ABORDAGEM DE LIVROS DIDATICOS SOBRE A RELAÇAO ENTRE FISICA E NUTRIÇAO

## ABORDAGEM DE LIVROS DIDÁTICOS SOBRE A RELAÇÃO ENTRE FÍSICA E NUTRIÇÃO

## Fernanda Cavaliere Ribeiro Sodré 1

Cristiano Rodrigues de Mattos 2

1 IFUSP/Pós -Graduação em Ensino de Ciências - Modalidade Física, fernanda@if.usp.br

2 IFUSP/Departamento de Física Experimental, mattos@if.usp.br

## 1. INTRODUÇÃO: UMA EDUCAÇÃO INTERDISCIPLINAR

Um dos grandes desafios do ensino de física é a introdução de conteúdos interdisciplinares nos diversos níveis de ensino. Em relação à interface entre a física e as outras ciências, como a biobiologia e a química, pode-se observar um crescimento na produção de conhecimento interdisciplinar no último século. Mapeamentos genéticos, diagnósticos médicos, produção de novos materiais são exemplos de resultados dessas interfaces.

As ciências da vida atraem profissionais de outras áreas não só do ponto de vista tecnológico, mas do ponto de vista científico, à medida que se tornam cada vez mais quantitativas em seus aspectos experimentais e teóricos. Desta maneira, especialmente nas últimas décadas, a pepesquisa científica tem se caracterizado pela colaboração de pesquisadores, tanto de uma mesma área como também de áreas distintas.

A introdução dessa forma de atuar da ciência na escola torna necessária a formação de professores dentro de uma perspectiva interdisciplinar, para que eles próprios possam agir, seja em sala de aula ou na escola, como focos de organização do conhecimento interdisciplinar (FIEDLER-FERRARA; MATTOS, 2002), sejam como indivíduos, sejam como grupos.

Para que as alterações nos enfoques curriculares obtenham êxito e persistam, é preciso que se exija o estabelecimento de metas comuns entre algumas disciplinas, o que implica no fornecimento de subsídios à formação de professores de ciências, incluindo a produção de um material que trate os conteúdos de forma interdisciplinar. Essa abordagem interdisciplinar implica em compreender as relações interdisciplinares dos conceitos ligados ao assunto que será trabalhado. Neste projeto escolhemos o tema da nutrição e suas relações com a física.

Neste trabalho realizamos um levantamento preliminar em livros didáticos dos vários níveis de ensino (fundamental, médio e superior), com o objetivo de verificar como o tema nutrição está sendo abordado do ponto de vista da física. Também será realizada uma a pesquisa histórica acerca das origens dos conceitos de energia e entropia e de suas relações com o campo de conhecimento da nutrição.

## Aspectos modernos da alimentação

Nos últimos 30 anos ocorreram mudanças no padrão alimentar da população brasileira. Com base nos dados da POF (Pesquisa de Orçamento Familiar de 1995-1996,

IBGE,1997) e do Estudo Multicênico sobre o Consumo Alimentar, coordenado pelo Ministério da Saúde (1996), tornou-se crescente a adoção de dietas caracterizadas pela OMS/1990 pelo excesso de alimentos com alta densidade energética, ricos em gordura e açúcar refinado. Houve também um aumento no consumo de alimentos preparados e produtos industrializados.

Tais dados sugerem que a alimentação tradicional está sendo substituída por novas práticas alimentares, que simplificam o trabalho e economizam o tempo das pessoas. Para contornar este problema, podemos pensar na escola como um bom espaço para intervenção. Nela, intervenções realizadas por educadores vão recair sobre uma geração de indivíduos, que poderão reproduzir, no futuro, condutas alimentares adequadas à manutenção da saúde e do estado nutricional (IPIRANGA, 1995).

- A importância da inserção do tema da alimentação na escola torna-se mais evidente quando a reconhecemos como um instrumento de questionamento e confronto a todo tipo de mensagem publicitária, veiculada pela indústria de alimentos junto aos meios de comunicação em massa.

