O tema Energia Solar Fotovoltaica para o Ensino de Física na visão de três professores

## O tema Energia Solar Fotovoltaica para o Ensino de Física na visão de três professores

## The topic Photovoltaic Solar Energy for Physics Teaching in the view of three teachers Ygor Bernardes Santos1, Orlando Aguiar Jr2

1UFMG/Faculdade de Educação/ ygb00@icloud.com

2UFMG/DMTE/Faculdade de Educação, orlando@fae.ufmg.br

## Resumo

Neste trabalho apresentamos uma etapa de pesquisa de mestrado profissional, que tem por objetivo apresentar e analisar uma entrevista feita com professores, sobre uma sequência de ensino sobre energia solar fotovoltaica pautada em aspectos de ciência, tecnologia e sociedade. Para isso, foram convidados três professores de física da Rede Estadual de Minas Gerais, sendo dois preceptores do programa Residência Pedagógica e uma supervisora do PIBID, interessados em utilizar esse material em suas aulas. Os professores fizeram uma leitura prévia dessa sequência de ensino e do relato, feito pelos autores da proposta, de seu desenvolvimento e primeira implementação. Após a leitura, foi realizada uma entrevista semiestruturada, com o objetivo de identificar os pontos de interesse e possíveis ressalvas dos professores quanto à proposta original e escolhas que cada um deles faria para adequar a sequência de ensino, de acordo com seus objetivos, contextos de ensino e preferências. A análise das entrevistas foi feita na perspectiva da formação continuada de professores pesquisadores no contexto de inovações educacionais (MALDANER, 1999, 2006) e dos dilemas profissionais por eles vivenciados (WINDSCHITL,2002). Os resultados apontam para preferências e obstáculos encontrados pelos professores em trabalhar com temas de física com abordagem CTSA em salas de aula.

Palavras-chave : sequência de ensino, energia solar fotovoltaica, abordagem CTS, formação de professores.

## Abstract

In this work we present a professional master's research stage, which aims to present and analyze an interview made with teachers, about a sequence of teaching about solar photovoltaic energy based on aspects of science, technology and society. For this, three physics teachers from the Minas Gerais State establishments, who wish to use the approach in their classrooms, were invited to collaborate. Two of them were preceptors of the Pedagogical Residency program and one, a PIBID supervisor. The teachers read this teaching sequence and the report, made by the authors of the proposal, of its development and first implementation. After reading, a semi-structured interview was conducted, with the objective of identifying the points of interest and possible reservations of the teachers regarding the original proposal and choices that each one would make to adapt the teaching sequence, according to their objectives, contexts of teaching and preferences. The analysis of the interviews was carried out in the perspective of the continuing training of teacher researchers in the context of educational innovations (MALDANER, 1999, 2006) and the professional dilemmas they experienced (WINDSCHITL, 2002). The results point to preferences and

obstacles encountered by teachers in working with topics of physics with a CTSA approach in classrooms. The analysis of the interviews was carried out in the perspective of the teacher as researchers in professional development (MALDANER, 1999, 2006) and the dilemmas they experienced (WINDSCHITL, 2002). The results point to preferences and obstacles encountered by teachers in working with topics of physics with a CTSA approach in the classrooms.

Keywords : teaching sequence, photovoltaic solar energy, CTS approach, teacher trainning.

## Introdução

Este trabalho consiste em uma primeira etapa de pesquisa de mestrado, que tem como objetivo validar, do ponto de vista de professores envolvidos em inovações, uma sequência de ensino sobre energia solar fotovoltaica, com abordagem CTS.

