DEMONSTRAÇÕES CONTROLADAS DE FENÔMENOS TÉRMICOS GRAVADAS EM VÍDEO

## DEMONSTRAÇÕES CONTROLADAS DE FENÔMENOS TÉRMICOS GRAVADAS EM VÍDEO

Marcus Vinicius Pereira [marvin@mvp.pro.br] a Ana Teresa Filipecki b [afilipec@cetiqt.senai.br] Susana de Souza Barros [susana@if.ufrj.br] c

a Secretaria Estadual de Educação, SEE-RJ, Rio de Janeiro, RJ

b SENAI/CETIQT-RJ & FIOCRUZ-RJ, Rio de Janeiro, RJ c Instituto de Física, IF/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ

## INTRODUÇÃO

É redundante perguntar aos professores se o experimento é importante para o ensino da física introdutória, pois a resposta será sempre afirmativa. O laboratório didático é visto como o grande potencializador do processo de ensino-aprendizagem e a experimentação é considerada a 'salvação' para o fracasso do ensino de Física (um tipo de 'vareta mágica'), logo é atribuída à sua ausência a causa do fracasso do ensino de Física (Colinvaux e Barros, 2002).

A atividade laboratorial exige um amplo espectro de habilidades que requerem tempo e maturação para serem dominadas: montar experiência; utilizar instrumentos de medida; registrar, obter e analisar dados; compreender os conceitos físicos. Por este motivo, Nedelsky (1965) afirma que o laboratório introdutório pode ser raramente utilizado como fonte de generalização. Deve-se considerar ainda a falta de tradição escolar que deveria valorizar atividades práticas, a partir da mais tenra idade.

A sabedoria corrente que equaciona aprendizagem de ciências com práticas experimentais vem sendo questionada há muito tempo (Solomon, 1988). Uma reflexão crítica sobre o papel do laboratório de Física, nas suas diversas abordagens, leva a reconhecer sua baixa contribuição para a aprendizagem conceitual; pouco se conhece dos processos cognitivos do aprendiz durante uma experiência. (Filipecki e Barros, 1999; Lunetta, 1998; Bécu-Robinault, 1997).

A crítica a o laboratório não implica em negar seu papel fundamental para a aprendizagem de Ciências. Porém, a infra-estrutura escolar atual e as condições de trabalho dos professores de Física dificultam a realização tanto de atividades laboratoriais quanto de demonstrações ao vivo. É importante utilizar estratégias alternativas que possibilitem a exploração do fenômeno, dando oportunidade ao professor de discutir os modelos físicos e teóricos que permitam explicá-los.

## PROPOSTA DE USO DE DEMONSTRAÇÕES EM VÍDEO

A procura de estratégias em que o aluno possa observar fenômenos para compreender os conceitos - e o professor a poder utilizar atividades experimentais - leva a pensar em recursos diferenciados, já que as demonstrações ao vivo exigem do professor organização e disponibilidade de tempo, além de ter à sua disposição o equipamento necessário.

Filipecki e Barros (1999) apontam o vídeo demonstrativo como um potencializador parcial das habilidades que podem ser desenvolvidas em atividades práticas de laboratório; tendo em vista que demonstrações de conceitos básicos que apresentam um enfoque fenomenológico são pouco consideradas por muitos professores, que se atêm apenas à resolução de problemas.

Se não há diferenças significativas entre a atividade experimental e a demonstração, propõese a utilização de demonstrações controladas apresentadas em vídeo para a construção de conceitos básicos de física térmica.

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## TEORIA

A justificativa da escolha dos conceitos está relacionada ao fato dos fenômenos térmicos estarem presentes no cotidiano, logo, sempre ligados ao sentido ou ao percebido. Além disso, a identificação das dificuldades conceituais dos estudantes, publicadas na literatura específica, orientou a escolha das situações físicas de cada demonstração (Pereira e Barros, 2001).

A conceituação básica da física térmica no vídeo remete à etapa icônica de Bruner (1993) através da seqüência dos fenômenos observados nas imagens; já a extração dos dados e sua análise à etapa simbólica, que requer abstração, levando o aluno a construir um vocabulário científico, relações semiquantitativas e/ou simbólicas, lhe permitindo fazer inferências simples e discriminar a idéia de modelo.

