A INTEGRAÇÃO DE DISCIPLINAS ESCOLARES ATRAVÉS DA EVOLUÇÃO DO CONCEITO DE ENERGIA: UMA PROPOSTA PEDAGÓGICA

## A INTEGRAÇÃO DE DISCIPLINAS ESCOLARES ATRAVÉS DA EVOLUÇÃO DO CONCEITO DE ENERGIA: UMA PROPOSTA PEDAGÓGICA

## Angelita Vieira de Morais¹, Andréia Guerra²

1 CEFET-RJ/Departamento de Pós-Graduação/ Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática, angelitamvieira@yahoo.com.br

2 CEFET-RJ/ Departamento de Pós-Graduação/ Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática, aguerra@tekne.pro.br

## Resumo

Nesse artigo, é apresentada uma proposta pedagógica que usa a História e Filosofia da Ciência (HFC) para abordar o conceito atual de Energia, envolvendo: a equação E=mc², Modelos Atômicos e Fotossíntese. Diferentes recursos didáticos foram selecionados, alguns desses elaborados pelas autoras, a fim de compor as estratégias desse curso interdisciplinar sobre Energia, voltado para a primeira série do Ensino Médio (EM). Toda a estrutura desse produto foi elaborada a partir de dados obtidos através de questionários investigativos, atividades realizadas pelos alunos e desenvolvidas especificamente para esse trabalho, observações de aulas e entrevistas com os alunos de uma escola pública da rede federal de ensino. O presente trabalho faz parte de uma pesquisa de mestrado, em ensino de Ciências e Matemática, que ainda está em andamento. A aplicação e análise da proposta feita aqui, ainda não foram concluídas. Logo, esse trabalho limita-se a propor uma abordagem interdisciplinar do conceito de energia permeado pela HFC, juntamente com alguns artifícios (texto, filme, jogo, debate), no intuito de estimular o interesse dos alunos pela Ciência, além de instigá-los a refletir sobre a construção do conhecimento científico.

Palavras-chave : Ensino de Física, História e Filosofia da Ciência, Física Moderna e Contemporânea, Energia, Interdisciplinaridade.

## Introdução

No EM o tema energia é tradicionalmente trabalhado em Física dentro do curso de mecânica, enfatizando-se os conceitos de energia cinética e potencial. O tema também é discursado nos tópicos relacionados à termodinâmica e eletromagnetismo. Esse conceito é assunto também de outras disciplinas, como por exemplo, Química e Biologia. As diferentes disciplinas em que o tema é trabalhado mostram que este é por si só, um conceito interdisciplinar. Apesar disso, é perceptível no ensino atual uma não integralidade das disciplinas mencionadas.

Em geral, a disciplina estanque se mostra insuficiente, apontando assim, para outra direção no ensino. Muitos estudos e propostas surgem em torno à interdisciplinaridade (LAVAQUI, BATISTA, 2007; CARVALHO, 2001; MELLO, 2009; ZANETIQUE, 2006; GUERRA, BRAGA, REIS, 1998; SILVA, et. al., 2010), estimulando essa 'forma' de ensinar que obteve mais reconhecimento através dos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN's).

Para JAPIASSU (1976), a interdisciplinaridade é um método que se organiza para responder algumas demandas, dentre elas, a demanda ligada ao

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desenvolvimento da Ciência, além das reivindicações estudantis contra um saber fragmentado, pois a realidade é necessariamente global e multidimensional.

Com vistas à interdisciplinaridade em torno ao conceito de energia, o presente artigo propõe um curso interdisciplinar sobre tema, voltado para a primeira série do EM. A proposta pedagógica construída extrapola a análise da energia mecânica, introduzindo questões de Física Moderna e Contemporânea (FMC), como a famosa equação de Einstein: E=mc² e a quantização da energia.

Muitas publicações direcionadas ao ensino de Física realçam a importância da inserção da FMC e/ou criticam os currículos voltados para o EM que se pautam apenas em conhecimentos da Física Clássica (TERRAZZAN, 1992, 1994; VALADARES, 1998; GUERRA, BRAGA, REIS, 2007; OLIVEIRA, VIANNA, GERBASSI, 2007). Para OSTERMANN (2001), é viável ensinar FMC no EM, além de ser um engano afirmar que os alunos não têm condições para aprender temas atuais.

