DISCUSSÃO DOS CONCEITOS DE CALOR E TEMPERATURA UTILIZANDO UMA SECADORA ARTESANAL DE FRUTAS

## DISCUSSÃO DOS CONCEITOS DE CALOR E TEMPERATURA UTILIZANDO UMA SECADORA ARTESANAL DE FRUTAS

## DISCUSSION OF HEAT AND TEMPERATURE CONCEPTS USING A HANDMADE FRUIT DRYER

Marcia Helena Ribeiro , Nádia Cristina Guimarães Errobidart 1 2

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Instituto Federal de Mato Grosso do Sul/Campus Coxim/marcia.ribeiro@ifms.edu.br 2 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul/Instituto de Física/Programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências, nadia.guimaraes@ufms.br

## Resumo

Considerando a relevância da contextualização no ensino de ciências como forma de relacionar o conteúdo escolar formal ao contexto de produção, apropriação e utilização profissional, realizamos uma pesquisa qualitativa na qual avaliamos a aprendizagem significativa do conteúdo de calorimetria por meio de uma sequência de ensino que explorou a conservação de frutas, num curso Técnico em Alimentos. Utilizou-se a Teoria da Aprendizagem Significativa como metodologia de ensino, na elaboração da sequência e também como referencial para elaborar as categorias de análise usadas para avaliar a ocorrência da aprendizagem significativa. Nesse trabalho apresentamos os resultados de uma das etapas da sequência, na qual fizemos uso de uma secadora artesanal de frutas, idealizada para propiciar uma reconciliação integrativa num primeiro momento e posteriormente avaliar o processo de aprendizagem. A atividade, realizada no laboratório didático, foi gravada e a transcrição das falas dos sujeitos foram utilizadas para avalição da discussão realizada durante a mesma. Os resultados levaram a classificação da atividade como satisfatória, pois indicaram que os sujeitos encontram-se em fase de construção dos conceitos. Eles sinalizaram assimilação dos conceitos aplicados no processo de secagem de frutas na secadora artesanal. Os mesmos sugerem o entendimento dos processos de propagação de energia por condução, convecção e irradiação.

Palavras-chave : Contextualização, processos de propagação do calor e conservação de alimentos.

## Abstract

Considering the importance of context in science education as a way to relate the formal educational content to the context of production, appropriation and professional use, we conducted a qualitative study in which we valued the significant learning calorimetry content through the teaching sequence that explored conservation of fruit, the Technical Course in Food. We used the Theory of Meaningful Learning as a teaching methodology in the preparation of the sequence and also as a reference to develop the analytical categories used to evaluate the occurrence of meaningful learning. In this work, we present the results of one of the steps of the sequence, in which we used the handmade fruit dryer, designed to provide an integrative reconciliation at first and then evaluate the learning process.

The event, held at the teaching laboratory, was recorded and a transcript of the speech of the subjects Were used to appraisal discussion held during it. The results led to the classification of the activity satisfactory, since indicated that the subject lying on the construction of the concepts phase. They signaled assimilation of concepts applied in the process of drying fruit in artisanal dryer. They suggest understanding the conduction energy propagation processes, convection and radiation.

Keywords : Contextualization, heat propagation processes and food preservation.

## Introdução

A contextualização de um conteúdo pode ser um aspecto capaz de dar significado ao que é ensinado em sala de aula, numa tentativa de se encurtar a distância entre os conceitos explorados na disciplina de física e a realidade vivida pelo aluno.

Com relação ao ensino técnico, composto pelos eixos básico (disciplinas do núcleo comum) e o específico (disciplinas profissionalizantes), esse aspecto é muito mais árduo, pois o conteúdo abordado na disciplina de física fica totalmente desconectado da futura formação profissional técnica do estudante.

Uma consequência desse distanciamento é que, na maioria das vezes, o estudante atribui valores maiores às disciplinas específicas, ficando as demais em segundo plano. Esse afastamento se deve ao fato de ele não conseguir identificar uma aplicação/conexão dessas disciplinas com as específicas.