## O ESTUDO REALIZADO

## O vídeo

- O vídeo 'Demonstrações sobre Conceitos de Física Térmica' (Pereira e Barros, 2001) é composto de 11 demos , cada um com duração média de 1,5 min e sem áudio, tendo a seguinte 1 estrutura de imagem: título; materiais utilizados; condições iniciais; o fenômeno demonstrado e o processo de interação, enfatizando-se os dados correspondentes às leituras das medidas nos instrumentos e em computação gráfica na tela.
- O vídeo é acompanhado de um material impresso para o usuário, contendo uma ficha para cada demonstração. A ficha é constituída de duas partes. A primeira apresenta um breve resumo conceitual, o objetivo e a descrição da experiência. A segunda parte, a ser preenchida pelo usuário, contém o registro programado da observação e perguntas objetivas e/ou discursivas; tal estrutura visa a orientação da observação e identificação das grandezas físicas relevantes e das relações entre elas.

As respostas às perguntas solicitadas estimulam o aluno a pensar sobre o fenômeno e a buscar explanações, fazendo inferências baseadas nas informações extraídas da observação.

## Metodologia de aplicação

- O vídeo foi aplicado a dois grupos, utilizando estratégias diferenciadas. O grupo I, constituído de 13 alunos de um curso de física introdutória universitário, foi submetido à apresentação do vídeo (VHS) e o preenchimento do registro de observação pelos alunos foi feito em sala de aula, na presença do professor. As dúvidas dos alunos foram discutidas entre eles e com o professor e cada demonstração foi assistida até três vezes. A aplicação teve duração total de duas horas e meia. As perguntas foram respondidas individualmente em casa.
- O grupo II, constituído de 7 alunos do 2º ano de Ensino Médio Regular, realizou a atividade individualmente, como estudo independente, com preenchimento completo da ficha, utilizando cópia do vídeo em CD (mpeg).

## Dados e resultados

Os dados analisados foram obtidos dos registros de observação e respostas às perguntas preenchidas pelos alunos. Quanto ao registro programado das observações, os dois grupos não apresentaram problemas. Somente alguns alunos (~10%) responderam de forma f actual a esta parte da ficha, descrevendo ações irrelevantes.

Para ilustrar os tipos de respostas dos estudantes às perguntas, são reproduzidas abaixo somente as correspondentes às duas primeiras demonstrações:

## · A natureza do calor: matéria

- 1) A balança na tela de apresentação dos materiais está: GLYPH<143> equilibrada GLYPH<143>
- desequilibrada
- 2) O que caracteriza a condição de equilíbrio?
- 3) A balança inicialmente está em equilíbrio. O que se pode dizer da relação entre as massas dos blocos A e B?
- 4) A partir do fato de que a balança continua em equilíbrio, pode se afirmar que o calor tem características de: GLYPH<134> matéria GLYPH<134> energia Explique sua escolha.

## · A natureza do calor: energia

- 1) Explique a diferença das colisões das esferas com o chão.
- 2) O que acontece com o chumbinho ao inverter a garrafa?
- 3) Que tipo de energia é transformada quando o chumbinho cai?
- 4) Como são as colisões entre as bolinhas de chumbo? GLYPH<134> elásticas GLYPH<134> inelásticas
- 5) Descreva a cadeia de transformações de energia sofridas pelo chumbinho.
- 6) Explique por que a temperatura final do chumbinho aumenta após virar a garrafa?
- 7) Estime a temperatura final atingida caso a garrafa fosse virada 200 vezes. E se fosse virada 50 vezes?
- 8) A partir desse fato pode se afirmar que o calor tem características de: GLYPH<134> substância GLYPH<134> energia Justifique.

As respostas das perguntas objetivas indicam compreensão conceitual de 90%, podendo-se afirmar que o registro controlado permite inferências, como o equilíbrio da balança nas duas condições mostradas mostra que as massas permanecem iguais após o aquecimento de uma delas , implicando na eliminação da hipótese de calor como matéria.

Nas respostas discursivas, aparecem padrões diferentes e uso de grandezas inesperadas para fazer referência à massa aquecida como espaço ocupado , o que não foi observado. Há também respostas que indicam o que os alunos já sabem, sem referência explícita às informações obtidas do vídeo. A segunda demonstração é mais complexa, pois solicita a identificação da cadeia de transformações de energia de uma massa de chumbinho, que cai dentro de uma garrafa de isopor invertida várias vezes, provocando colisões inelásticas entre as bolinhas de chumbo.