Nos documentos nacionais, como os PCN's, há indicações claras da importância de se trazer às salas de aula de nível médio, temas de FMC. Fora essa indicação, os PCN's apontam a abordagem necessária ao ensino de Física, destacando: 'a Física deve ser reconhecida como um processo cuja construção ocorreu ao longo da história da humanidade, impregnado de contribuições culturais, econômicas e sociais' (BRASIL, 1999).

A proposta de contextualização do ensino de Física através de uma abordagem histórico-filosófica também se encontra presente em trabalhos de pesquisadores da área de ensino de ciências. Esses autores (MATTHEWS, 1995; GUERRA, BRAGA, REIS, 1998; BOSS, 2009) afirmam que a HFC é um elemento que auxilia na formação de um aluno mais crítico, além de ser capaz de desmistificar a ciência, possibilitando um conhecimento mais abrangente desta. Para MATTHEWS (1995), a HFC contribui para o ensino por que: motiva e atrai os alunos, humaniza a matéria, promove uma compreensão melhor dos conceitos científicos, demonstra que a ciência é mutável e instável, permite uma compreensão mais profícua do método científico e apresenta os padrões de mudança na metodologia vigente.

Pautando-se nas considerações anteriores, construiu-se uma proposta pedagógica de inserção da FMC no EM, através do tema energia, a partir de uma abordagem histórico-filosófica. Nessa proposta, o objetivo não é lançar mão do contexto histórico-filosófico como um enxerto de conteúdo, mas sim como um eixo condutor do trabalho, capaz de contextualizar e assim explicitar a interdisciplinaridade própria do conceito de energia.

## Por que abordar a Energia?

A energia é um tema que proporciona ampla abordagem, seja porque está relacionada com questões ambientais e sócio-econômicas ou porque abarca uma série de conceitos vinculados a outras disciplinas (WATANABE, MATALUNA, 2010). Devemos, portanto reconhecer a energia como algo indispensável ao funcionamento da vida social e saber que essa dependência tem crescido progressivamente ao longo da história humana. Dessa forma, o estudo desse tópico insere as disciplinas escolares numa discussão atual permitindo aos alunos se sentirem participantes da vida social e política, exercendo a sua cidadania. Ademais, é um conceito rico, cheio

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de possibilidades para o ensino, que possibilita o entrelaçamento de diversos conteúdos, como por exemplo: modelos atômicos, fotossíntese e E=mc², que serão abordados no curso proposto.

## Metodologia

Para construir o projeto, foi desenvolvida uma pesquisa que se dividiu numa parte quantitativa e outra qualitativa com 105 alunos do EM de uma escola da rede federal do Rio de Janeiro, que já estudaram formalmente o modelo atômico, fotossíntese e energia mecânica. O objetivo era verificar se os alunos percebem que o conceito moderno de energia está relacionado a diferentes disciplinas da grade curricular. A parte quantitativa consistiu de dois questionários com questões abertas (AUGÉ, KRAPAS, 2010), um versando sobre o conhecimento dos alunos em torno ao tema modelo atômico e o segundo sobre a equação E=m.c . A parte qualitativa 2 (FRANCO, 2008) foi desenvolvida a partir de filmagens e anotações de atividades realizadas pelos alunos e desenvolvidas especificamente para esse trabalho. Foram realizadas duas atividades: o 'jogo' das palavras e a construção de um mapa conceitual.

Através dos resultados da pesquisa mencionada anteriormente, foi possível delinear algumas dificuldades dos alunos. Um dos questionários permitiu diagnosticar, por exemplo, que todos os alunos relacionam a palavra Energia à Física, 76% a relacionam à Química, 30% à Biologia. Este resultado permite concluir que muitos alunos têm uma visão limitada sobre o tema, não o percebendo como o conceito abrangente que é. A atividade baseada na construção de mapas conceituais pelos discentes permitiu detalhar essa dificuldade.

Após explicação necessária para a efetivação da tarefa, os alunos foram divididos em grupos. Cada grupo recebeu o mesmo conjunto de palavras (átomo, massa, fotossíntese, bomba atômica, luz, sol, energia, núcleo, elétron, E=mc², verde, força) para a montagem do mapa, com o alerta de que nem todas precisariam ser usadas na confecção do material. Num momento posterior, cada grupo apresentou seu mapa conceitual para a turma. Tanto os colegas, quanto a professora fizeram perguntas aos grupos para sanar dúvidas ou questioná-los sobre as relações apresentadas. Os mapas foram recolhidos e analisados, e assim como o resultado dos questionários, também mostraram que os alunos não possuem o conceito moderno de energia bem estruturado no que tange à questão conservação x transformação. Essas reflexões nos apontaram um caminho para o tratamento do tema Energia nas aulas de Física do EM: o tema deve ser apresentado de forma a possibilitar diálogo dos conteúdos estudados em Física, com aqueles trabalhados na Química e Biologia.