Essas dificuldades apresentadas pelos pesquisadores foram detectadas por um dos autores desse trabalho num curso Técnico em Alimentos. Neste, a disciplina de Física 3, que faz parte do currículo básico, explora os saberes: Termometria, Dilatação Térmica, Calorimetria, Estudo dos Gases e Termodinâmica. Os conceitos em calorimetria, por exemplo, apresentados aos alunos no 4° período, são novamente abordados na disciplina de Operações Unitárias, oferecida no período seguinte. Entretanto, quando esses conceitos são solicitados na discussão de aplicações no processo de conservação de alimentos, muitas vezes os alunos não conseguem estabelecer a devida relação com o que foi abordado no conteúdo de Calorimetria.

Considerando essa constatação e buscando uma conexão entre essas duas disciplinas, realizou-se uma pesquisa com o objetivo de obter informações que auxiliassem na produção de um material didático para contextualização do conceito de energia sob a forma de calor associado aos métodos de conservação de alimentos, num curso técnico em alimentos.

A indústria alimentícia utiliza os métodos de propagação da energia sob a forma de calor para o aumento de vida útil dos alimentos. Sendo assim, foi escolhido o conteúdo de Calorimetria como objeto de estudo no processo de elaboração de um material pedagógico para o contexto do curso Técnico em Alimentos, aliado a uma aprendizagem significativa.

Como forma de averiguar a existência de publicações científicas relacionadas à pesquisa foi realizada uma pesquisa bibliográfica tomando como

referência as orientações de Rosa (2013): definição das palavras-chave, definição do escopo, seleção do corpus da pesquisa e análise dos documentos.

No total, foram identificados 280 artigos utilizando a busca por palavras chave, cuja análise possibilitou identificarmos uma lacuna na literatura, referente à publicação de trabalhos que explorem a contextualização dos conceitos físicos associados ao estudo do calor especificamente para um curso Técnico em Alimentos.

Os resultados sinalizam que estudos do conceito de temperatura, calor e as formas de propagação da energia sob a forma de calor são pouco explorados pelos pesquisadores em relação a outros conteúdos da Física. Corroborando com esse resultado, Silva, Laburú e Nardi (2008), indicam que muitos artigos apontam que a construção do conceito de calor foi um dos mais difíceis de ser elaborado, e que séculos se passaram até que se chegasse ao atualmente aceito pela comunidade científica.

Os resultados apontaram, também, para a grande dificuldade que os professores enfrentam no momento de abordar o conteúdo, e para os obstáculos que os alunos têm para se apropriarem desses conceitos, além de que as concepções espontâneas dos alunos se mantêm mesmo após as atividades desenvolvidas.

Em muitos casos, segundo Köhnlein e Peduzzi (2002), há relatos de que o conceito de calor como um fluido ainda é muito forte entre os estudantes, o que evidencia a necessidade da intervenção participativa deles na sua construção. Além disso, muitos livros didáticos, como indicam Silva, Laburu e Nardi (2008), ainda apresentam falhas e erros conceituais.

## Escolhas teóricas metodológicas

A sequência de ensino, elaborada com base na teoria da aprendizagem significativa, foi composta de seis etapas com um total dede nove aulas: 1) aplicação de uma avaliação diagnóstica inicial (uma aula); 2) discussão sobre a História da evolução do conceito de temperatura e calor (duas aulas); 3) aula expositiva dialógica abordando o conceito de temperatura, calor e os tipos de propagação de energia sob a forma de calor (duas aulas); 4) realização de uma atividade de aplicação do estudo do calor associada a uma secadora de alimentos (duas aulas); 5) aula experimental demonstrativa utilizando uma secadora artesanal para amparar a discussão dos conceitos abordados em sala de aula (uma aula); 6) aplicação de uma avaliação diagnóstica final (uma aula).

A teoria da Aprendizagem Significativa leva em consideração o cognitivo do estudante, ou seja, a forma como as informações são armazenas e processada na mente de quem aprende, destacando as condições para a ocorrência da aprendizagem, os tipos e formas possíveis e os processos cognitivos e, princípios programáticos relacionados a aprendizagem significativa. Essa descrição possibilitou-nos utilizá-la como metodologia de ensino, na elaboração da sequência de ensino e também como metodologia de pesquisa ao orientar na avaliação da aprendizagem significativa dos estudantes.