Nossa pesquisa se destina à formação de professores de física, e possui como foco as relações entre a física e a alimentação.

- O tema da alimentação, do ponto de vista físico, é abordado em livros didáticos nos diversos níveis de ensino. No entanto, notamos que alguns tratam a alimentação como processo basicamente de trocas de energia, em detrimento de uma pequena ou nenhuma atenção ao conceito de entropia.

## Manutenção de concepções por meio do ensino formal

"Um organismo vivo, pode manter-se afastado da morte, isto é, permanecer vivo, extraindo incessantemente, do respectivo meio ambiente, entropia negativa... Um organismo alimenta-a-se de entropia negativa". (Schroedinger, 1944, 74)

Aparentemente, alguns livros didáticos de ensino superior fazem uma analogia entre os seres vivos e a máquina, enfatizando apenas a participação do primeiro princípio da Termodinâmica neste tema interdisciplinar.

De acordo com orientações sugeridas nos Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 1999), abordagens que contemplem a transversalidade no tratamento dos conteúdos de ciências são necessárias para que novas tendências científicas possam ser acompanhadas pelos educadores e concretizada em sala de aula.

É a partir do aporte de Schröedinger (1944) que pretendemos explorar as relações entre Física e Nutrição, para a fundamentação física em uma alimentação saudável. Temos claro, por trabalho anterior, que a maioria dos estudantes de licenciatura em física e biologia tomam a alimentação como um processo puramente energético, negligenciando os aspectos entrópicos da manutenção do metabolismo. Vamos explorar uma outra hipótese de trabalho: a de que os livros didáticos suportam a visão puramente energética dos processos nutricionais, reforçando a percepção dos estudantes de ciências de que a alimentação é apenas uso de energia. Investigamos como alguns livros didáticos do ensino médio e e superior abordam o tema da alimentação do ponto de vista da Física, estabelecendo relações com as concepções descritas pelos professores em pré-é-serviço de Física e Biologia, obtidas em trabalho anterior.

## REFERENCIAL TEÓRICO

O tema deste trabalho, por si só, demanda um referencial teórico para a interdisciplinaridade. Usaremos como referência o trabalho de Fiedler-Ferrara e Mattos (2002, 2006), em que o conceito de interdisciplinaridade é entendido como um recorte em uma disciplinaridade mais complexa: a pandisciplinaridade. A idéia de um currículo pandisciplinar como um sistema complexo contribui para compreender a necessidade de critérios de seleção e organização de conteúdos escolares, no sentido de que cada currículo, seja interdisciplinar, multidisciplinar, intradisciplinar ou ainda transdisciplinar, é construído a partir de um recorte em um sistema hierarquicamente superior, e está baseado em critérios epistemológicos, ontológicos e axiológicos. Com pretendemos, futuramente, realizar intervenções em cursos de formação de professores baseados nos resultados que estamos encontrando, usamos, também, como referencial o trabalho de Garcia (1998), com o qual fundamentamos a necessidade da escola complexificar os conteúdos como forma de aproximação dos problemas da vida cotidiana. É nesse sentido que pretendemos trabalhar as relações entre Nutrição e Física.

## METODOLOGIA

Em trabalho anterior (SODRÉ; MATTOS, 2005) levantamos algumas concepções prévias relativas aos conceitos físicos vinculados à alimentação. Naquele trabalho foram selecionadas amostras de estudantes do curso de licenciatura em Física (IFUSP/SP) e dos cursos de licenciatura e bacharelado da biologia (IBUSP/SP). Com o intuito inicial de revelar as concepções destes estudantes de graduação acerca da alimentação do ponto de vista da Física, elaboramos um questionário semi-aberto, com seis questões dissertativas e um teste.

A partir da análise das respostas obtidas em 108 questionários foram construídas 5 categorias, que servirão como categorias de análise dos textos apresentados nos livros didáticos selecionados. Apresentamos na Tabela 1 as cinco categorias de análise elaboradas:

Tabela 1: Categorias de análise dos textos dos livros didáticos.

