AQUECEDOR SOLAR: UMA POSSIBILIDADE DE ENSINO DE FÍSICA ATRAVÉS DE TEMAS GERADORES

## AQUECEDOR SOLAR: UMA POSSIBILIDADE DE ENSINO DE FÍFÍSICA A ATRAVÉS DE TEMAS GERADORES .

Marcos Vinícius Marcondes de Menezes a [mvmmenezes@hotmail.com ]

a Colégio UNIESP - União das Instituições de Ensino Superior de São Paulo

## RESESUMO

Diante das dificuldades relacionadas ao processo de ensino-aprendizagem de Ciências, que muitos estudantes encontram, que acabam inclusive por desmotivá-los ao estudo, pesquisadores na área de Educação em Ciências têm investido na busca de novas formas de aprimorar as atividades de ensino. Neste trabalho, procura-se compreender um processo de ensino-aprendizagem caracterizado pela meta de envolver alunos da segunda série do ensino médio de um colégio na cidade de Mirandópolis, em um projojeto de construção de um aquecedor solar de baixo o custo com materiais recicláveis através da proposta de uma abordagem temática dos conhecimentos, que consiste em desenvolver a conceituação e a aprendizagem através de temas geradores, organizados em três momentos pedagógicos. Conceitos de física como calolor, capacidade térmica, calor específico, processos de transferência de calor em substâncias, efeito estufa, influência das cores na absorção da radiação solar puderam ser abordados durante a realização do prjeto. Os alunos realizaram uma investigação e construíram um aquecedor solar durante as aulas de Física. Também realizaram um seminário para seus colegas e professores apresentando os conceitos apreendidos e os resultados das medidas da temperatura da água. Concluí-se e que o contexto da da produção do aquecedor solar r constituiu -se como um ambiente favorável ao aprendizado permitinindo que o professor atuasse sobre os conceitos físicos importantes de termologia, numa abordagem temática que incluiu situações significativas aos alunos, em oposição a uma visão estereotipada dos conceitos apresentados em uma abordagem meramente conceitual. A dinâmica de interação entre o professor e os alunos, desde o início do encontro, mostrou-u-se intensa. Os alunos não hesitaram em questionar, dar suas opiniões e explorar as situações que eram expostas.

Palavras chave: ensino de física, calor, temas geradores, momentos pedagógicos

## ININTRODUÇÃO

O processo de ensino-o-aprendizagem da física tem sido alvo de estudos e discussão por parte dos pesquisadores, no que se refere às dificuldades e os problemas relacionados ao ensino desta disciplina no ensino médio. Esta dificuldade na visão de Delizoicov (2002) está relacionada à maneira como a física vem sendo abordada na sala de aula pela maioria dos professores, cuja ação tem se restringido, muitas vezes, por atividades voltadas para a apresentação de conceitos, leis e fórmulas de maneira desarticulada e distante da realidade do aluno. Como afirma:

É inquestionável que o professor de Física precisa ter o domínio das teorias científicas e suas s relações com as tecnologias, porém esse aspecto não é suficiente para o sucesso do seu trabalho , (...) pois seu trabalho não se reduz apenas ao domínio dos conceitos, modelos e teoria(Delizoicov, 2002) .

Os Parâmetros Curriculares Nacionais (Brasil, 2002) reressaltam a importância de que os métodos de ensino sejam modificados, capacitando o aluno a responder perguntas e a procurar as informações necessárias, para utilizá-á-las nos contextos que forem solicitadas.

Neste sentido, o trabalho docente deveria ser direcionado para a apropriação crítica pelos alunos, de modo que efetivamente o conhecimento se incorpore no universo das representações sociais e se construa como cultura. É importante reconhecer que os alunos têm a intenção de aprender, mas talvez não o que a escola lhes pretende ensinar atualmente. Ou seja, o projeto de ensino muitas vezes tem pouco a ver com o projeto de aprendizagem. Pietrocola et al (2000) reforça que os alunos não conseguem perceber a vinculação do conhecimento escolar com seu mundo vivencial. A falta de relação com o cotidiano faz com que os estudantes não atribuam significado a tais conhecimentos e, por isso, não tomam tais propostas como seus problemas e não se motivam em buscar as respostas.

As Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 2002) trazem indicações de como compor o currículo. De acordo com essas orientações, o ensino médio deve ser capaz de preparar o estudante para a vida, qualificar o aluno para o exercício da cidadania e propororcionar a ele sua autonomia de aprendizado. Nessa perspectiva, os estudantes deverão ter, ao final do ensino médio, adquirido a formação necessária para compreender e participar do mundo em que vivem, o que significa que o ensino não deve se limitar a comprpreensão da física em si, mas deve propiciar ao aluno compreender as conseqüências de sua utilização e suas implicações econômicas, culturais e sociais, buscando uma visão mais abrangente para a formação de um cidadão, independente do papel profissional que ele desenvolverá na sociedade.

Um dos aspectos que caracteriza a sociedade atual é o grande gasto de energia. Esse aumento do consumo de energia traz como conseqüência uma preocupação constante com a produção e geração de energia em grande escala, acarreta ta dentre muitos problemas, a degradação do meio ambiente. Uma vez conhecido os impactos ambientais causados pela exploração e a utilização de combustíveis fósseis, torna -se cada dia mais importante o desenvolvimento da pesquisa em fontes não poluidoras e renováveis. Dentre as diversas fontes de energia limpas, a energia solar tem mostrado um potencial de exploração promissor, devido a sua vasta gama de aplicações, também por ser totalmente limpa, ou seja, não produz poluição.

Desta forma, este trabalho foi concebido com a intenção de colaborar para a construção de metodologias que explorem os tópicos de física relacionados com o tema "calor, ambiente, usos de energia e suas implicações sociais, econômicas e ambientais", através de uma abordagem crítica e investigativa, voltada para o cotidiano dos alunos. Para tanto, faz-z-se neste trabalho o uso de diferentes recursos didáticos - atividade experimental, textos teóricos, pesquisas em campo, seminário e exposição teórica.

## METODOLOGIA DE CONSTRUÇÃO DA PRPROPOSTA DE ENSINO

- O trabalho baseia -se na proposta de uma abordagem temática dos conhecimentos, que consiste em desenvolver a conceituação e a aprendizagem através de temas geradores, cujas bases teóricas estão fundamentadas na pedagogia de Paulo Freire (1975).

Os temas geradores foram m idealizados como um objeto de estudo que compreende o fazer e o pensar, o agir e o refletir, a teoria e a prática, pressupondo um estudo da realidade em que emerge uma rede de relações entre situações significativas, assim como uma rede de de relações que orienta a

discussão, interpretação e representação dessa realidade. Os temas geradores organizam-m-se em três momentos pedagógicos (Delizoicov 1991): Problematização inicial; Organização do conhecimento e; Aplicação do conhecimento.

## Proble matização Inicial

Situações reais que estão envolvidas nos temas são apresentadas aos alunos. Organiza-se esse momento de forma que os alunos são desafiados a expor o que pensam das situações. Embora a introdução dos conhecimentos contidos nas teorias cientntíficas tenham sua importância, inicialmente a descrição feita por eles prevalece, para o professor poder ir conhecendo o que pensam. A meta é problematizar o conhecimento que os alunos vão expondo, de modo geral com poucas questões, discutidas inicialmente em pequenos grupos, para em seguida serem socializadas e exploradas com toda a classe.

Neste primeiro momento, a função do professor é questionar posicionamentos e lançar dúvidas. Deseja-se aguçar explicações contraditórias e localizar possíveis lacunas do conhecimento que vem sendo exposto. O ponto culminante dessa problematização é fazer com que o aluno sinta a necessidade da aquisição de outros conhecimentos que ainda não detém.

