A perspectiva ambiental no ensino de física

## A PERSPECTIVA AMBIENTAL NO O ENSINO DE FÍFÍSICA

Marcos Pires Leodoro 1 [leodoro@power.ufscar.br] Rodrigo Corrêa a dos Santos 2 [rodrigocs\_eu@yahoo.com.br]

## RESUMO

É discutido, nesse trabalho, a abordagem da perspectiva ambiental no ensino da física. Para a discussão é focalizada a ruptura metodológica ocorrida na física entre o tratamento mecanicista e a análise sistêmica da realidade. Como exemplificação dessa última, é caracterizado o conceito de entropia. Aponta-s-se para uma educação ambiental no ensino de física associada à noção freireana do "ad-mirar" como reflexão crítica que supera a mera aderência à realidade. Os desafios propostos pela perspectiva ambiental ao ensino da física implicam na problematização do papel que a ciência desempenhou na constituição da crise ambiental contemporânea. Faz-z-se necessário, portanto, "despotencializar" a apreensão da ciência desumanizada. Nesse sentido, uma perspectiva ambiental associada ao tratamento da sustentabilidade no ensino de física não pode estar baseada apenas no tratamento conceitual dos conteúdos. É necessário sensibilizar os alunos por meio da problematização da realidade tecnocientífica. Como o trabalho tem um caráter preliminar, analisa-a-se, brevemente, a abordagem da educação ambiental num livro didático de física voltado ao ensino médio. O conteúdo dessa referência bibliográfica é confrontado com os pressupostos apresentados. Verifica-se o centramento na abordagem conceitual da física. No entanto, há aberturas para tratamentos temáticos e metodológicos que conflfluem para os ideais da educação ambiental propostos nesse trabalho.

## 1. INTRODUÇÃO

Pois se nesta época foi conseguida a vitória sobre a natureza, então a natureza sobre a qual o homem moderno impera é muito diferente daquela em que o homem viveu antes da revolução científica. Com efeito, a habilidade de o homem ter modificado e permitido o aparecimento da ciência moderna não foi senão a modificação da natureza e da percepção que ele tem da realidade

Joseph Weizenbaum

Para efeito de ações significativas de educação ambiental, convêm considerar e refletir acerca da afirmação de Leff (2004):

As aplicações do conhecimento fragmentado, do pensamento unidimensional, da tecnologia produtivista aceleraram a degradação entrópica do planeta, fazendo brotar a complexidade ambiental pelo efeito acumulado de suas sinergias negativas. A crise ambiental é a primeira crise do mundo real produzida pelo desconhecimento do conhecimento. O conhecimento já não representa a realidade; pelo contrário, constrói uma hiper-r-realidade na qual se vê refletido.

Assim, podemos pensar na contribuição histórica e conceitual da física na construção da hiper-r-r-realidade citada por Leff e, conseqüentemente, numa abordagem da educação ambiental no ensino da física que possa reconstruir o rereal segundo um conhecimento que, em continuidade com o passado científico, sinaliza uma necessária ruptura com ele. Na

efetivação dessa abordagem pretendida , se considera que a ação educacional não se encerra num conjunto de conhecimentos conceituais devidamente apresentados mas, senão, na busca de um processo de conscientização mais profundo. Conforme Ruscheinsky e Costa (2002, p. 82):

A educação ambiental que queira problematizar as condições de existência necessariamente penetrará no terreno das representações sociais. Na leitura do real os indivíduos consolidam representações que se ancoram no contexto em que vivem e podem possuir a performance da autonomia ou da dominação ideológica.

Assim, considerando a natureza dual da ciência enquanto instituição concreta e, portanto, inserida permanentemente num jogo de múltiplos interesses, o desafio da educação ambiental no ensino de física implica a em promover a problematização da ciência enquanto agente de contribuição ao estado crítico do ambiente contemporâneo.

Neste trabalho, fazzse uma contextualização conceitual do mecanicismo e da abordagem sistêmica na física, em particular, enfocando a noção de entropia , visando a abordagem de uma perspectiva ambiental no ensino de física . Em seguida , é apresentada breve análise de tópicos sobre energia e entropia extraídos de um livro didático com vistas à futura estruturação de atividades de ensino de física a compatíveis com a perspectiva apresentada .

