A PERCEPÇÃO DOS CONCEITOS TERMODINÂMICOS POR ALUNOS DO ENSINO MÉDIO, A PARTIR DE CONCEPÇÕES BÁSICAS DE ENERGIA, DENTRO DA PROPOSTA CURRICULAR MINEIRA (CBC)

## A PERCEPÇÃO DOS CONCEITOS TERMODINÂMICOS POR ALUNOS DO ENSINO MÉDIO, A PARTIR DE CONCEPÇÕES BÁSICAS DE ENERGIA, DENTRO DA PROPOSTA CURRICULAR MINEIRA (CBC)

## Arilson Paganotti , Rosilene Silva Nascimento Paganotti 1 2

1 Instituto Federal de Minas gerais,Campus Congonhas, arilson.paganotti@ifmg.edu.br 2 Universidade federal de Minas Gerais, Campus Pampulha, rosilenequimica@yahoo.com.br

## Resumo

Atualmente o ensino de física, mediante dificuldades, é foco de inúmeras pesquisas educacionais. A falta de professores especializados na área é um dos principais agravantes dessa situação que obriga muitas vezes professores de outras áreas a lecionar os conceitos físicos. O Ensino Médio no Brasil vive em crise e, das etapas da educação é a mais preocupante. O estado de Minas Gerais, em conformidade com os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) criou uma proposta curricular que pode ser considerada inovadora no que tange à distribuição dos conteúdos nas três séries do Ensino Médio e, elaborou dentre outros, os Conteúdos Básicos Comuns (CBC) para a Física, não deixando assim, à mercê do tempo, as modificações necessárias. No CBC, são estabelecidos os conhecimentos, as habilidades e competências que devem ser adquiridas pelos alunos na educação básica, bem como as metas a ser alcançadas pelos professores a cada ano. Neste documento a contextualização e a interdisciplinaridade no ensino de Física são fatores importantes, sendo que o conceito de energia é o estruturador dos conteúdos. Preocupados com a implantação da proposta mineira e procurando auxiliar o professor na efetivação dos objetivos preconizados pelo CBC, este trabalho procura, através da análise das considerações de alunos da segunda série do ensino médio, indagar sobre a compreensão de alguns conceitos essenciais ao Eixo Temático III - Energia - Aplicações do CBC. A pesquisa foi realizada em três escolas do estado de minas. Os conceitos abordados foram: energia, fontes de energia, transformações de energia mediante ação do trabalho e das trocas de calor, a primeira lei da termodinâmica e sua relação com o princípio de conservação da energia. Como o conteúdo 'termodinâmica' está bem distribuído na proposta do CBC, esperávamos dos alunos um bom entendimento desses conceitos trabalhados, no entanto, não foi esse o resultado prático obtido pela pesquisa.

Palavras-chave: Conceitos termodinâmicos, Energia e suas fontes, CBC Minas Gerais.

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## Introdução

As mudanças ocorridas na contemporaneidade demandam que as instituições de ensino preparem seus alunos para dar conta de uma sociedade cada vez mais dinâmica e tecnológica. A formação de um sujeito crítico, capaz de exercer plenamente sua cidadania é um dos pressupostos que está presente em todos os discursos pedagógicos da atualidade. Destacamos que um dos meios que a escola dispõe para atualizar sua prática pedagógica é a melhoria da qualidade do ensino, que pode ser obtida através das inovações curriculares ou da capacitação profissional dos docentes.

No CBC mineiro (Conteúdo Básico Comum do estado de Minas Gerais) foi feita a opção por organizar os conteúdos relacionados à física básica em torno do conceito de energia. A razão para essa opção é o fato de ser energia um conceito fundamental das ciências naturais permitindo uma maior integração entre as disciplinas Química, Biologia e Física. O conceito de energia é um conceito integrador, importante nos campos das ciências naturais, e permite aos alunos o entendimento de uma ampla gama de fenômenos. Esse conceito aparece também no cotidiano das pessoas ligado a problemas sociais e econômicos.

Neste trabalho avaliamos o ensino de alguns conceitos termodinâmicos, inter-relacionados ao tema energia, que deve ser trabalhado no primeiro ano do ensino médio, como um dos seus eixos temáticos. Destacamos que essa proposta de ensino é nova, e como tal, se faz necessário pesquisar sua aplicação prática junto às escolas. A pesquisa sobre essa proposta promoverá o levantamento de críticas e conseqüentemente melhorias a serem implementadas no futuro. Esse é um dos nossos objetivos com esse trabalho.