Selecionamos diversos livros didáticos que abordam a alimentação do ponto de vista físico. Essa amostra foi escolhida com base nos seguintes critérios:

- 1. Disponibilidade, sendo procurados manuais a partir das três últimas décadas do século XX;
- 2. Presença de capítulos ou seções destinados à compreensão física da alimentação.

Os manuais selecionados pertencem às áreas de Fisiologia, Educação Física, Biofísica, Biologia e Física, sendo que para estas duas últimas foram selecionados livros didáticos do ensino médio. Entendemos que a diversidade das obras é importante, uma vez que permite revelar a abordagem deste tema interdisciplinar em áreas distintas. As obras diferem em data de publicação, finalidade da proposta, leitor visadado, linguagem utilizada, etc. Portanto, não estamos, absolutamente, comparando as obras entre si, mas realizando uma classificação delas. Pretendemos, assim, mapear as qualidades das formas com que as relações entre física e nutrição são apresentadas nos livros didáticos. Essa informação nos permitirá, futuramente, correlacionar a forma como esses temas são tratados em sala de aula e a forma como os estudantes compreendem a relação entre eles depois de seu ensino formal.

## ANÁLISE DOS LIVROS

## Texto 1 ( (CAMERON & SKOFRONICK, 1978)

No capitulo 5, de título "Energia, trabalho e poder do corpo", o autor justifica o funcionamento da máquina através de trocas de energia e da primeira lei da Termodinâmica, escrevendo a seguinte equação de conservação:

A troca de energia armazenada no corpo = ao calor perdido pelo corpo + o trabalho realizado

Como todas as atividades do corpo, incluindo pensar, envolvem trocas de energia e os alimentos são a fonte principal deste combustível, conclui:

"Do ponto de vista físico, podemos considerar o corpo como um conversor de energia, o que é o assunto da lei da conservação da energia." (p. 88)

Mais adiante, no capítulo 7 de título "Física dos pulmões e da respiração", encontramos novamente a analogia entre o homem e a máquina térmica:

" O corpo é, de muitas formas, uma máquina notável. Ele deve ter uma fonte de energia, um método para converter energia nas formas elétrica e mecânica e um caminho para eliminar os subprodutos. A máquina humana consiste, realmente, de bilhões de "máquinas" muito pequenas - - - as células vivas do corpo." (p.119)

A lei da conservação da energia é utilizada para justificar a alimentação, como um processo de trocas de energia. A quantidade de quilocaloria introduzida é em parte é dissipada, sobre forma de calor, e em parte aproveitada na realização de trabalho biológico, e a somatória de todas as suas formas é constante em relação ao tempo.

A princípio, também estamos de acordo com o texto. No entanto, não foi encontrado o conceito da entropia, muito presente neste sistema. Podemos dizer que esta abordagem aproxima-se da categoria cinco, uma vez que não há nenhuma relação entre o conceito de negentropia/entropia e a alimentação.

## Texto 2 ( (MCARDLE et al, 1998)

No capítulo 5, de título: "Introdução à transferência de energia", discute-se a capacidade do corpo humano em extrair energia dos nutrientes alimentares e transferi-la para o corpo. Os conceitos das energias potencial e cinética são introduzidos e tratados

junto à primeira lei da termodinâmica.

Um exemplo de sistetema físico é descrito para explicar os processos de trocas energéticas no organismo:

- "A água proveniente do alto de uma montanha desce a passa a constituir uma cachoeira, sua energia potencial é transformada em cinética. Parte dessa energia é aproveitada para movimentar a rede d'água (...). Nos seres humanos, o processo de transferência de energia obedece aos mesmos princípios da cachoeira - - roda d'água" (p. 61)

Os nutrientes glicídios, lipídicos e protéicos são apontados como fontes de energia potencial. O autor prossegue com o segundo princípio da Termodinâmica:

- "A transferência de energia potencial é unidirecional e se processa sempre da forma a reduzir a capacidade total de realizar trabalho. A tendência da energia potencial em degradar-r-se para cinética com uma menor capacidade para trabalho representa um enunciado da segunda lei da termodinâmica. (...) O alimento e outras substâncias químicas são excelentes reservas de energia potencial. Entretanto, essa energia acaba sendo liberada quando os compostos se se decompõe através dos processos oxidativos normais (...)" (p. 62)

"Todos os processos químicos e físicos se processam numa direção onde a causalidade total ou a desordem aumenta, e a energia disponível para o trabalho diminui.(...) Nas reações acopladas, que ocorrem durante a biossíntese, parte do sistema pode mostrar uma diminuição da entropia" " (p. 62)

- O texto relaciona os conceitos de energia e entropia e os justifica neste sistema, mesmo que de maneira breve. A preocupação dos autores não está em promovever uma discussão envolvendo o conceito de entropia ou eficiência do processo de conversão da energia em trabalho, de forma que a questão não foi aprofundada.

Podemos associar este capítulo à primeira categoria elaborada.

## Texto 3 ( (LEÃO, 1980)

No capítulo sobre a Bioenergética, os seres vivos são classificados como sistemas abertos operando transformações cíclicas e reversíveis. As trocas e transformações energéticas são regidas por três princípios da termodinâmica: o princípio da entalpia, princípio de Carnot ou da entropia e o princípio Nernst, de ordem e desordem.

Associamos este livro à categoria 1, pois o autor discute a entropia associada à manutenção da vida no organismo vivo.

## Texto 4 ( (FOX & MATHEWS, 1986)

- O capítulo 4 "Energia, trabalho e potência", tem o objetivo de informar como se determina em laboratório o gasto energético humano, a eficiência na realização do trabalho.

No capítulo 18, sobre nutrição e composição corporal, também é tratado do ponto de vista da conservação da energia. A quantidade diária de alimentos necessária ao organismo depende de suas necessidades energéticas:

"Conhecendo -s -se o custo da energia atividade (movimentos físicos), nós podemos mais racionalmente planificar nossa dieta para manter um equilíbrio de energia próprio" " (p. 243)

Usa de imagens, no caso uma balança, para representar a relação entre o consumo do alimento, a energia gasta e o peso do corpo, dando indícios claros de conceber apenas a energia como elemento necessário para a sustentação do

metabolismo. Algumas definições revelam ainda a concepção usada neste livro, como por exemplo, a idéia de "Peso corporal constante" definido pelo fato de que a energia dos alimentos está equilibrada com a energia para manutenção do corpo e atividade; "Perda de peso corporal", a energia dos alimentos supera a energia para manutenção do corpo e atividade; "Aumento de peso corporal", a energia para manutenção do corpo e atividade supera a energia dos alimentos.

Ambos capítulos apresentam textos que se aproximam das c categorias 3 e 4 , onde a entropia é encontrada de modo indireto, e a relação corpo-alimento é ressaltada.

## Texto 4 ( (AMABIS & MARTHO, 2001)

No capítulo 7, "Como as células obtêm energia", a introdução é feita a partir da necessidade do organismo por energia, associada a eficiência do metabolismo energético:

"Assim como a locomotiva de Stephenson (o engenheiro inglês que inventou a locomotiva a vapor) e os atuais motores à combustão usados nos automóveis, os seres vivos também obtém energia por meio da queima de compostos de cararbono. Os organismos vivos, porém, são muito mais eficientes no aproveitamento da energia do que os melhores motores já inventados: enquanto estes só conseguem aproveitar, no máximo 25% da energia liberada na queima do combustível, nossas células aproveitam mais de 40%." (p.117)

No parágrafo seguinte, escreve:

"Vida demanda energia. Sem energia a organização característica dos seres vivos não conseguiria se manter. Conhecer os processos biológicos de obtenção de energia é de fundamental importância para entetender o metabolismo".(p.118)

O ser vivo mantém suas características às custas de energia e de negentropia. Enquanto a energia é utilizada para a realização de trabalho biológico, a negentropia, extraída dos alimentos, tem como finalidade de manter o sistema organizado, de modo a conservar as estruturas.