## 2. RURUPTURAS METODOLÓGICAS DA FÍSICA: MECANICISMO E VISÃO SISTÊMÊMICA

O que em geral se considera um vertiginoso desenvolvimento da ciência clássica, particularmente da física, durante os séculos XVI ao XIX, deveu-u-se em boa parte à consolidação da filosofia mecânica ou mecanicismo. Mais que um método de estudo da natureza, o mecanicismo pretendeu demarcar as fronteiras do conhecimento científico elegendo os problemas de pesquisa legítimos e, consequentemente, estabelecendo os domínios de validade do saber. Suas premissas se contrapunham à perspectiva antropomórfica e representavam uma reação ao animismo e suas referências às "forças vitais" ou às "causas finais" da filosofia aristotélica. No lugar das mesmas, postulava que a natureza é um sistema de matéria em movimento regido por um número reduzido de leis matemáticas. D'Espagnat e Klein (1994) destacam três idéias constitutivas da filosofia mecânica: 1) tudo pode ser descrito a partir de conceitos familiares ou segundo cadeias de abstrações e generalizações dos mesmos; 2) um sistema pode ser analisado, ou seja, o

conhecimento, de forma exata, do conjunto das partes leva ao entendimento de todo o sistema ("o todo, em última instância, não é mais do que a soma das partes"); 3) Os enunciados científicos são objetivos, ou seja, dizem respeito às coisas em si, independentementnte do conhecimento que possamos ter delas.

Alguns desdobramentos da pesquisa científica durante o século XX representaram fortes reveses aos pressupostos mecanicistas. Na física, os estudos relativos à estrutura atômica da matéria (mecânica quântica) levaram à reconsideração da objetividade científica a partir de um novo enfoque sobre o papel do observador no ato da medida. Na biologia, a tentativa de se formular leis sobre os diversos níveis da organização nos sistemas vivos, segundo investigações que visam captar a coordenação de suas partes e processos, implicou na superação da perspectiva metodológica do reducionismo como elemento chave da pesquisa científica. Bertalanffy apud d Bertalanffy (1992, p. 140) assim colocou a nova problemática da pesquisa segundo a Teoria Geral dos Sistemas s por ele preconizada:

As propriedades e modos de ação dos níveis superiores não podem explicar-r-se pela soma das propriedades e modos de ação que correspondem aos seus componentes considerados isoladamente. Não obstante, é possssível chegar aos níveis mais elevados partindo-se dos componentes, se conhecemos o conjunto de componentes e das relações que existem entre os mesmos.

Na atualidade, os rumos do desenvolvimento científico e tecnológico e a consolidação de uma sociedade que se produziu ao lado o dos mesmos têm levado a uma necessidade do diagnóstico e do gerenciamento dos dilemas oriundos da manipulação ambiental que se intensificou consideravelmente nos últimos séculos ao redor de todo o planeta. À medida que a dualidade e natureza e cultura é progressivamente superada e que a organização da vida social humana torna-se cada vez mais complexa, faz-z-se necessário a consolidação de uma perspectiva ambiental considerando, de acordo com Leff (2001, p. 17):

O enfoque sistêmico articulado ao estudo da termodinâmica dos sistemas abertos representa uma contribuição da física para a perspectiva ambiental assim como à noçoção de sustentabilidade segundo uma reconciliação entre conhecimento e natureza .

## 3. A LEI DE MÁMÁXIMA ENTROPIA: ORDEM/D/DESORDEM

A termodinâmica do equilíbrio e a foformulação clássica da Lei de Máxima Entropia (Segunda Lei da Termodinâmica) de acordo com a qual "a entropia, S, de um sistema isolado aumenta até um máximo" (PRIGOGINE E e STENGER, 1991, p. 96) 4 representaram um avanço crucial da física em direção à abordagegem da complexidade da natureza. A entropia é uma função de estado do sistema e que pode ser descrita apenas em termos de parâmetros extensivos 5 : energia interna, volume e número de moles dos componentes químicos. O isolamento do sistema pressupõe nenhuma trtroca de energia ou matéria entre o mesmo e o ambiente. A entropia máxima dos sistemas isolados corresponde a um estado de equilíbrio que permanece temporalmente inalterado, sendo independente da história passada do sistema 6 . A evolução do sistema é descrita por dS/dt > 0 0 e o seu estado de equilíbrio por d dS/dt= 0 .

Para o caso de um sistema que não está em equilíbrio mas interagindo com o ambiente (sistema aberto), o aumento de entropia dS S é dado pela soma do "fluxo" de entropia de de S entre o ambiente e o sistetema e a geração de entropia didiS devido a processos irreversíveis dentro do sistema. Nesse caso, temos que de deS eS + di di S ³ ³ 0. Uma vez que diS é sempre positivo, conforme a Lei de Máxima Entropia, enquanto de de S S pode ser negativo ou positivo 7 , a variação de entropopia num sistema aberto pode ser negativa ou positiva. Logo, a

variação total de entropia num sistema aberto pode adotar valores positivos ou negativos 8 . Os estados de estabilidade nos sistemas abertos fora do equilíbrio não se definem pela entropia máxima, , como no caso do equilíbrio de sistemas fechados, mas pela tendência em direção a um mínimo de entropia produzida (BERTALANFFY, 1992).

