ANALOGIAS NO ENSINO DO CONCEITO DE ENERGIA INTERNA

## ANALOGIAS S NO ENSINO DO CONCEITO DE ENERGIA INTERNANA

Luciana Bagolin Zambon b a [luzambon@gmail.com ] Eduardo A. Terrazzanb nb [e[eduterrabr@yahoo.com.br]

a Núcleo de Educação em Ciências (NEC)/Centro de Educação (CE)/)/Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)

bN

bNúcleo de Educação em Ciências (NEC)/Centro de Educação (CE)/Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)

## RESESUMO

As analogias são consideradas recursos didáticos potencialmente úteis, pois podem auxilia r a a aprendizagem de conceitos/fenômenos/assuntos desconhecidos ou pouco conhecidos mediante o estabelecimento de relações de semelhança e diferença com situações familiares, conhecidas pe los estudantes. NeNeste trabalho, apontamos resultados de nossas ações investigativas sobre o uso de analogias produzidas pelos alunos como um instrumento de avaliação da compreensão conceitual acerca do conceito de Energia Interna. Até o momento, realizamos a atividade de produção de analogias pelos estudantes em 02 2 turmas de 2a 2a a série do Ensino Médio, envolvendo um total de 25 analogias criadas por eles. Analisamos essas s analogias utiliza ndo o critérios e categorias para classificação de analogias e de apresentações analógicas s enencontrados na literatura da área. É importante notar r que nenhum análogo utilizado pelos estudantes tem origem no próprio domínio da física e a maioria deles é de natureza coconcreta . A grande maioria dos estudantes conseguiu estabelecer efetivamente relações analógicas entre o análogo proposto o e o conceito de energia interna. Dos resultados obtidos até o momento, podedemos afirmar que a produção de analogias pelos estudantess é uma boa estratégia de avaliação, tanto da compreensão do conceito envolvido na atividade, quanto do procedimento de pensar mediante analogias (raciocínio analógico). No entanto, apesar das indicaçações positivas da análise da intervenção didática realizada, consideramos necessário o aprofundamento de nossos estudos no sentido de não só diversificar os assuntos tratados mediante a estratégia aqui analisada, mas também de acompanhar a evolução de turmas de estudantes em que o uso de analogias como recurso didático se faça mais freqüente.

## ININTRODUÇÃO

Uma das formas de explicar a aquisição/construção de conhecimento, segundo uma visão construtivista, é a que sugere que uma aprendizagem efetiva ocorre quauando o aprendiz atribui significado ao conhecimento. Para atribuir esse significado, o aprendiz precisa encontrar ou criar conexões entre a nova informação e o conhecimento já existente (Pittman, 1999, p.1). Isso pode ser facilitado mediante o uso de analogias. Neste sentido, as as analogias são consideradas recursos didáticos potencialmente úteis, pois auxiliam na aprendizagem de conceitos/fenômenos/assuntos desconhecidos ou pouco conhecidos mediante o estabelecimento de relações de semelhança e diferença com m situações familiares, conhecidas pelos estudantes.

Na literatura relativa à pesquisa sobre o uso de analogias, encontramos uma variedade de definições e terminologias. Em nossos estudos , temos utilizado o termo alvo para nos referir ao conceito/fenômeno/assunto a ser aprendido/compreendido, o termo análogo para o conceito/fenômeno/assunto conhecido, familiar ao aprendiz e o termo relações analógicas para fazer referência às correspondências entre alvo e análogo.

Segundo Lawson (1993), as analogias podem ser usadas no ensino de conceitos teóricos, ou seja, aqueles conceitos que não possuem exemplares perceptíveis no ambiente - por exemplo, os conceitos de gene, quark, átomo . De acordo com esse autor, papara ensinar os conceitos que são

descritivos (aqueles que possuem exemplares perceptíveis no ambiente), o professor ou autor de Livro Didático pode apresentar figuras/exemplares deste conceito e na medida em que o aluno visualiza tais exemplares torna-se mais fácil a aprendizagem. No entanto, o professor e os aututores de Livros Didáticos não podem apresentar figuras/exemplares de conceitos teóricos. Sugere, então, que para o ensino destes conceitos sejam utilizadas analogias.

