarefa de analisar e escolher os livros que utilizará em sua prática pedagógica, a elaboração de instrumentos que possam auxiliá-los na sua tarefa justifica a importância de pesquisas que possam contribuir para a seleção dos livros didáticos. Mais do que isso, instrumentos subsidiados em referencias teóricos consistentes podem subsidiar o exercício da vigilância epistemológica pelo professor.

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