Várias pesquisas vêm sendo conduzidas sobre abordagens de ensino CTS no contexto de formação inicial e/ou continuada de professores. Parte dessas pesquisas examina ambientes em que professores participam da produção de abordagens inspiradas no movimento CTS, outras, na adequação de recursos para tal. Os resultados desses trabalhos apontam, em geral, entendimentos parciais e/ou equivocados dos professores sobre os propósitos deste tipo de abordagem (p.ex., visando apenas uma contextualização de conteúdos conceituais de física) ou apresentam uma visão limitada das relações entre ciência, tecnologia e sociedade, ou, ainda, com visões inadequadas sobre a natureza da ciência (FIRME & AMARAL, 2008; SILVA & MARCONDES, 2015; SOUZA & PEDROSA, 2017).

Neste trabalho, procuramos compreender as tensões e dilemas profissionais de professores envolvidos em inovações curriculares. Segundo Windschitl (2002), tais dilemas envolvem aspectos relativos à dimensão conceitual (quais ênfases dar aos conteúdos da física?), pedagógica (quais abordagens e metodologias de ensino adotar? qual é o custo-benefício de cada uma delas considerando limitações de tempo e recursos?), culturais (que efeitos essas abordagens terão na formação dos estudantes?) e políticas (pressões e expectativas dos estudantes, gestores e professores sobre objetivos da educação escolar, incluindo preparação para exames).

Consideramos os ambientes do Programa Institucional de Bolsas Iniciação da Docência (PIBID) e da Residência Pedagógica (RP) em Física da UFMG como um ambiente de formação inicial e continuada de professores, que busca a formação de professores pesquisadores de sua prática profissional no sentido proposto por Maldaner (1999, 2006). Segundo o autor, se a vivência for analisada e problematizada 'à luz dos avanços teóricos pode assumir importante papel na formação dos novos professores. É por ela que os avanços teóricos adquirem significados e concretude, permitindo novos níveis de pensamento pedagógico. (MALDANER, 1999, p. 290)

Como problemas de pesquisa, perguntamos: Como os docentes se relacionam com uma sequência de ensino sobre energia solar fotovoltaica? Quais são as escolhas ao optar por aplicar a sequência? Quais são suas intenções de ensino? Quais dilemas envolvidos na escolha de conteúdos e objetivos de aprendizagem?

A pesquisa envolveu entrevistas com três professores de física, sobre a pertinência e adequação de uma sequência de ensino sobre energia solar fotovoltaica, elaborada por Lima (2018) em sua dissertação de mestrado, para o ensino de física.

Esta primeira etapa possibilitou adaptações da sequência, por cada um dos professores, para uso e validação em suas escolas e contextos de salas de aula.

Outro referencial teórico-metodológico que usaremos neste trabalho, pautase nos estudos sobre design research voltado para a educação, Plomp et al . (2007). Segundo o autor, a pesquisa em design educacional:

É o estudo sistemático de planejamento, desenvolvimento e avaliação de intervenções educacionais, como programas, estratégias e materiais de ensino-aprendizagem, produtos e sistemas, como soluções para problemas complexos na prática educacional, que também visa promover o conhecimento sobre as características dessas intervenções e os processos de projetá-las e desenvolvê-las. (PLOMP et al. 2007, p.13)

Plomp e colaboradores sugerem que, para realizar uma pesquisa baseada em design research, deve-se seguir alguns passos para sua elaboração como identificação e análise dos problemas pelos pesquisadores, desenvolvimento de protótipos de solução, realização de ciclos de testes e refinamento das soluções, etapas que devem ser acompanhadas por uma reflexão sobre todo o processo. As entrevistas com professores, relatadas neste trabalho, são parte dessa metodologia.

## Metodologia

Para dar início ao trabalho, foram realizadas entrevistas com três professores integrantes dos projetos PIBID ou RP, que lecionam na Rede Estadual de Minas Gerais. O projeto de mestrado, em sua totalidade, consiste em elaborar e reelaborar sequências de ensino sobre energia solar fotovoltaica, para que elas se tornem tangíveis quanto aos seus objetivos e exequibilidade em sala de aula, na visão dos professores. Nesta perspectiva, professores não seriam apenas 'aplicadores' das sequências, posto que se apropriam delas e as ajustam às suas crenças, motivações e estilos de ensino (MALDANER, 2006), no enfrentamento de seus dilemas profissionais (WINDSCHITL, 2002).