## O CBC Mineiro

Dentro da concepção da LDB, o Governo Federal, através do Ministério da Educação, elaborou os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) a fim de auxiliar as equipes escolares na execução de seus trabalhos, objetivando estimular e apoiar a reflexão sobre a prática diária, o planejamento de aulas e, sobretudo, o desenvolvimento do currículo da escola, contribuindo ainda para a atualização profissional. Podemos observar a proposta de alinhamento dos PCNs com a LDB em vários pontos entre os quais citamos:

A qualidade da escola é condição essencial de inclusão e democratização das oportunidades no Brasil, e o desafio de oferecer uma educação básica de qualidade para a inserção do aluno, o desenvolvimento do país e a consolidação da cidadania é tarefa de todos.(BRASIL, 2008, p.5)

Dentre outros estados, o de Minas Gerais, a partir dos PCNs e com uma proposta inovadora, através de sua Secretaria de Educação desenvolve e coloca em prática o CBC, estabelecendo os conteúdos mínimos que devem ser necessariamente trabalhados nas diversas disciplinas. Na primeira série do ensino médio devem-se apresentar aos alunos os conhecimentos tidos como fundamentais para o entendimento dos diversos fenômenos, nos quais a Física possui modelos de interpretação. Ainda na primeira série, os assuntos gerais da física clássica são trabalhados de forma mais abrangente e semiquantitativa, contendo também uma

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proposta de conteúdos complementares destinados ao aprofundamento e ampliação dos mesmos.

Segundo a proposta curricular de Física, na versão de 2009 do CBC:

Os conteúdos complementares estão previstos para serem trabalhados na segunda série com os alunos que optarem pelas áreas de ciências naturais. Entretanto, o aluno que optar por outra área poderá estudar um subconjunto destes conteúdos complementares. Na terceira série, a escola poderá decidir sobre os conteúdos a serem ensinados, podendo ainda optar pela revisão de tópicos dos anos anteriores, aprofundamento ou ampliação dos mesmos. (CBC, MINAS GERAIS, 2009, p.11)

O CBC exalta a contextualização e a interdisciplinaridade e assume o conceito de energia como estruturador de toda a Física, por considerá-lo como um conceito fundamental nas ciências naturais. O desafio é pensar em organizar uma escola na atualidade que prepare o jovem com relação ao futuro. Para se ter uma idéia do público envolvido, segundo a SEE/MG (secretaria de estado da educação de Minas Gerais), o número de alunos matriculados em escolas estaduais, cursando o Ensino Médio em 2009 foi de 806.700. A proposta do CBC é organizar uma educação que priorize o desenvolvimento da capacidade destes jovens para que possam interagir de forma sustentável com a sociedade, tendo como princípio uma mudança na forma de pensar a educação escolar.

Não podemos deixar de destacar a importância da formação do professor, nesse contexto, pois muitas vezes os governantes se preocupam com a produção e execução de programas de ensino, esquecendo-se da realização de cursos de capacitação ou formação continuada, que viabilizem aos professores desenvolver um bom trabalho usando essas novas propostas. CARVALHO, (2001), afirma que:

As pesquisas em educação têm evidenciado o grande descompasso entre os ideais daqueles que planejam os currículos e a prática dos professores em sala de aula. Corre-se o risco de que as transformações associadas às orientações construtivistas sejam anuladas em sua aplicação concreta (CARVALHO, 2001).

No nosso trabalho registramos as idéias dos alunos com respeito a alguns conceitos relacionados à termodinâmica, presentes no CBC, verificando como estes foram assimilados e também, de certa forma, o quanto das habilidades e competências foi atingido em se tratando destes conceitos.

## A Aplicação da proposta (CBC) nas escolas

A rede estadual mineira funciona através da análise dos relatórios sobre os procedimentos de ensino aplicados pelas escolas referência, que são algumas escolas definidas como ponto de apoio, junto à aplicação de novos programas educacionais. É a partir da análise dos problemas divulgados nessas escolas, que o governo busca soluções que amenizem as dificuldades de aprendizado dos alunos.

A implantação do CBC mineiro teve inicialmente uma resistência por parte dos professores envolvidos, visto que sua aplicação mudaria a rotina de conteúdos ensinados aos alunos que, por exemplo, ao invés de trabalhar apenas mecânica no primeiro ano, passariam a trabalhar também tópicos como eletricidade ou óptica, todos dentro da concepção de energia.