A Lei de Máxima entropia também pode ser formulada em termos de um aumento progressivo da desordem universal. De fato, foi oi Boltzmann quem interpretou o crescimento irreversível da entropia como crescimento da desordem molecular da matéria (PRIGOGINE e STENGERS, 1991). Consideremos, por exemplo, o caso de um sistema isolado constituído por uma caixa adiabática dividida ao meio por uma parede diatérmica. Numa metade da caixa encontramos um gás A com energia interna E EA EA e na outra metade um gás B com energia interna EBEB. A energia térmica total do sistema ETET, um parâmetro extensivo, é igual a EA EA + EB EB e, de acordo com a Primeira Le i da Termodinâmica, permanece constante. Consideremos distintas distribuições da energia total ET ET entre os gases A e B e nos perguntemos: Qual é a configuração mais provável para EA EA e EBEB 9 associada à evolução natural do sistema? O cálculo de probabilidades s mostra que tal configuração será a equipartição da energia total, ou seja, EA EA = EBEB. Nesse sentido, a desordem está relacionada a uma configuração com um grande número de estados possíveis ou, de acordo com Prigogine e Stengers (1991, p. 99) ao "esquecimento progressivo de toda a dissimetria inicial" .

Por outro lado, é possível relacionar o aumento de entropia com a degradação da energia. Ainda que, no sistema isolado, a energia total ET ET permaneça constante, a evolução espontânea do sistema leva a uma perda da da qualidade ou capacidade da energia de realizar trabalho. Desse modo, uma formulação equivalente à Lei de Máxima entropia é: A capacidade de um sistema isolado de converter calor em trabalho decresce constantemente .

Enquanto os sistemas isolados evoluem no sentido da ordem para a desordem (máximo aumento de entropia), os sistemas abertos, por sua vez, podem produzir uma ordem local a partir de um aumento da desordem global. Tal é o caso de um ecossistema. Nele, há um constante fluxo de energia e matéria ia que o afasta do estado de equilíbrio. Mas a natureza resiste aos afastamentos do equilíbrio (SCHNEIDER R e KAY, 1997). O ecossistema tende a se auto -organizar consumindo mais energia a fim de manter sua autoorganização. Desse modo, ele reage ao aumento do o fluxo de energia que o desloca do equilíbrio, ou seja, dissipa gradientes de energia para realizar os processos de autoorganização. Por outro lado, o aumento de complexidade dos sistemas abertos os torna muito sensíveis às variações dos fluxos de energia a e/ou matéria.

Os processos de auto-organização em certos sistemas abertos (sistemas dissipativos) exemplifica um dos princípios mais importantes da abordagem sistêmica. a. De acordo com Frontier (2001 , p. 15-16)

Do conjunto das unidades funcionais e do conjujunto das suas interações emerge uma nova entidade, mostrando uma estrutura, propriedades e uma dinâmica novas em relação às das componentes. As dinâmicas elementares são ditas integradas numa dinâmica global diferente de uma simples "soma" das primeiras (é a antiga máxima "o conjunto é mais do que a soma das partes) s) (FRFRONTIER, R, 2001, p. 15-16) .

## 4 . CONTRIBUIÇÃO À PERSPECECTIVA AMBIENTAL NO ENSINO DE FÍSICA

O desenvolvimento de uma civilização científica e tecnológica e seus dilemas foi resultado de articula ções práticas e conceituais do paradigma da ciência clássica e sua filosofia mecânica. Por outro lado, o desenvolvimento científico recente tem propiciado uma abordagem mais eficaz da complexidade ambiental e um entendimento mais sistêmico dos impactos ambientais das ações humanas. A utilização potencializada dos instrumentos intelectuais à disposição, pressupõe uma visão alargada do conceito de ambiente e uma reflexão no campo teórico que subsidie a formulação de estratégias de ação devidamente embasadas. Por exemplo, a idéia de um progresso tecnológico tautológico, segundo o qual " o progresso é medido pela velocidade com que se produz" (TITIEZZI, 1988, p. 32) é cada vez mais insustentável.

O estudo da termodinâmica dos sistemas abertos nos leva a uma perspectiva ambiental, segundo a qual a velocidade de consumo dos recursos naturais e da energia

disponível é inversamente proporcional ao tempo de sobrevivência da civilização humana. Tal problemática põe no cenário da educação ambiental as noções de sustentababilidade e de desenvolvimento sustentável.