Para avaliar o processo elaboramos uma adaptação das categorias elaboradas por Cardoso (2011), com base na Teoria da Aprendizagem Significativa: Conceito presente: aquela em que as respostas sinalizavam a presença do

subsunçor procurado; Conceito em Construção: aquela em que as respostas indicavam a presença incompleta do subsunçor, ou que este estivesse em fase de construção; Conceito não Identificado: questões em que os estudantes não apresentaram o subsunçor procurado; Questão em Branco: aquelas que não foram respondidas pelos estudantes. Utilizando o mesmo entendimento, para as apresentações orais elaboramos duas classes de resposta: apresentação satisfatória (considerou-se que houve um entendimento de assimilação do conteúdo explorado na sequência de ensino) e apresentação parcialmente satisfatória (apresentações em que os sujeitos não pontuaram corretamente os processos de transferência de energia na forma de calor; não pontuaram de forma correta os materiais utilizados e a razão para uso desses; apresentaram as aberturas em locais inadequados).

Participaram da intervenção 19 sujeitos voluntários, alunos do Curso Técnico em Alimentos do Instituto Federal de Mato Grosso do Sul, campus Coxim. Distribuídos em três grupos foram solicitados a elaborar uma proposta de aparato para a secagem de frutas, aplicando o conceito de temperatura, de calor e dos tipos de propagação da energia sob a forma de calor.

Para realizar a transcrição das falas coletadas pelos instrumentos de registro, fizemos uso de Marcuschi (2003), que apresenta a indicação de um conjunto de símbolos que podem ser usados numa transcrição de falas para representar, por exemplo, falas simultâneas ([[), pausas (+), sílabas pronunciadas com ênfase ou acento mais forte que o habitual (MAIÚSCULA), entre outros.

Especificamente nesse trabalho apresentamos os resultados obtidos com a intervenção realizada na etapa 5 a aula experimental demonstrativa utilizando uma secadora artesanal.

## Resultados e discussões

Na etapa 4, os sujeitos distribuídos em três grupos, realizaram a apresentação dos projetos de uma secadora artesanal por eles planejada para explorar os fenômenos físicos abordados nas aulas teóricas do estudo do calor, conforme figura 1.

Figura 1 - Proposta de secadora solar elaborada por um dos grupos.FONTE 1: a pesquisa

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Durante essa etapa, a pesquisadora apenas ouviu as apresentações e fez alguns questionamentos sobre as escolhas realizadas pelos sujeitos, não pontuando

a aplicação correta ou não do fenômeno físico indicado pelos sujeitos. Posteriormente, no primeiro momento da etapa 5, no laboratório didático de física, os sujeitos, ao manipularem a secadora solar de frutas, construída pela pesquisadora, fizeram a comparação com os aparatos por eles projetados anteriormente.

Enquanto uns sujeitos manuseavam a secadora artesanal iniciou-se uma discussão na qual, todos falavam ao mesmo tempo, pontuando semelhanças e diferenças entre as escolhas de seus grupos. Pontuaram aspectos como os apresentados na transcrição abaixo.

Sujeito A1: 'Olha a saída' de AR . Sujeito A2: Ai oh. 'Uma em cima' e a 'outra em baixo::' (apontando para as aberturas na caixa). Sujeito A3: Olha SÓ a:: telinha que a GENTE falou. Sujeito A1 para o sujeito A2: VOCÊ lembra que EU tinha falado DA telinha verde.

Após esse momento em que os sujeitos observaram a secadora identificando semelhanças e diferenças entre o aparato por eles idealizado e a secadora artesanal de frutas a pesquisadora iniciou uma discussão com os mesmos.

Nessa etapa da atividade, usando a secadora artesanal como um aparato experimental demonstrativo, a pesquisadora buscou dar novos significados aos conceitos presentes na estrutura cognitiva dos sujeitos, realizando assim a reconciliação integrativa.

Considerando que na apresentação realizada pelos grupos, na etapa anterior, alguns sujeitos pontuaram a necessidade da caixa ser de metal e se possível pintada de preto a pesquisadora realizou uma discussão da aplicação dos fenômenos físicos conceitos contemplados na construção da secadora. Abaixo apresentamos a transcrição de alguns trechos dessa discussão.

Pesquisadora: 'Esta secadora e construída com que MATERIAL?