As pesquisas sobre uso de analogias encontradas na literatura referem-se, em geral, à utililização de analogias em materiais didáticos (Curtis, , Reigeluth, 1984; Harrison, , Treagust, 1993; Glynn et al, 1989; 9; Thiele, Treagust, 1994, Justi, Monteiro, o, 2000, Zambon, Terrazzan, 200707) e à utilização de analogias em sala de aula (Glynn et al, 1989; 9; Duit, , 1991; Cachapuz, 1989; Aragón et a l, 1999; Lawson, 1993; Terrazzan, Ferraz, 200202). Estas pesquisas indicam que apesar de ser comum a utilização de analogias, tanto em materiais didáticos quanto espontaneamente por professores em sala de aula, há pouca preococupação nessa utilização, visto que, em geral, não há o emprego o intencional l de nenhum modelo de ensino com o uso de analogias.

Outro conjunto de pesquisas encontrado na literatura da área defende como estratégia alternativa ao uso de analogias trazidas pelo lo professor ou livro didático, a produção de analogias pelos próprios alunos (Pittman, 1999; Kaufman et al, l, 1996, Duarte, Fabião, 2005, Justi, Mendonça, 2006). . Uma das preocupações de alguns autores (Terrazzan, Silva, 2008, Duit, 1991) é a de que muitas ve zes o análogo utilizado pelo professor ou livro didático não é conhecido por todos os alunos. As pesquisas sobre atividades com produção de analogias pelos alunos apontam que essa é uma das vantagens em sua utilização, pois o análogo criado pelo aprendiz é familiar r a ele. Outra vantagem apontada por estas pesquisas é que as analogias geradas pelos estudantes podem ser uma ferramenta para ajudar o professor a identificar as concepções dos estudantes que não são compatíveis com as concepções científicas (Pittman, 1999, p.19) .

No entanto, é importante ressaltar que a produção de análogos com a intenção explícita de construção de conhecimento não é algo "dado", mas sim o resultado de um "caminho" a ser construído e trilhado pelos alunos. E, portanto, depende, no nosso entendimento, de uma programação clara por parte do professor.

Este trabalho faz parte de uma pesquisa mais ampla na qual l procuramamos investigar, entre outros aspectos, , o uso de analogias no ensino de de e conceitos, tanto em situações didáticas nas quais as analogias são fornecidas pelo professor , quanto no caso em que são os próprios alunos que produzem as analogias.

No primeiro caso, as analogias são estruturadas em Atividades Didáticas baseadas em Analogias (ADA). Para essa estruturação, organizamos as analogias-base, as quais são selecionadas , costumeiramente, de materiais didáticos, utilizando como referência o modelo TWA, proposto por Glynn (1989), modificado por Harison e Treagust (1993) e composto de seis passos: 1) Introduzir a 'situação alvo' a seser aprendida; 2) Introduzir a 'situação análoga' a ser utilizada; 3)Identificar as características relevantes do 'análogo'; 4) Mapear as semelhanças entre o 'análogo' e o 'alvo'; 5)Identificar os limites de validade da analogia; 6) Extrair conclusões sobre a 'situação alvo'.

Em particular, neste trabalho, temos como objetivo investigar o uso de analogias produzidas pelos alunos como um instrumento de avaliação da compreensão conceitual l acerca do conceito de Energia Interna.

## METODOLOGIA DO TRABALHO

Nossa pesquisa incluiu duas fases:

- · Estruturação, o, implementação o em sala de aula e análise da implementação de uma Atividade Didática baseada em Analogias (ADA) para o conceito de Energia interna . A estruturação o das s ADA que utilizamos, já há alguns anos, segue basicamente as orientações do modelo TWA (Teaching with Analogies), reconhecido na literatura da
- área. E, E, neste momento, passamos a articular também com a perspectiva , proposta atualmente pepela equipe do Núcleo de Educação em Ciências da UFSM , mediante a qual cada atividade didática, independente do recurso de base, é pensada como uma Resolução de Problemas de Caráter Investigativo (Terrazzan, Silva, Zambon, 2008) ;
- · Elaboração, implementação em sala de aula e análise da implementação de uma ma Atividade Didática baseada na Produção de Analogias pelos Estudantes. Para a elaboração dessa atividade , modificamos e adaptamos uma dinâmica proposta por Justi et al (2006).