A centralidade do conceito no desenvolvimento de currículos de ciências é reconhecida por pesquisadores e enfatizada em documentos oficiais (BNCC, 2018; NRC, 2011; NGSS, 2014). Segundo Chen et al (2018), a importância do conceito de energia em ciência é inegável, por sua relevância científica e acadêmica, suas aplicações sociais, ambientais e tecnológicas, ou a suas implicações para a decisão pessoal e coletiva .

Neste trabalho, nos ateremos à descrição e análise das entrevistas realizadas com os professores pelos pesquisadores. As entrevistas foram elaboradas de forma semiestruturada combinando perguntas abertas e fechadas, possibilitando o professor a discorrer sobre os temas.

Os professores foram convidados, pessoalmente, pelos pesquisadores, considerando seu interesse em adaptar e utilizar a referida sequência de ensino em suas aulas, sendo, um deles, supervisor do PIBID e, dois deles, preceptores do programa RP da Universidade Federal de Minas Gerais. Os três professores convidados possuíam características semelhantes quanto ao engajamento em novas práticas e disponibilidades para participar de reuniões. Para designar os professores participantes da pesquisa, usaremos nomes fictícios: Henrique, Bruno e Sofia. Todos são formados em licenciatura em Física pela UFMG, um deles concluído recentemente (Bruno), os outros dois, há mais de 10 anos. Além disso, Henrique fez parte, como professor regente, da equipe da sequência de ensino original, em 2017.

As entrevistas, gravadas e, posteriormente, transcritas para análise, foram realizadas para adequação e readequação da sequência aos planos de ensino e objetivos pedagógicos de cada professor. O tempo de fala foi respeitado e observado para evitar desconforto ou inibição dos entrevistados. Para a condução da entrevista, os professores fizeram uma leitura prévia de sequência e um texto em que os autores apresentam os princípios de design da sequência, seus objetivos, atividades que a compõem e, ainda, análise das atividades à luz das relações CTSA e do caráter investigativo que algumas delas pretendiam ter. A sequência de ensino juntamente com as análises, foram publicados em capítulo de livro por Lima, Aguiar e Silva (2018).

A proposta feita aos professores foi a de que avaliassem a referida sequência e a adequassem aos contextos escolares em que atuam para uma segunda rodada de validação. As perguntas realizadas foram classificadas como: 1. Relativas ao material publicado no livro. 2. Referentes às intenções de ensino para a reelaboração da sequência de ensino; 3. Sobre concepções de ensino e aprendizagem.

## Resultados e análises

A leitura prévia feita por todos se mostrou muito importante, pois os professores tinham clareza do tema e dos assuntos que propusemos, possibilitando fluidez à entrevista. Os três professores destacaram a importância da temática energia solar fotovoltaica para o ensino de física. Segundo o professor Henrique, este assunto passa sem ênfase durante o ensino médio. A professora Sofia lamenta que, muitas vezes, o estudo de transformações de energia se restringem a tópicos envolvendo energia mecânica, uma vez que o conceito de energia não é retomado no currículo de física em outros contextos. Eles citaram a importância de abordar este tema em sala, como forma de ampliar os horizontes dos estudantes. Todas essas manifestações indicam um grau de reflexão dos professores sobre o conteúdo que lecionam e em resposta a dilemas conceituais na seleção e articulação entre tais conteúdo.

Além disso, de acordo com a professora Sofia, com esta sequência de ensino, os discentes 'poderiam observar, de forma prática, por meio de experimentos, a transformação de energia acontecendo, por exemplo, a transformação de energia luminosa em energia elétrica'. A linguagem, aqui, é claramente empiricista, sugere energia como algo que pode ser visto ou sentido (AGUIAR et al, 2018).