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Particularmente eu gostei da proposta, visto que, baseando-se no tema energia tivemos condições de trabalhar os vários ramos da física, distribuindo-os durante todo o primeiro ano e não desanimando o aluno que chega ao ensino médio e de imediato já se depara com o estudo da mecânica e todo o aparato matemático que a sustenta.

Infelizmente, a maioria dos alunos não se adaptou bem à nova proposta, confundindo muito os conceitos trabalhados na sala de aula e as concepções de energia introduzidas. Esse resultado de certa forma negativo é observado nas respostas dadas por eles ao questionário proposto na pesquisa.

## Descrição do trabalho

Tendo por base o Eixo Temático III - Energia e suas aplicações no CBC e levando em conta as habilidades e competências relacionadas à termodinâmica que o mesmo julga ser essencial ao aluno, elaboramos um questionário e o aplicamos a noventa alunos da 2ª série do Ensino Médio de três Escolas Estaduais de Minas Gerais, entre os meses de abril e maio de 2010. Os questionários foram aplicados neste grupo de alunos já que o conteúdo das questões deve ter sido estudado no ano anterior, na primeira série do Ensino Médio, de acordo com o programa estabelecido pelo CBC. Buscando uma uniformidade na pesquisa, escolhemos o mesmo número de alunos nas três escolas pesquisadas. Dentre os estudantes pesquisados, trinta estudam na E. E. Benedito Valadares, em São Gonçalo do Pará/MG, trinta estudam na E. E. Joaquim Nabuco, em Divinópolis/MG e trinta estudam na E. E. João Parreiras Villaça, em Carmo do Cajuru/MG.

O questionário aplicado aos alunos consta de seis questões discursivas, referentes aos conceitos de energia, suas fontes e sua relação com a termodinâmica, o princípio de conservação da energia e os conceitos de calor. Todas essas abordagens estão fundamentadas no CBC. O fato das questões serem abertas, além de se aproximar melhor das perspectivas colocadas pela pesquisa possibilita verificar não só o conhecimento do aluno como também a sua habilidade de expressão e escrita.

## Resultados Obtidos

## Primeira Questão: O que você entende por termodinâmica?

A palavra termodinâmica é utilizada em vários contextos diferentes. O uso científico tem um significado bem definido e preciso enquanto muitos outros não são tão específicos. Sobre o entendimento de termodinâmica, observamos que os alunos atribuem a este conceito quatro significados predominantes, tabela 1, sendo que alguns apresentam respostas utilizando duas ou mais categorias.

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Tabela 1: Freqüência das categorias agregadas no entendimento de termodinâmica

De acordo com a pesquisa, cerca de 35% dos alunos mencionam em suas respostas que termodinâmica está associada a movimento (energia cinética).

## Exemplos de respostas:

A17D - A termodinâmica é dada através da realização de uma força calorífica.

A30C - As propriedades termodinâmicas são capazes de realizar diversos e importantes trabalhos.

A18D - A termodinâmica é o que possibilita que as reações ocorram e que a vida aconteça.

A25S - Energia é a capacidade que um corpo tem para realizar movimento. Exemplo o movimento de um pistão em um motor.

Obs: Leia A17D como aluno nº 17 de Divinópolis, A30C como, aluno nº 30 de Carmo do Cajuru, A25S como aluno nº 25 de São Gonçalo do Pará.

Segunda questão: Quais as fontes caloríficas de energia que você utiliza no seu cotidiano?

As fontes de energia podem ser convencionais ou alternativas. Energia convencional pode ser caracterizada pelo baixo custo, grande impacto ambiental e tecnologia difundida. Já a energia alternativa é aquela originada como solução para diminuir o impacto ambiental. Com essas duas fontes de energia, surgem também as duas conhecidas distinções: renováveis e não-renováveis. Os biocombustíveis são uma opção limpa e menos impactante de energia calorífica. As fontes de energia utilizadas pelos alunos nos seus cotidianos foram identificadas como sendo as da tabela 2.

Tabela 2: Freqüência das categorias agregadas para as fontes de energia calorífica

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São pelo menos três os fatores que chamam a atenção nas respostas dadas a esta questão. A começar pelas principais fontes de energia caloríficas identificadas, os alimentos, o sol e os combustíveis fósseis. Segundo é o fato de que nove alunos não citaram nenhum tipo de fonte de energia calorífica. Por último é que muitos aparentam dificuldades em diferenciar o tipo de energia com sua fonte propriamente dita, embora esta diferenciação estivesse clara para alguns alunos.