As respostas aparecem hierarquizadas: (i) resposta factual, descrevendo o que acontece; (ii) energia potencial passa para térmica, evidenciada pelo aumento de temperatura do chumbinho; (iii) apresenta a cadeia de transformações da energia mecânica, potencial, cinética, e sua passagem para térmica pelas colisões entre os chumbinhos. A explicação dada para o aumento de temperatura. da massa do chumbinho é atribuída ao atrito, e poucos alunos reconhecem que as colisões inelásticas podem transformar energia cinética em térmica, acústica ou deformação.

A análise das respostas mostra que as imagens que representam os fenômenos e os 'dados' apresentados nas telas são eficientes para o objetivo proposto, tanto para os alunos do Grupo II, que utilizaram o instrumento de forma independente, quanto os do Grupo I, que responderam as perguntas como 'dever de casa' utilizando as observações registradas em sala de aula. Este grupo beneficiou-se da discussão com o professor, ao tirar dúvidas e apontar para aspectos relevantes. A linguagem escrita mostra ainda que a conservação de energia e as propriedades da colisão inelástica são pouco familiares aos alunos. Dessa forma, os fenômenos demonstrados poderão ser úteis para a maioria como organizador conceitual que o professor deverá estruturar em discussões posteriores.

Nem sempre todas as informações contidas na demonstração são utilizadas. Isto é uma evidência da dificuldade do processo de 'observação' que não pode ser imposto, mas deve ser construído.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

A estratégia utilizada dá possibilidades ao aluno de 'ir e voltar', de forma recorrente, refletindo sobre os mesmos conceitos em diversos níveis de complexidade -processo que dificilmente acontece na sala de aula.

A utilização deste tipo de material didático pelos professores, nas condições reais de sala de aula, é relevante pois pode contribuir para a aprendizagem conceitual; aproximando o estudante do fenômeno físico, conseguindo substituir as demonstrações 'ao vivo' eficientemente.

A produção de vídeos didáticos deste tipo é necessária no contexto educacional. Pode ser custosa em tempo, mas vantajosa tendo em vista suas múltiplas possibilidades de uso, dentre outras: organizador prévio antes da escolarização em si; demonstração em sala de aula, permitindo trabalhar o fenômeno com um grupo numeroso de alunos; estudo independente.

## REFERÊNCIAS

BARROS, S. S.; PEREIRA, M. V.; FILIPECKI, A. T. Produção de Vídeos Didáticos de Física: Estratégia Alternativa para Aprendizagem. In: SNEF, Simpósio Nacional de Ensino de Física, XV, 2003, Curitiba.

BÉCU-ROBINAULT, K. Activités de modélisation des élèves en situation de travaux pratiques traditionnels: introduction expérimentale du concept de puissance. Didaskalia: Recherches sur la Communication et l'Apprentissage des Sciences et des Techniques , Lyon, 11, p.737, 1997.

BRUNER, J. The Process of Education . Massachusetts: Harvard University Press, 1993.

COLINVAUX, D.; BARROS, S. S. O Papel da Modelagem no Laboratório Didático de Física: O que há para se aprender? In: EPEF, ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, VIII, 2002, Águas de Lindóia. Atas... (CD-ROM) São Paulo: SBF, 2002.

FILIPECKI, A. T.; BARROS, S. S. Uma nova estratégia para o laboratório de Física no 2º grau: elaboração de vídeos pelos estudantes. In: ENPEC, ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, II, 1999, Valinhos. Atas... (CD-ROM) Porto Alegre: ABRAPEC, 1999.

LUNETTA, V. N. The School Science Laboratory: Historical Perspectives and Contexts for Contemporary Teachers. In: International Handbook of Science Education (Part One). FRASER, B. J. & TOBIN, K. G. (Eds). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1998. p. 249-262.

NEDELSKY, L. Science Teaching and Testing. New York: Harcourt, Brace & World Inc., 1965.

PEREIRA, M. V.; BARROS, S. S. Desenvolvimento de um Organizador Prévio Experimental em Sala de Aula para a Construção dos Conceitos de Calor e Temperatura Partindo das Concepções Prévias dos Alunos. In: ENPEC, ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, III, 2001, Atibaia. Atas… (CD ROM) Porto Alegre: ABRAPEC, 2001.

SOLOMON, J. Learning Trhough Experiment. Studies in Science Education , 15, p.103-108, 1988.