Percebeu-se um grande interesse dos professores em introduzir temas atuais que podem despertar o interesse dos alunos, aspecto ligado aos dilemas pedagógicos. Notamos uma preocupação recorrente dos professores com abordagens de ensino que motivassem os estudantes. O professor Bruno fez ressalvas de que essa tecnologia não é ainda acessível às pessoas de baixa renda, por ter custos altos, o que poderia limitar o interesse de seus alunos. Neste caso, Bruno talvez não tenha percebido que algumas atividades da sequência poderiam ser utilizadas para examinar, criticamente, as políticas públicas para o setor. Neste caso, identificamos dilemas culturais relativos à importância atribuída à abordagem dos temas na formação dos estudantes.

Algumas restrições ao uso da sequência apontavam para dificuldades em lidar com uma abordagem temática de conteúdos de ciência & tecnologia, com poucas relações com a organização usual dos currículos, estritamente conceitual (Auler et al, 2009). Segundo Maldaner (2006) a organização de conteúdos por situações de estudo deve considerar aspectos tais como o contexto, a alta vivência da situação para professores e estudantes e a riqueza conceitual dos temas. As reflexões dos

professores sobre isso envolvem dilemas pedagógicos e sinalizam para dificuldades em articular temas, conteúdos conceituais e conteúdos CTSA no ensino da física.

Nas entrevistas, vemos que os professores se sentem mais à vontade para discutir as atividades didáticas propostas, por estarem mais ligadas aos saberes e práticas docentes. Quando perguntados sobre a atividade que poderia gerar o maior impacto nos estudantes, o professor Bruno aponta para a atividade composta por um painel solar fotovoltaico ligado a um controlador de carga e uma saída para carregar o celular. Para ele, isso se deve ao fato de não ser uma atividade costumeira, além de introduzir problemas que poderiam ser testados e examinados com a manipulação do artefato.

Sofia destaca a mesma atividade e justifica pelo fato de que os alunos podem tocar o artefato tecnológico, observando o que acontece e elaborando várias hipóteses de como acontece a transformação de luz em energia elétrica. Nesse caso, nos parece que a professora sugere um engajamento a partir do interesse dos estudantes pelo fenômeno. Entretanto, como vimos no restante da entrevista com a professora, o 'como acontece' parece restrito ao aspecto observável do fenômeno e não aos modelos explicativos de como se dá a conversão de energia no equipamento.

Observamos que os docentes compartilham a ideia que artefatos tecnológicos podem auxiliar no engajamento dos estudantes durante as aulas pois eles permitem uma experimentação e problematização do fenômeno. Por outro lado, a professora Sofia sugere que a leitura exige uma abstração que muitos alunos não conseguem atingir. Além de abstratos, os textos seriam muito longos, dificultando seu uso.

Nesse contexto, podemos anotar a dificuldade dos professores em expressar a insatisfação dos alunos com leitura de textos, indicando uma preferência dos discentes por atividades práticas. No texto dos autores da sequência didática (LIMA, AGUIAR e SILVA, 2018), a utilização de leitura mediada foi proposta para condução das atividades que envolvessem leituras mais densas. A leitura mediada consiste em promover a leitura com os estudantes, conduzida pelo professor, fazendo pequenas pausas e propondo algumas perguntas que facilitam o entendimento. Há que se observar o interesse e curiosidade dos estudantes sobre o texto a ser lido, o tempo que se dispõe para tal e a habilidade do professor na condução deste tipo de atividade.

Sobre a atividade que deveria ter maior prioridade na sequência, o professor Henrique sugere focar em atividades que enfatizam física moderna, destacando a importância da atividade denominada Led: uma opção para a geração fotovoltaica . Para ele, é muito importante enfatizar a pergunta: o que é energia solar fotovoltaica? sendo imprescindível explicitar o objetivo da sequência de ensino bem no início do trabalho. Notamos que esta atividade também contém uma proposta prática acompanhada por modelo explicativo de dopagem de semicondutores e do comportamento desses materiais quando percorridos por corrente elétrica ou quando expostos à luz solar. Voltamos aqui aos dilemas conceituais. Neste caso, a fala do professor Henrique é respaldada por pesquisas que indicam a necessidade de introduzir tópicos de física moderna no currículo de física.