Neste trabalho, em particular, focamos nosso estudo na segunda etapa, ou seja, na atividade em que as analogias são produzidas pelos alunos .

## Amostra de alunos

Até o momento, implementamos a atividade de produção de analogias pelos alunos em duas turmas de 2 a a série do Ensino Médio, em uma Escola Estadual de Santa Maria/RS. Uma das atividades foi implementada no âmbito do Estágio Curricular, desenvolvido por um dos autores (LBZ), do Curso de Física Licenciatura Plena da UFSM M (turma A). A outra atividade foi implementada por uma professora colaboradora a (turma B). A amostra total envolveu 50 alunos, sendo 26 alunonos da turma A e 24 da turma B. Como o trabalho foi realizado em duplas , t tivemos um um total de 25 analogias criadas pelos alunos. Assim, na descrição e nos comentários que seguem, deve -se lembrar que, apesar de nos referirmos sempre aos alunos de modo geral, só conseguimos especificar o que cada dupla produziu.

Em ambas as turmas onde a atividade foi implementada, os alunos já haviam trabalhado com analogias, sendo que na turma A , a professora implementou duas e na B uma Atividade Didática baseada em Analogia ( (ADA). Além disso, os alunos já haviam passado por situações onde foi discutido o conceito de temperatura associado ao nível microscópico da matéria, ou seja, associado ao conceito de energia interna. Independente disso, como o primeiro passo do modelo TWA prevê a apresentação da situação alvo a ser aprendida, no início da atividade com prododução de analogias pelos alunos apresentamos/retomamos o conceito de Energia interna restringindo para o caso de um gás confinado em um sistema, e explicando as caracterísísticas principais desta situação. Desse modo, procuramos garantir que todos os alunos estivessem no mesmo patamar de compreensão do conceito estudado.

## Análise do processo vivenciado

Para análise de todo o processos vivenciado em sala da aula, utilizamos os os materia is produzidos s pelos alunos (m(materiais escritos referentes às analogias propostas), bem como os registros de observações realizados pela própria professora (Diários de Campo - DC), no caso da Turma A, e os comentários pessoais da professora, no caso o da Turma B.

Para avaliação da produção dos alunos, analisamos inicialmente as próprias analogias criadas. Para isso, selecionamos alguns s critérios e categorias, encontrados na na literatura da área e que se referem à classificação de analogias propriamente ditas, a saber:

* Para o critério "Condição da analogia" , Curtis e Reigeluth (1984) apresentam, m, além das categorias utilizadas neste trabalho , a categoria Concreta -concreta. Nesse caso o conceito/fenômeno/assunto a ser aprendido e o análogo são o de natureza concreta. Como nosso alvo (Energia interna) é classificado como abstrato (ou teórico, segundo Lawson, 1993) não utilizamos tal categoria.

Em seguida, analisamos a maneira como os alunos expressaram suas analogias, ou seja, a forma como apresentaram a analogia. Para isso, selecionamos alguns critérios e categorias, encontrados na na literatura da área e que se referem à classificação de apresentações analógicas , a saber:

Em nossa análise, procuramos a ainda identificar e caracterizar alguns aspectos centrais para a avaliação o pretendida. Nesse sentido, buscamos responder as as seguintes questões:

- · Qual l o grau de pertinência, do ponto de vista físico, dos análogos criados pelos alunos?
- · Que relações s de semelhança entre o análogo criado e o alvo estudado, os alunos conseguiram identificar , , e qual a pertinência, do ponto de vista físico, destas relações ?
- · Que ue elementos os de diferença entre o análogo criado e o alvo estudado, os alunos conseguiram identificar?
- · Quais concepções alternativas são percebidas , na exploração das analogias pelos alunos?

## CONSTATAÇÕES/R/RESULTADOS

Da classificação realizada a na primeira etapa de nossa análise, consnstatamos que nenhuma analogia criada pelos alunos tem um análogo com origem no próprio domínio da Física , ou seja, são análogos com origem no cotidiano dos alunos, em situações que eles vivenciam e experimentam em suas vidas. Além didisso, a maioria dos análogos (96%) é de natureza concreta, ou como temos preferido , segundo a terminologia de Lawson (1993), são descritivos, ou seja, são situações que possuem exemplares perceptíveis no ambiente. Isso parece confirmar a idéia de que quando do queremos aprender um conceito/fenômeno/assunto desconhecido utilizamos situações familiares e perceptíveis que se relacionam, que s são análogos, ao que estamos estudando.