## Exemplos de respostas:

A19S - A energia calorífica dos alimentos é que aquece meu corpo.

A10C - O sol aquece as plantas e lhes fornece a energia calorífica necessária

A7D - Bateria (carro), energia elétrica armazenada em pilhas.

A2S Energia elétrica, combustíveis e fogo, todos possuem características caloríficas.

Terceira Questão: Qual a relação (ou relações) que você faz entre conceitos termodinâmicos e meio ambiente?

A questão deixa em aberto qual o tipo de relação que o aluno pode fazer dando margem a vários tipos de respostas. Embora as respostas indiquem uma percepção de relação entre conceitos termodinâmicos e o meio ambiente, uma grande parte dos alunos teve dificuldade em citar claramente de que forma ocorre essa relação, dizendo apenas que a utilização da energia pode levar a uma degradação do meio, ou ainda, citaram exemplos da origem dos tipos de energia na natureza. As respostas, de forma geral foram vagas, algumas até confusas, outras de difícil entendimento, conforme exemplos abaixo.

## Exemplos de respostas:

A1D - Algumas energias têm relação com o meio ambiente. A energia elétrica produzida da queima de objetos polui o meio ambiente, é um dos aspectos negativos das usinas termoelétricas.

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A8S - Com a degradação do meio ambiente, a preocupação dos ambientalistas é no sentido de preservação das nascentes, com as queimadas, desmatamento, etc, pois isto afeta os países mais pobres.

- A17C - O calor proveniente de queimadas, assim como a fumaça produzida, geram o efeito estufa, conduzindo a terra ao aquecimento termodinâmico.
- A22D - O funcionamento dos motores dos carros a combustão, são exemplo direto dos efeitos termodinâmicos na atmosfera. Os biocombustíveis poluem menos.

Quarta Questão: O que você entende por fonte renovável de energia, com enfoque ao principio de conservação da energia? Exemplifique?

Fontes de energia renovável são fontes naturais consideradas como inesgotáveis. É importante salientar que a energia não pode ser criada ou destruída, mas apenas transformada de uma forma em outra. Com relação ao conceito de fonte renovável de energia, cerca de 45% dos alunos responderam que é aquela que pode ser usada várias vezes, citando como exemplos pilhas ou baterias recarregáveis. Notamos que apesar da grande divulgação que vemos na mídia sobre biocombustíveis, os mesmos só foram citados por vinte alunos e com o nome biodiesel por apenas dois. As respostas dos alunos parecem indicar que o conceito de fonte renovável de energia não está bem agregado ao cotidiano escolar, eles apresentam também dificuldades de associar energia a conceitos termodinâmicos.

## Exemplos de respostas:

A15S - Fontes renováveis de energia são aquelas que podem ser renovadas com o passar do tempo, ou seja, nunca acabam como o petróleo, essas fontes se conservam.

A4D - São aquelas que podem ser reutilizadas, por exemplo, o sol ou o vento.

A12D - São aquelas possíveis de reutilização, por exemplo, o álcool combustível.

A27C - A energia que se pode renovar infinitamente como a água, usada nas usinas hidrelétricas.

Quinta Questão: O que você entende por trabalho termodinâmico, e qual a relação deste com a produção de energia.

Trabalho e energia são conceitos intimamente ligados, sendo muito trabalhados junto aos alunos do ensino médio, inclusive a parte quantitativa. Infelizmente observamos um manuseio mecânico das equações, ou seja, os alunos resolvem os problemas propostos sem muitas vezes ligá-los aos aspectos reais ou naturais de aplicação do estudo das ciências, no caso a física. Verifica-se que apenas 30% dos alunos pesquisados conseguem, de certa forma, associar o trabalho termodinâmico ao seu dia a dia. Os demais apresentam dificuldades de associação e muitas vezes se resumem a exemplos isolados onde aparece o trabalho termodinâmico.

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## Exemplos de respostas:

A15C - É o trabalho proveniente de combustíveis como o petróleo, álcool.

- A9D - A energia produzida em usinas termoelétricas, é proveniente do trabalho termodinâmico do carvão.
- A1C - O petróleo é uma forma de energia e produz trabalho termodinâmico nos motores dos carros.
- A10S - Pilhas não recarregáveis ou usadas não são capazes de exercutar um trabalho termodinâmico.