Sobre os recursos usados na sequência de ensino, o professor Bruno acredita que seria interessante colocar recursos para tornar algumas atividades mais investigativas, sugerindo comprar mais painéis fotovoltaicos para que os estudantes pudessem trabalhar em grupos. Para o professor Henrique, seria interessante

procurar vídeos mais atuais. Ressaltou, também, que as simulações do Phet1 devem ser usadas para elucidar as atividades com os estudantes e dar uma ênfase na atividade em que eles são levados a estimar dimensões e custos de um projeto de energia fotovoltaica para sua casa ou escola.

Os professores responderam à pergunta: o que, a seu ver, falta e o que 'sobra' nesta sequência de ensino? Partiram dos seus respectivos contextos de trabalho e no que acreditam que deve ser ensinado aos estudantes. Para o professor Bruno, falta explorar um pouco melhor a dimensão de ciência, como, por exemplo, na aula de LED, explorar conceitos de física moderna e física quântica. Para o professor Henrique, não falta nada. Segundo ele, a sequência de ensino proposta está completa e muito bem elaborada, contudo, entende que é preciso pensar em uma sequência de ensino composta por um número menor de aulas, cinco, por exemplo, pois algumas coisas estão 'além' e precisam ser sintetizadas, reduzidas ou escolhidas. Já para a professora Sofia, levando em consideração o contexto que ela pretende trabalhar, turmas de primeiro ano do ensino médio, sobra conteúdo, principalmente, no que tange aos semicondutores. Para ela, seria suficiente exemplificar transformações de energia (luminosa em elétrica, como nos geradores fotovoltaicos, ou elétrica em luminosa, como no funcionamento de um LED).

A análise dessas três respostas nos apresenta situações diferentes, conforme o contexto escolar e sequência de ensino do professor. Enquanto dois professores pretendem abordar mais conteúdos de física moderna, o outro propõe redução do mesmo conteúdo, indicando a necessidade de que as sequências de ensino sejam estruturas adaptáveis e não estruturas fechadas. Percebemos que é importante assegurar a coesão das atividades, sem que elas sejam interdependentes, de forma que os professores possam adaptá-las conforme os contextos e propósitos de ensino.

Sobre as perspectivas de ensino, a sequência de ensino formulada pelos autores foi pautada em atividades com caráter investigativo e abordagem CTSA. Na entrevista com os docentes, foram feitas perguntas sobre vantagens e desvantagens, problemas e dificuldades em desenvolver atividades com tais abordagens e quais experiências os docentes possuíam com cada uma delas no ensino de física.

- O professor Bruno faz uma relação entre a abordagem tradicional e a concepção CTS. Para ele, a abordagem tradicional pode virar uma receita de bolo, entretanto, a abordagem CTS pode despertar um certo engajamento nos alunos, pois não se trata de um conhecimento imposto aos estudantes, e sim uma abordagem explícita da ciência presente na sociedade. Segundo ele, a dificuldade está nos alunos conservadores que acreditam que só aprendem com aulas tradicionais. Por sua vez, a vantagem das atividades investigativas no ensino de física, apontada pelo professor Bruno, é a possibilidade de oportunizar aos estudantes o desenvolvimento da autonomia, propondo a elaboração de hipóteses, busca por interpretações e desafios.
- O professor Henrique, responde essas perguntas de forma semelhante. Acredita que existe uma vantagem no uso de abordagem CTSA em sala, pois o mundo é tecnológico e deve-se situar os alunos na tecnologia, colocando os conceitos e pautando as aulas nesses pontos. No que tange às dificuldades, é muito difícil, segundo o professor, avaliar o que os alunos estão aprendendo a partir das sequências. O professor relatou que teve, durante a sua graduação, disciplinas que envolviam essas dimensões e que trabalha, frequentemente, com essas abordagens

no acompanhamento dos alunos da residência pedagógica. Apesar disso, continua com dificuldade na identificação da apropriação do conhecimento por parte dos estudantes. Entendemos que tal observação reflete um dilema pedagógico: afinal, o que os alunos aprendem com as novas metodologias de ensino?