Quanto ao tipo de relação analógica, constatamos que a maioria das analogias (88%) são estruturais, ou seja, o análogo utilizado compartilha a mesma aparência física geral do alvo ou tem constituição similar r ao alvo . Os gráficos abaixo representam tais constatações.

Gráficos indicativos da distribuição das Analogias para cada categoria utilizada

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A classificação das apresentações analógicas, ou seja, da forma como as analogias foram expressas, indica que a maioria dos alunos estabeleceu relações analógicas entre o análogo criado e o conceito alvo, ou seja, a maioria das apresentações (64%) é enriquecida. As demais apresentações (36%) ) apresentam apenas o análogo sem fazer as correspondências com o conceito de energia interna. Além disso, nenhum aluno utilizou u em sua produção mais de um análogo o para explicar o conceito de energia interna (0% de apresentações estendidas).

Na atividade implementada na turma B, fizemos uma modificação no roteiro, acrescentando uma questão que solicitava que os alunos fizessem um esboço/desenho/representação de sua analogia. Por esse motivo essas apresentações, com exceção de uma delas que não utilizou nenhuma representação, o, foram classificadas como pictórico-verbais (44%). Na turma A nenhum aluno utilizou espontaneamente uma figura para representar sua analogia as quais foram, portanto, classificadas como verbais is (56%).

Gráficos indicativos da distribuição das Apresentações Analógicas para cada categoria utilizada

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Das analogias analisadas, observamos que todas possuem um análogo pertinente, do ponto de vista físico, embora nem tododos foram devidamente exploradas. Do total de analogias, 84% utilizaram como análogo algum lugar onde existem pessoas se movimentando no interior, como locais de festa (boate, balada, salão de festa, show), shopping, academia, estádio ou quadra esportiva, escola, sala de aula, etc. As demais analogias utilizam como análogo outras situações, tais como: formigueiro, panela com lentilha, corpo humano. Uma das analogias utiliza como análogo um recipiente com água e considera que "quanto maior a agitação o das moléculas maior a

temperatura", no entanto, este é o próprio conceito a ser aprendido, e o que está sendo o utilizado é um um exemplalar (água) e não um análogo para compreender tal conceito.

Em geral, a maioria das correspondências estabelecidas entre os elementos do conceito de energia interna e os elementos do análogo o utilizado refere-e-se e aos átomos, relacionados com pessoas, grãos de lentilha, formigas, alunos, etc.; sistema com gás , relacionado com boate, balada, escola, ônibus, formigueiro, sala de aula, etc.; movimento dos átomos, relacionado ao movimento dos elementos comparados aos átomos; fornecimento de energia, a, na forma de calor, relacionado ao tipo de música que toca na festa, horário de recreio na escola, troca de período na escola, etc. Apesar de a maioria dos alunos ter estabelecido mais de duas relações de semelhança, alguns alunos não conseguiram fazer tais correspondências s sendo que citavam elementos do análogo (pessoas, movimento das pessoas, etc.), mas não indicaram a que correspondia no conceito de energia interna.

A maioria dos alunos indicou como um dos limites de validade de suas analogias, o tamanho entre átomos de um gás s e o tamanho de pessoas, grãos de lentilha, formigas, etc. Outros indicaram também que os elementos de seus análogos, como pessoas e alunos, " não se chocam o tempo todo", ou que "formigas não se chocam com as paredes" Uma parte dos alunos (24%), porém, não estabeleceu nenhum limite de validade da analogia.

Percebemos que todos os alunos conseguiram indicar um análogo que tem potencial de relações a serem estabe lecidas com o conceito de energia interna, mas muitos não conseguem verbalizar e estabelecer tais relações. Além disso, percebemos que alguns s alunos confundiram elementos do análogo com os do alvo. Selecionamos alguns exemplares "mais problemáticos" para comentar:

- " De manhã bem cedo quando a sala de aula está vazia ela está fria. Na medida em que os alunos vão chegando e o tempo vai passando, a sala se torna mais quente. Os alunos vão agitando as partículas da sala de aula e assim produzindo energia, por isso a sala se aquece."