## Organização do conhecimento

Este é o momento de se estudar sistematicamente aqueles conhecimentos selecionados como necessários para a compreensão do tema e da problematização inicial. Para tanto, são utilizadas as mais variadas atividades, de maneira que o professor possa desenvolver a conceituação É o identificada como fundamental qpp l para uma compreensão científica das situações. É nesse momento que a resolução de exercícios e problemas, assim como a exploração de textos teóricos e científicos pode desempenhar sua função formativa na apropriação dos conhecimentos específicos.

## Aplicação ão do conhecimento

Nesse momento, os conhecimentos que vem sendo incorporados pelo aluno são abordados em situações de aprendizagem diferentes, fazendo o aluno analisar e interpretar tanto as situações iniciais que determinaram seu estudo como outras situaç ões, que, embora não estejam diretamente ligadas ao motivo inicial, podem ser compreendidas pelo mesmo conhecimento.

Do mesmo modo que no momento anterior, as mais diversas atividades são utilizadas, buscando agora a generalização dos conceitos que já foram am abordados. Nesse momento, deseja -se que o aluno seja capaz de articular a conceituação científica com situações reais e não pura e simplesmente encontrar uma solução matemática a um problema típico do livro didático.

## A PRPROPOSTA DE ENSINO

Com base no tema "calor, ambiente, usos de energia e suas implicações sociais, econômicas e ambientais", foi estruturada uma proposta papara o ensino de Física na 2ª série do ensino médio em um colégio na cidade de Mirandópolis - SP. Além de conceitos específicos para a disciplina Física, o tema possibilita uma abordagem multidisciplinar.

Para o desenvolvimento da proposta de ensino, foi sugerida a atividade de construção de um aquecedor solar de baixo custo. Sabe-se que o funcionamento de um coletor solar envolve uma grande e variedade de conceitos da física, propiciando uma excelente oportunidade para a exploração

do tema selecionado. A idéia já foi tratada em outros trabalhos (FERREIRA, 1985; LIMA, 1986; PIMENTEL,2004), cujo enfoque visava a demonstração dos conceitos físicos. Neste trabalho, a construção do aquecedor solar de baixo custo apresenta-se como um objeto de pesquisa e investigação por parte dos alunos, como uma das estratégias executadas s durante os momentos pedagógicos, de maneira a contribuir para a apreensão dos conceitos físicos de maneira significativa, além de formar um espírito de criticidade quanto à utilização desses conceitos em situações reais.

Inicialmente, foi elaborada uma atividade introdutória, que teve como objetivo a contextualização e problematização relativa ao tema abordado. Visou levantar questões e dúvidas a respeito do consumo de energia, da pesquisa e desenvolvimento de tecnologias de exploração de fontes renováveis e as implicações da sua utilização pela sociedade. Essa tomada de postura foi obtida através de um questionário distribuído aos alunos.

Dessa forma, os alunos foram convidados a refletirem sobre a atual crise energética e o excessivo consumo e utilização de energia provenientes de fontes não-o-renováveis e poluidoras, como os combustíveis fósseis. Questões como a geração de energia obtida através da biomassa, em que o Brasil, e especialmente o estado de São Paulo ocupam posição de importância, a utilização da energia eólica e em especial, a solar, foram abordadas e os alunos titiveram quque se posicionar sobre esse tema .

A discussão inicial ocorreu em pequenos grupos (de até 5 pessoas). Cada grupo anotou suas conclusões para posterior discussão no grande grupo (toda a turma) O professor organizou e atendeu aos grupos, de forma que dúvidas e sugestões eram apresentadas. Na discussão em grande grupo, o o professor resgatou as sínteses e desafiou os alunos a expor suas idéias.