Sexta Questão: O que você entende por matriz energética brasileira? Cite algumas matrizes relacionadas a processos termodinâmicos.

- A percepção de que os recursos energéticos estão sendo afetados pela aceleração do crescimento econômico mundial é uma informação importante. Dentro deste contexto, o conhecimento do que vem a ser matriz energética é estratégico. Este conceito deve ser difundido tal a gama de decisões que são e podem ser tomadas a partir do seu conhecimento. A grosso modo, podemos considerar matriz energética como sendo uma representação quantitativa da oferta de energia, ou seja, da quantidade de recursos energéticos oferecidos, transformados, distribuídos e consumidos por um país ou região.

Constantemente os meios de comunicação tem divulgado discussões a nível nacional, principalmente com relação aos aspectos ambientais da construção de usinas hidrelétricas e o alagamento de grandes áreas ambientais, constituindo enorme impacto para a fauna e a flora silvestres. Um exemplo é a recente concessão à construção da usina de Belo Monte no rio Xingu no estado do Pará. É importante que os professores destaquem e os alunos tenham consciência desses aspectos, podendo diferenciar questões de preservação ambiental e desenvolvimento energético sustentável no país.

Com relação ao significado de matriz energética somente 20% dos alunos demonstraram este conhecimento. A grande maioria acredita que matriz energética é a fonte principal de energia de um país ou um 'local' de onde se distribui a energia.

## Exemplos de respostas:

- A18C - Matriz energética brasileira é onde se retiram as energias, como o lugar de onde se distribui energia para o resto do país. Ex. Itaipu.
- A16D - É onde a energia é gerada. Pode ser gerada nas hidrelétricas através da água, ou seja, matriz é onde a energia é gerada que é repassada para as cidades. Existem vários meios de se obter energia e a matriz é o centro de obtenção dela.

A8S - São as fontes que geram energia aqui no Brasil, a mais usada é a hidrelétrica, mas também a eólica, a solar, o petróleo e o carvão.

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A1D - O gerador a diesel é um caso de matriz energética termodinâmica. Quando acaba a energia elétrica os hospitais utilizam esse aparelho.

## Considerações finais

As questões trabalhadas junto aos alunos, que responderam ao questionário da pesquisa, foram inspiradas no CBC que considera importante os conceitos de energia nas suas mais diversas formas para o aprendizado da 1ª série do Ensino Médio. Apesar do nosso país ser rico em diversas fontes de energia, e de contarmos com uma grande difusão sobre recursos energéticos, suas limitações, suas alternativas, suas formas de obtenção, os problemas ambientais advindos da sua geração ou forma de consumo, verificamos que na mente dos alunos pesquisados estes assuntos não estão devidamente claros, indicando mais confusão do que compreensão. Buscamos destacar as características termodinâmicas presentes num ensino de física contextualizado com o tema energia e percebemos a enorme dificuldade de associação desses conceitos a aspectos cotidianos relacionados aos meios energéticos. Sabemos que são prematuras as análises do sucesso ou não dos objetivos preconizados pelo CBC, mesmo porque esta proposta curricular encontra-se em fase de adequação. Com relação aos conceitos pesquisados, o que se constata é que não está ocorrendo uma compreensão dos mesmos por uma boa parte dos alunos, sinalizando, dentre outras considerações, que pesquisas mais abrangentes seriam úteis para auxiliar ações que contribuam para o sucesso do CBC mineiro. Notamos que de certo modo, a informação chega aos alunos, no entanto, a dificuldade está em se absorver e tirar proveito dessas informações. Verifica-se na prática que existe uma falta de associação dos conceitos trabalhados na sala de aula com o cotidiano do aluno. Concluímos que o problema pode estar não no aprendizado discente, mas na forma como o professor aborda o tema, desvinculando-o da realidade através de sua prática de ensino tradicionalista, desempenhada apenas com o uso da metodologia expositiva.

## Referências:

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CARVALHO, A. M. P. de. Formação de Professores de Ciências. São Paulo. Cortez, 2001.

GARCIA, V. A física nos dias atuais. São Paulo: Atlas, 1989, p. 61.

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Minas Gerais. Secretaria de Estado de Educação. Proposta Curricular: CBC Física Ensino Médio. Belo Horizonte, 2007.

MORETTO, V. P. Construtivismo: a produção do conhecimento em aula. 3º ed. Rio de Janeiro. DP&A, 2003.

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