Embora o texto aponta para a degradação da energia nas transformações energéticas do organismo, o conceito de entropia se faz presente de forma indireta, implícita. Ainda assim, sua relevância no ato de alimentar-se não foi discutida. Associamos esta abordagem às c categorias 3 e 4 .

## Texto 5 ( (FROTA-A-PESSOA, 2001)

Na introdução à unidade 6, denominada "Metabolismo", o autor discute a necessidade de matéria e energia para a máquina corpo humano funcione.

"Somos consumidores, pois precisamos de matéria orgânica já sintetizada para tocar nossa máquina. Os animais fazem muita síntese de matéria orgânica, e assim constroem seu corpo, crescem e funcionam. Mas para isso precisam usar matéria orgânica acumulada no corpo de de vegetais, fungos e outros animais (...)" (p.201)

Na perspectiva da conservação de energia, explica-a-se a conversão de energia luminosa em energia química disponível ao homem na fotossíntese.

"As plantas fabricam matéria orgânica partindo exclusivamente de de substâncias minerais, usando a energia do sol (fotossíntese), e os animais se servem delas para produzir suas próprias moléculas orgânicas." (p.201)

No capítulo 13, sobre a ingestão de nutrientes essenciais ao corpo, define-se

como dieta equilibrada aquela que inclui os nutrientes dos diferentes tipos, em quantidades suficientes.

Associamos esta abordagem às c categorias 3 e 4 .

## Texto 6 ( (UZUNIAN & BIRNER, 2001)

No capítulo 4, "Moléculas em ação", encontramos um tópico de nome: "Como nos alimentamos?" Como foco principal, há o conceito de energia e o princípio de conservação:

- "A energia que obtemos diariamente dos alimentos serve para manter a atividade básica do organismo e realizar a atividade física. Por atividade básica entende-se manter em funcionamento os órgãos vitais: batimentos cardíacos, respiração pulmonar, funcionamento dos neurônios, e de órgãos como fígado e rins." (p.45)
- O capítulo 13, "Respiração: energia para vida", inicia-se com uma pergunta: "Qual a energia usada pelos seres vivos?"

Segue a analogia homem-máquina:

- "...assim como o automóvel precisa de álcool etílico ou gasolina para funcionar, nós precisamos de glicose, substância altamente energética cuja quebra no interior das células libera a energia armazenada nas ligações químicas..." (p.179)

Mais adiante, no capítulo 58, sobre a energia e os ecossistemas, num pequeno box denominado "a ecologia e as leis da termodinâmica", encontramos (além da lei de conservação) o princípio da entropia relacionado às transferência de energia:

- "...a cada transformação de energia, uma parcela é liberada em forma de calor, contribuindo assim para o aumento de entropia". (p.744)

Associamos estes textos às c categorias 3 e 4 .

## Texto 8 ( (RAMALHO et al., 2003)

No final do capítulo 4, "a medida do calor - - calorimetria", há uma discussão sobre as calorias dos alimentos. Os energéticos, como carboidratos e açúcares, após serem absorvidos, são "queimados" (p.55) num processo denominado respiração celular, produzindo energia indispensável ao funcionamento do organismo. E os alimentos não considerados energéticos, como as proteínas e gorduras, também podem ser utilizados para suprir o organismo de energia, na falta de carboidratos. No final do capítulo 9, há a segunda lei da Termodinâmica, bem como a degradação de energia e o Demônio de Maxwell.

- O livro está dividido em blocos, e, embora a alimentação e os assuntos citados acima estão contidos no mesmo bloco, (parte 1), não há nenhuma relação entre ambos. Associamos estes textos à categoria 5 .

## Texto 9 ( (GASPAR, 2002)

Encontramos no capítulo 14, sobre o calor, um quadro denominado "cotidiano", referente às calorias dos alimentos e o metabolismo animal.