Posteriormente , foi apresentada da a a situação problema, ou seja, o o projeto de construção, pelos alunos, de um aquecedor solar , e pediu-se que eles realizassem em uma pesquisa sobre sua construção e funcionamento. Essa pesquisa, que deveria ser realizada em revistas, periódicos, internet, e outros veículos de comunicação foi proposta com o intuito de levantar r os conceitos de físicicas inerentes ao projeto. Como resultado dessa atividade, obteve -se vários trabalhos, com diferentes referências e com diferentes enfoques. Ao professor, coube organizar esse conhecimento pesquisado e realizar outras atividades pedagógicas na intenção de interiorizar esses conceitos. É a fase de exploração do projeto.

Para identificar os conceitos relaciona dos com cada parte do aquecedor r (coletor solar e reservatótório), de acordo com as informações pesquisadas, perguntas eram feitas aos alunos de maneira a rerelacionar um conceito a sua aplicação em determinada parte do coletor. A medida que o professor obtinha as respostas, realizava uma exposição teórica acerca dos conceitos estudados .

Introduziu -se o conceito de calor como energia. Tópicos como a capacidade térmica e calor específico e uma substância foram apresentados. Explorou-u-se os processos de transferência de calor entre substâncias através da condução, convecção e irradiação. Outra questão muito importante foi a da condutividade térmica. Para esse estudo, foi apresentado uma tabela com os principais materiais e seus coeficientes. Esse estudo foi fundamental para que os alunos pudessem identificar as partes de um aquecedor que deveriam ser bons condutores de calor (tubos d'água do coletor) e outras com a finalidade de impedir os processos de trocas de calor entre o ambiente interno e o externo (reservatório). A influência das cores foi outro aspecto destacado, na expectativa de compreender r o motivo pelo qual l a placa do coletor deveria ser pintada de preto.

Especial atenção mereceu o processo de aquecimento da água através da convecção. Os alunos, embora tenham visto o que a água, no aquecedor, circulava por termossifão (processo em que a água quente, por possuir densidade menor que a água fria torna-se menos pesada e tende a iniciar um movimento em ascendência, empurrado pela massa de água fria, provocando uma corrente de convecção), duvidavam de que esse fenômeno realmente acontecesse no coletor.

Além desses conceitos, outros aspectos também foram abordados, , como o posicionamento do coletor em relação ao norte geográfico, o efeito estufa produzido dentro do coletor, o isolamento do reservatório e sua colocação acima do coletor.

A ultima etapa do projeto (aplicação do conhecimento), os alunos são desafiados a utilizar os conceitos apreendidos durante a etapa anterior na construção de um aquecedor solar de baixo custo. Para isso, foi sugerido a construção de um sistema de aquecimento de água empregando materiais recicláveis (ALANO, 2006). Esse aquecedor solar utiliza garrafas do tipo pet , embalagens de leite longa vida e canos de PVC para a construção do coletor. Tem-m-se como meta nessa etapa, aprofundar a compreensão do conhecimento científico. Os alunos tiveram que resgatar os conceitos e utiliza -los nas situações s solicitadas.

O primeiro passo dessa etapa foi a divisão dos alunos em grupos e a arrecadação do material necessário para a confecção do aquecedor. Foram dadas as instruções necessárias ao armazenamento das garrafas p pet t e as caixas de leite longa vida .

Após a coleta, procedeu-u-se a montagem do coletor. Os alunos cortaram as embalagens e os tubos de PVC C e pintaram as caixas de leite e os tubos. Durante todo o procedimento, cada aluno deveria explicar aos demais colegas e ao professor o porque de tal proc edimento. Por fim, realizouse a montagem das partes do aquecedor solar. r. Após a montagem do aquecedor solar, outro recurso didático utilizado para esse momento pedagógico foi a apresentação de um seminário pelos alunos aos demais colegas e professores do colégio.

## ANANÁNÁLISE E DISCUSSÃO

A aplicação da proposta de ensino baseada nos três momentos pedagógicos possibilitou a visualização de alguns aspectos importantes que dizem respeito ao processo de ensinoaprendizagem realizado nessa atividade e permite algumas análises:

- O ambiente caracterizado pela participação dos alunos no processo de construção de um aquecedor solar favoreceu a participação ativa destes, constituindo um projeto coletivo de investigação, havendo trocas de experiências e conhecimentos entre estes e o professor .