Sujeitos

: [ 'De metal'.

Pesquisadora: Por que O METAL?

Sujeito A3: PORQUE metal É um BOM condutor de:: CALOR.

Pesquisadora: Ela poderia SER ---- coberta com uma tinta?

Sujeitos: [ SIM.

Pesquisadora:

E:: qual seria a cor IDEAL:

Sujeitos: [ 'De preto'.

Pesquisadora: 'Porque' PRETO?

Sujeitos: [ Porque:: O preto ABSORVE calor.

Outro ponto destacado pelos sujeitos foi a necessidade de aberturas na lateral da secadora para a entrada e saída de ar e a utilização de uma rede para facilitar a circulação de ar e o processo de convecção. Na discussão transcrita abaixo a pesquisadora busca acrescentar novos significados aos aspectos associados ao processo de convecção.

Pesquisadora: Certo.:: vocês VIRAM que temos duas aberturas! Essa ABERTURA aqui:: (indica na secadora, figura 2 (a) vamos pegar o NÍVEL aqui do:: meio aqui dessas LATERAIS essa aqui, está ABAIXO do meio da lateral (indica na secadora) e essa aqui ESTÁ acima (indica na secadora), PORQUE essa diferença de NÍVEL?

Sujeito A2: PORQUE o ar entra LÁ (abertura abaixo) e sai aqui em CIMA (abertura acima).

Sujeito A3: O:: AR frio fica em baixo e o AR quente fica em CIMA.

Pesquisadora: Para nós COLOCARMOS essa ---- secadora LÁ ao sol pra SECAR 'os alimentos, como ela seria COLOCADA? Ela deve ficar inclinada? De que Forma?

Sujeitos: [ 'Assim' (indica na secadora, figura 2 (b).

Pesquisadora : Por que ASSIM, com a abertura inferior para baixo (indica na secadora)?

Sujeito A3: PORQUE o AR vai entrar LÁ (abertura inferior) e sair AQUI (abertura superior).

Pesquisadora : E:: essa:: essa bandeja AQUI É feita de::?

Sujeito A3: 'MADEIRA'.

Pesquisadora: [ O:: quadro dela É de madeira, PARA sustentação, mas ela é revestida com uma TELA 'essa tela' ajuda em alGUMA coisa?

Sujeitos: ['Ajuda'.

Sujeito A3 : AJUDA.

Sujeito A3: 'Ajuda', porque ALÉM dela ajudar a FILTRAR ela:: ah:: 'deixa mais fácil' a passagem do AR.

[risos]

Figura 2 - Apresentação da secadora solar aos sujeitosFonte 2: a pesquisa.

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Outro ponto da discussão foi a utilização de uma tampa de vidro e o local adequado para seu posicionamento em relação ao Sol.

Pesquisadora : QUAL é o:: motivo assim:: deSSE:: vidro aqui em cima o que que esse vidro vai ajudar NA 'secagem dos alimentos'.

Sujeito A3: 'Ele vai:: ajudar entrar a:: luz do sol'.

Pesquisadora: TÁ entra a LUZ DO SOL e dai::?

Sujeito A4:

'Ela ABAFA o calor'.

Pesquisadora: O que você QUER dizer com 'abafa o calor'?

Sujeito A2: Ela não vai PERMITIR que:: o calor que:: ESTIVER dentro da caixa sai PRA fora.

Pesquisadora: A secadora Vai ficar o dia todo NA MESMA:: posição? Sujeito : 'Tem' que:: FICAR mudando ela de lugar.

Sujeito A4: 'NÃO'.

Sujeito A2: TEM que FICAR mudando ela de lugar.

Sujeito A4: NÃO, você vai:: ESTIPULAR uma HORA e:: 'de acordo COM aquela hora' 'você vai lá'.

[risos]

Pesquisadora: Então:: DURANTE o dia vai mudando ele de lugar para:: que ela receba a maior quantidade de:: 'energia solar'.