"São comuns as tabelas de quantidade de energia dos alimentos em quilocalorias (embora quase sempre expressa erroneamente como quilocalorias apenas), mas pouco se fala do rendimento do organismo, ou seja, da porcentagem dessa energia que se transforma efetivamente em trabalho, tanto externo como de metabolismo." (p.315)

- O capítulo 16 traz um estudo acerca do princípio da entropia, suas implicações e

aplicações: fenômenos irreversíveis e reversíveis, seta do tempo, paradoxo da reversibilidade, morte térmica do universo, ciclo e rendimento de Carnot, terceira lei da termodinâmica, motores, entropia, desordem e demônio de Maxwell .

Apontamos para o fato de que a alimentação e o conceito de entropia estão presentes, mas separados um do outro, não sendo relacionados de forma alguma. Está claro que a propósito do texto não é descrever a alimentação do ponto de vista físico.

## Associamos estes textos à categoria 3 .

## Texto 10 (BONJORNO et al.l., 1999)

Livro traz uma seção de curiosidade ("Você Sabia?") no final do capítulo 16, "Calorimetria". Em uma primeira tabela, estão as necessidades diárias de energia pelo homem, de acordo com a idade e sexo, expressa em unidades de quilocalorias. A segunda tabela apresenta a quantidade de energia por hora que o corpo gasta em algumas atividades realizadas (dormir, escrever, costurar, varrer e etc), e a última mostra a quantidade de energia fornecida por r 100 g de vários alimentos (arroz, feijão, pão, chocolate...).

Uma associação possível entre as tabelas pode ser feita através da lei da conservação da energia, pois a necessidade do corpo por energia somado ao trabalho realizado, deve ser igual à energia ingerida pela alimentação. Há ênfase na quantidade, não em qualidade. Podemos associar esta seção do livro à categoria 5 .

## Conclusão

Todos os textos trazem a necessidade do corpo humano em obter energia, e assim associa -se facilmente o primeiro princípio da termodinâmica à alimentação, no que diz respeito à ingestão de calorias. No entanto, a ausência do conceito de entropia neste contexto não permite o estabelecimento de conexões interdisciplinares entre a aspectos da ciência da Nutrição e a Física, por exemplo: como explicaríamos o benefício de se incluir nas dietas a ingestão de fibras insolúveis, uma vez que tais elementos possuem valor energético quase desprezível? Ou o contrário: por que não podemos considerar como alimento uma substância rica em energia como a gasolina?

Os resultados obtidos corroboram a idéia de uma correlação entre a compreensão dos estudantes e a forma como os livros didáticos apresentam a relação entre os assuntos tratados. Em Sodré & Mattos (2005) tínhamos como hipótese inicial que nenhum questionário seria classificado na categoria 1 e que as categorias com maior incidência seriam a 4 e 5, o que foi confirmado. Apesar disso também pudemos verificar que os estudantes de Biologia tinham uma melhor compreensão, discriminando de maneira mais fina o papel da energia na alimentação. O conceito de energia, principalmente o seu caráter quantitativo, tem sido, de modo geral, usado para expressar a razão pela qual estamos vivos, ou realizamos trabalho, indicando o uso de uma analogia, para o ser vivo, da termodinâmica de sistemas fechados, o que exclui análises das alterações das qualidades de energia (entropia), e dos fluxos de entropia.

Apesar dos livros não manifestarem seu objetivo de explorar a alimentação do ponto de vista física, cabe também ressaltar que não há, na maioria dos textos, expressões da intenção de tratar o conhecimento de maneira interdisciplinar, apesar do tema o exigir. Mesmo não havendo uma abordagem interdisciplinar explícita, concluímos que os estudantes acabam por adotar visões que ou são corroboradas ou ensinadas pelos livros didáticos. Essa relação acaba tirando a possibilidade de ampliar a discussão sobre o tema e impede que se identifiquem as sérias limitações que a simples abordagem

energética da alimentação acaba por levar. Essa reflexão reforça, em nossa opinião, a necessidade de produção de um material de subsídio à formação de professores, que seja capaz de trabalhar a relação interdisciplinar entre alimentação e física de forma mais completa e atualizada.

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