A professora Sofia aponta como principal dificuldade a carga horária restrita, considerando que seria necessário dosar entre conteúdo de física, aplicação da sequência de ensino e relações entre o conteúdo conceitual e os contextos. Para a docente, contextualizar e problematizar proporciona aos alunos um interesse em observar mais a vida e como as coisas funcionam. Para Sofia, essa abordagem permite que os alunos desbravarem o horizonte, despertando o interesse, abrindo um leque de possibilidades. A professora relata que sua experiência com essa abordagem é recente e se deu a partir de uma proposta de atividade na qual ela solicitou aos alunos que levassem para sala de aula um experimento que comprovasse as transformações de energia. Os alunos do primeiro ano do ensino médio demonstraram grande interesse em realizar a tarefa e fizeram um motor elétrico sozinhos, apenas como consultas à internet e sem grandes intervenções da docente. Mais uma vez, a professora parece dar grande importância a aspectos práticos e empíricos da física, talvez descuidando de conceitos e modelos explicativos para tais fenômenos.

Perguntamos aos professores: 'Para organizar o trabalho em sua escola, quais desses blocos de conteúdo lhe parecem mais adequados ou relevantes? Optaria por um deles ou por uma alternância de dois ou mais deles? Quais seriam eles?'. Para uma possível reorganização do material, feita entre atividades com foco em três blocos, envolvendo: 1. Questões sociocientíficas; 2. Usos e compreensão do artefato tecnológico em contextos; 3. Princípios e modelos científicos sobre conversões de energia em uma célula fotovoltaica. O professor Bruno, sugere trabalhar com princípios que abrangem modelos científicos sobre conversões de energia em uma célula fotovoltaica e aproveitar os LEDs e simulações. O professor Henrique acredita que deveríamos fazer ainda mais uma intercessão entre os conteúdos científicos e o artefato tecnológico que perpassam essa transformação entre energia luminosa e elétrica. Já a professora Sofia acredita que a sequência de ensino para o seu contexto deve ser pautada pelo uso e compreensão do artefato tecnológico enfatizando conversões de energia em uma célula fotovoltaica .

## Conclusões

Através do trabalho realizado foi possível observar que todos os professores acreditam ser importante ensinar sobre energia solar fotovoltaica no Ensino Médio. Alguns ressaltaram que este tópico costuma ser abordado superficialmente ou simplesmente ignorado no currículo. Contudo, nos dias atuais, quando o mundo precisa de novas formas de energia, limpa e sustentável, os docentes ressaltam que é preciso estudar e pesquisar sobre outras fontes de energia.

Os professores consideram que um fator relevante para tal é o tempo, pois a carga horaria da disciplina é reduzida na maioria das escolas. Um outro aspecto refere-se ao conteúdo conceitual, para alguns docentes, não é relevante tratar de semicondutores, para outro esta abordagem é imprescindível.

Para uma próxima fase da pesquisa, pretendemos examinar e acompanhar o uso dessas sequências por esses professores, de modo a verificar as tomadas de decisão e modos de ação de professores com inovações didáticas em salas de aula. Entendemos que a validação dessas sequências passa por sua adequação pelos

professores e que estes devem se assumir como autores de suas aulas e não mero aplicadores de propostas didáticas. Um material inovador é válido quando os professores o reconhecem como tal e conseguem implementá-lo nos contextos escolares. Um desafio, como aponta o professor Henrique, é identificar o que os estudantes aprendem com tais abordagens.

## Referências

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