Especialmente com relação ao processo de propagação do calor por convecção e irradiação foi realizada uma discussão mais demorada. Na fala dos sujeitos evidenciou-se que suas explicações não faziam uso dos conceitos físicos de forma satisfatória. Eles pontuavam a necessidade da tampa vidro, o posicionamento dos orifícios e o direcionamento da caixa com relação ao Sol, mas não conseguiam

explicar o motivo dessas escolhas. Nas discussões a pesquisadora fazia uso da fala de alguns dos sujeitos para realizar a abordagem conceitual cientificamente aceita, buscando valorizar o entendimento demonstrado por alguns deles e dessa forma motivando-os a uma participação ativa.

A atividade realizada com o uso da secadora artesanal de frutas foi idealizada para propiciar uma reconciliação integrativa e os resultados obtidos sugerem que o objetivo foi atingido. Os sujeitos participaram ativamente da discussão e na etapa de observação pontuaram semelhanças e diferenças entre os projetos elaborados e a secadora utilizada na atividade experimental demonstrativa.

No final da atividade questionaram ainda sobre outros tipos de secadora solar e a diferença entre os processos artesanal e industrial.

Sujeito A5: EXISTE outro tipo de 'secadora artesanal'? Pesquisadora: linhas gerais o mesmo modelo dessa aqui.

Basicamente são todas iguais. O:: que pode mudar é o tamanho da caixa e o material utilizado. A que vocês fizeram, tem em Sujeito A5 : Existe ALGUMA secadora que SEJA com:: luz artificial? Pesquisadora : AQUI no Instituto temos as 'secadoras' industriais., mas, em contrapartida consomem muita energia elétrica. Sujeito A5: Qual a:: diferença de tempo de SECAGEM de alimentos entre a SOLAR e a ARTIFICIAL? Pesquidasora: Com o tempo ensolarado, uns seis dias na secadora solar::, agora na inDUSTRIAL é:: questão de HORAS você tem o alimento desidratado.

Tal questionamento propiciou uma aproximação entre a abordagem conceitual realizada nas aulas de física com o cotidiano do sujeito no curso de Técnico em Alimentos. Eles indicaram que um dos benefícios do processo de desidratação dos alimentos é que, com a retirada de água, possibilita armazenar o alimento por um tempo maior para posterior consumo.

## Algumas Considerações

A discussão realizada nessa etapa da sequência de ensino foi classificada como satisfatória. Alguns sujeitos sinalizaram a assimilação dos conceitos explorados na sequência de ensino, fundamentais no processo de secagem de frutas na secadora artesanal.

Nas discussões evidenciamos indícios de entendimento dos processos de propagação de energia na forma de calor. Pontuaram o metal como material adequado para a construção da secadora, tendo em vista que este é um bom condutor de energia térmica. Reconheceram a função das duas aberturas na secadora de frutas, sendo a inferior para a entrada de ar do ambiente e a superior, na face oposta, para a saída do ar quente. E, também a utilização da tampa de vidro para facilitar a captação de radiação solar.

Os resultados obtidos com a atividade utilizando a secadora artesanal, considerada um material diferenciado, sinalizou um processo de aprendizagem significativa dos conceitos de propagação de energia sob a forma de calor. Além disso, sugerem que o aparato contribuiu para a realização de um ensino contextualizado, pois os alunos identificaram satisfatoriamente os conceitos e buscaram entender as diferenças entre as secadoras artesanal e industrial.

É importante salientar que durante a atividade os alunos permaneceram ativos no processo de ensino e realizaram comparações com o aparato por eles desenvolvido na etapa anterior.

## Referências

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CARDOSO, S. O. O. Ensinando o Efeito Fotoelétrico por meio de Simulações Computacionais: Roteiro de aula de acordo com Teoria da Aprendizagem Significativa . Dissertação (Mestrado em Ensino de Física) - Programa de PósGraduação em Ensino de Ciências e Matemática - PPECM, Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2011. 118 p.

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KÖHNLEIN, J. F. K; PEDUZZI, S.S. Estudo a Respeito das concepções Alternativas sobre Calor e Temperatura. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências . V2(3), pp. 84-96, (2002).

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ROSA, P. R.S. Uma Introdução à Pesquisa Qualitativa em Ensino . UFMS, 2013, 159 p.

SILVA, O. H. M. da; LABURÚ, D.E; NARDI, R. Reflexões para Subsidiar Discussões Sobre o Conceito de Calor na Sala de Aula. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , V25(3), pp. 383-396, 2008.