Braga et al l (2005) questionam o modelo de desenvolvimento social vigente considerando -o inviável, visto se tratar de um sistema aberto baseado nas premissas dos suprimentos inesgotáveis de matéria e energia e na capacidade infinita do ambiente de reciclar matéria e absorver resíduos.

- O desenvolvimento sustentável e, em conseqüência, a sustentabilidade, envolvem a consideração de um suprimento externo contínuo de energia (solar) mas, no entanto, no seu uso racionalizado, assim como a reciclagem e o reuso dos materiais. Nesse sentido, pressupõem um sistema fechado caracterizado pela recuperação dos recursos, minimização do impacto dos resíduos e, desse modo, contribuindo para o melhor processamento da restauração ambmbiental.

O desafio do desenvolvimento sustentável l remete ao dilema relativo à nossa condição de pertencentes ao panorama tecnocientífico contemporâneo e, portanto, a ele condicionados, no momento em que se e faz necessário a ruptura com certas concepções que o sustentam. FrFreire e (1987) se refere a uma aderência à realidade que, ao constituir obstáculo à apreensão p práxica 10 do real, demanda uma atitude crítica para com a própria realidade ou a representação que fazemos dela. Para tanto, Freire fala da necessidade de de "ad-d-mirar" o mundo, ou seja, não apenas adaptação, mas uma cisão com ele por meio do logos que é, senão, surpresa , , êxtase propiciadoras da reflexão. o.

Como uma primeira análise da tentativa de abordagem da perspectiva ambiental no ensino de física , consideramos o exemplo do livro didático "F "Física: ciência e tecnologia " de Torres et al (2001). Num dos capítulos do livro 11 , os autores apresentam estimativas do grande consumo de energia no futuro e o esgotamento dos combustíveis fósseis. Mais adiante, lançnçam m a problemática da necessidade de se aumentar a disponibilidade de energia sem por em risco reservas e sem prejudicar o meio ambiente, bem como melhorar a eficiência dos processos de geração de energia e utilizá-la de forma racional. Mostram como através do esclarecimento técnico e do bom uso da tecnologia (alfabetização

tecnológica), pode -se economizar energia , principalmente aquela obtida do do petrtróleo e da eletricidade. É pontuado itens sobre como utilizar essas formas de energia , de modo racional , , no automóvel, nas instalações residenciais de gás, na iluminação e eletrodomésticos. Nesse ponto , , os autores nos fornecem formas de diminuir o consumo de energia, sendo uma contribuição para a solução do problema colocado no começo do capítulo.

É descrito, ainda, fontes alternativas de energia e a tecnologia envolvida no processo de captação, suas vantagens e desvantagens ambientais e sociais. Nesse ponto , temos a indicação da possível solução para o problema da sustentabilidade ambiental: as fontes renováveis de energia. a. São apontados, ainda, alguns tipos de poluição ambiental. O capítulo finaliza com o tópico da reciclagem. m.

No livro, ao longo dodos capítulos, há sessões de Ciência, Tecnologia e Sociedade (CT&S) S) que motivam os alunos a questionar, discutir, pesquiuisar r e e pensar a respeito de certas questões, ponto fundamental para nossa proposta de ensino de física .

Um instrumento didático importante que não é usado no livro é a abordagem histórica e filosófica da ciência. Ela é essencial para a constituição de uma consciência crítica sobre a realidade tecnocientífica contemporânea e seus dilemas. Contribui, ainda, na percepção dos avanços científicos e tecnológicos envolvidos na produção, transformação o e consumo da energia e seus impactos na degradação ambiental ao longo desse desenvolvimento.

Diante da ruptura metodológica da física apresentada nesse trabalho, observa-se que a mesma não é focalizada no livro e não há um tratamento sistêmico da problemática ambiental. Por outro lado, num capítulo anterior dedicado ao ao estudo da termodinâmica 12 , cito -se um quadro de Salvador Dali , o qual foi descrito do seguinte modo:

(...) há maçãs que voam, água que sobe saindo do gargalo de uma garrafa, um pássaro estático, pairando no ar. (...) A realidade é bem diferente dos devaneieios oníricos do grande mestre catalão. Os fenômenos naturais ocorrem sempre no mesmo sentido, de modo que a entropia do Universo aumente. (TORRES et al, 2001, p. 264).

Ao o ser melhor explorada e esta citação, teríamos uma proposta genuína da abordagem da perspectiva ambiental no ensino de física promovendo a "ad-d-miração" proposta por

Freire (1987), ao o fazezer r uso do caráter epifânico da arte , nos remetendo a uma subversão do real para que possamos, então, melhor "ad-d-mirá-á-lo", ou seja, enxergá-lo criticamente.

## 5. REREFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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