Relacionado a isso, a apresentação dos conceitos e teorias científicas a partir de temas significativos resultou em uma atuaç ão investigativa e crítica por parte do professor e dos alunos, possibilitando a compreensão não somente do conhecimento científico, mas principalmente a atuação sobre ele para a compreensão das situações reais envolvidas no tema. Assim, os alunos puderam relacionar e generalizar os conceitos fundamentais sobre calor e energia, aplicando os conhecimentos na interprpretatação dos fenômenos envolvidos no aquecimento da água, e os temas ambientais na conscientização quanto a escassez das fontes não renováveis e os impactos ambientais causados pelo consumo e exploração de tais recursos.

- O ensino baseado em temas proposto o por Paulo Freire (Freire, 1975) permitiu a apreensão por parte do professor, dos conhecimentos prévios do aluno, e a conseqüente ruptura desse senso comum para um conhecimento científico mais elaborado. Os alunos, através de questionamento de suas respostas e posições e de uma atividade de pesquisa, tiveram uma maior facilidade de apreender os conceitos envolvidos no tema .

A definição do tema "c"calor e energia " permitiu que o professor atuasse sobre os conceitos físicos importantes de termologia , numa abordadagem temática que incluiu situações significativas aos alunos, em oposição a uma visão estereotipada dos conceitos apresentados em uma abordagem meramente conceitual. A dinâmica de interação entre o professor r e os alunos, desde o início do encontro, mostrou-se intensa. Os alunos não hesitaram em questionar, dar suas opiniões e explorar as situações que eram expostas.

Finalmente, o contexto da construção o de um aquecedor solar por alunos de de um colégio da cidade de Mirandópolis - SP, aplicando-se uma abordagem temática durante os encontros de preparação, constitui-i-se como um ambiente favorável ao aprendizado, desde que aproveitado todas as suas potencialidades de interação professor-r-aluno-conhecimento.

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ALANO, J. A., Manual sobre a construção e Instalação do Aquecedor Solar composto de Embalagens Descartáveis (Lixo vira Água Quente). Disponível em http://josealcinoalano.vilabol.uol.com.br/manual.htm

BRASIL: Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCN+ Ensino Médio: Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Linguagens, códigos e suas tecnologias. Brasília, 2002

DELIZOICOV, D. Conhecimento, tensões e transições. . 1991. Tese de Doutorado - FE/USP, São PauloLondon and New York, 1971.

DELIZOICOV, D; ANGOTTI, J. A., PERNAMBUCO, M. M. Ensino de Ciências: Fundamentos e métodos , São Paulo, Cortez, 2002.

FERREIRA, N. C., MISSONO, M . C . D ., Laboratório Caseiro: Coletor Solar. Caderno Catarinense de Ensino em Física, vol 2, n 2, p 86-90, 1985.

FREIRE, P., PePedagogia do Oprimido. Rio de Janeiro, Paz e Terra, 1975.

LIMA, D., ALMEIDA, A.L., LOPES, C. O protótipo de um coletor solar didático . Caderno Catarinense de Ensino em Física, vol 3, n 2, p 102-106, 1986.

PIETROCOLA, M; NEHRING, C.; SILVA, C.; TRINDADE, J.; LEITE, R.; PINHEIRO, T., As Ilhas de Racionalidade e o Saber Significativo: O Ensino de Ciências através de Projetos. Ensaio - Pesq. Educ. Cien. Belo Horizonte. Vol 2, nº 1, 99-9-122, 2000.

PIMENTEL, J. R., Sistema de Aquecimento Solar didático empregando uma bandeja metálica. Caderno Catarinense de Ensino em Física, vol 21, n esp., p 114-119, 2004.