Nesta apresentação analógica, percebemos que há uma confusão entre os elementos do análogo (pessoas) e os do alvo (átomos/moléculas). As pessoas não podem fazer com que as moléculas se agitem mais e aumentem a temperatura da sala, isso só é possível mediante o uso de uma fonte de energia. Em outros os exemplos, os alunos escreveram:

- "Quando entramos no mercado começa a entrar e sair gente, logo no mercado vai estar mais quente devido à à movimentação das p pessoas... "
- "(...) Quando o elevador r chega , ele está frio e sem agitação de moléculas, conforme as pessoas vão entrando o elevador vai ficando cheio, (...) e as moléculas vão se agitando e aumenta a energia interna do elevador"

Nestes exemplos fica clara a confusão feita pelos alunos. Novamente não são as pessoas, ou a agitação das pessoas, , que fazem a temperatura do ambiente aumentar, mas uma fonte de energia.

Uma das relações s que poderia ser estabelecida nestes casos é que o início da aula ou abertura do mercado o ou entrada de pessoas no ele vador r faz com que haja maior movimento de pessoas, da mesma forma que, quando fornecemos energia, na forma de calor, para um gás, aumentamos a agitação das partículas. Além disso, no último exemplo, podemos perceber que os alunos têm a concepção de que quando uma ambiente está "frio", com temperatura baixa, as moléculas estão paradas, o que não é verdade para o modelo cinético dos gases.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

Pelos resultados obtidos até o momento, podemos afirmar que a a produção de analogias pelos alunos é uma boa estratégia de avaliação, tanto da compreensão do conceito envolvido na atividade , quanto do procedimento de pensar mediante analogias (raciocínio analógico). O papel da produção estimulada de analogias como instrumento de avaliação desta ta última aprendizagem ficou evidenciado nas apresentações analógicas e em que encontramos certa confusão entre alvo e análogo. Quase todas essas apresentações foram produzidas pelos alunos da turma B, os quais haviam trabalhado com apenas uma Atividade Didática baseada em em Analogias. Parece, portanto, que ainda não tinham clareza de como trabalhar com analogias, como explorá-las no sentido de ter uma ma ferramenta (instrumento de pensamento) para o entendimento de conceitos teóricos s (abstratos). Esse parece ter sido o motivo principal das dificuldades que eles s tiveram nessa tarefa.

Reafirmamos, também, alguns dos resultados de Pittman (1999), pois percebemos que o uso dadas analogias produzidas pelos estudantes se mostrou mais adequado como estratégia de avaliação de usa aprendizagem que a aplicação de provas "tradicionais". Este processo tradicional costuma dar apenas indicadores da memorização realizada a e não de de uma aprendizagegem mais significativa dos estudantes. De outra forma, mediante a análise da s analogias produzidas por eles, podemos perceber r melhor, mais claramente, como o conceito estudado (a ser aprendido) está se relacionando com o que os alunos já conhecem/entendem. Porém, reressaltamos que , para que isso aconteça, o professor deve dar um retorno aos alunos da análise das analogias criadas . Em nosso caso, por exemplo, aqaquelas analogias que apresentntaram problemas foram m discutidas s com os estuddantes, as inadequações ou inconsistências foram indicadas e "e"esclarecidas" para desfazer as " confusões" e os "equívocos" percebidos pela professorara .

Por fim, apesar das indicações positivas da análise da intervenção didática realizada , consideramos necessário o aprofundamento de nossos estudos no sentido de não só diversificar os assuntos tratados mediante a estratégia aqui analisadada, mas também de acompanhar r a evolução de turmas de estudantes em que o uso de analogias como recurso didático se faça mais freqüente.

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## APAPÊNDICE

## Atividade Didática baseada na Produção de Analogias pelos Estudantes

- 1. Elabore uma analogia para ajudar um colega a entender o conceito de "enenergia interna".
- 2. Explique, com maior detalhamento possível, como você usaria esta analogia nesta explicação. Identifique as relações entre o seu análogo (conhecimento familiar) e o conceito de energia interna (conhecimento não-familiar).
- 3. Quais aspectos imporortantes do conceito de energia interna não são explicados pela analogia que você criou (limites)?
- 4. Quais foram as dificuldades que você sentiu na execução o desta tarefa?