Os resultados da pesquisa descrita foram confrontados com pesquisas na área de ensino de Ciências. MOREIRA e OSTERMANN (2000), utilizando a técnica Delphi, fizeram um levantamento completo dos tópicos de FMC que deveriam ser abordados no EM: efeito fotoelétrico, átomo de Bohr, leis de conservação, radioatividade, forças fundamentais, dualidade onda-partícula, fissão e fusão nuclear, origem do universo, raios x, metais e isolantes, semicondutores, laser, supercondutores, partículas elementares, relatividade restrita, Big Bang, estrutura molecular e fibras ópticas. A equação E=mc² juntamente com a quantização da energia perpassam por alguns dos itens citados na lista Delphi. Apoiando-se nesse levantamento feito por MOREIRA e OSTERMANN (2000) e nas pesquisas feitas

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antes da construção desse material, foi elaborado um curso sobre Energia para a primeira série do EM que visa permitir uma discussão interdisciplinar sobre o conceito. A construção desse material seguiu-se de acordo com as seguintes etapas:

- 1Levantamento, através de entrevistas semi-estruturadas, sobre as atividades que os alunos gostariam que fossem feitas nas aulas de Física. O objetivo dessa etapa era buscar algo para tornar o ensino mais dinâmico, alem de possibilitar a colaboração dos alunos.
- 2- Organização do curso sobre energia, o que envolveu a construção de um cronograma constituído da seqüência dos conteúdos com os respectivos números de aulas necessárias para serem ministrados.
- 3- Elaboração do material didático sobre o tema em questão, o que envolveu a redação de um texto, linha do tempo, um jogo e planejamento das aulas (slides para apresentação nas aulas, seleção de trechos de filmes).

## O Curso e o material didático

Diante do pedido dos alunos por aulas mais dinâmicas, levantamento feito através das entrevistas semi-estruturadas, buscou-se construir um curso que utilizasse diferentes propostas de inserção em sala de aula. Segue abaixo a proposta do Curso:

- · Sugere-se que antes de dar início ao curso, todos os alunos recebam um texto, elaborado pelas autoras (pesquisadoras da área de Ensino de Física), que aborda o tema em questão, englobando assuntos que fazem parte do cotidiano dos alunos e/ou despertam o interesse deles. O material conta a história de uma jovem que desde criança gostava de questionar tudo, principalmente quando se tratava de algo voltado para a ciência. Ela narra acontecimentos de sua infância, apresentando situações que a intrigava e as respostas que os adultos davam para sanar suas inquietações. O texto discorre em torno ao conceito de energia. No decorrer do material há boxes com explicações detalhadas de alguns conceitos científicos e informações relevantes que foram abordados no decorrer do texto. Houve o cuidado de redigir o texto com uma linguagem própria para adolescentes. É importante destacar que, os recursos utilizados no texto, como: a história em quadrinhos, usada para tratar do conceito de conservação, a propaganda da TV usada para problematizar o conceito de energia, a notícia de jornal sobre bomba atômica e a música que trabalha a idéia de transformação, podem ser retomados nas aulas seguintes como ferramentas para abordar o conteúdo.
- · Posteriormente, sugere-se que sejam ministradas aulas sobre a evolução do conceito de energia, através de slides, utilizando partes do texto distribuído aos alunos antes do início do curso, trechos do filme: 'A Grande Idéia', baseado no livro 'E=mc² - uma biografia da equação que mudou o mundo' (BODANIS, 2001), imagens que retratam a realidade social, política, artística e científica de diversas épocas em que ocorreram fatos significativos para a evolução do conceito de energia, sejam no âmbito da Física, Química e Biologia, desde que perpassem pela evolução do conceito atômico e fotossíntese, e informações apresentadas nas fontes utilizadas na pesquisa e construção do produto do presente trabalho (BODANIS, 2001; BRAGA, GUERRA, REIS, 2008; GUERRA, BRAGA, REIS, 2004, 2005; BRAGA et al., 1999, 2000; BUCUSI, 2007; ALVARENGA,

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MÁXIMO, 2005; KUHN, 2009; LOPES, 1997; HEWITT, 2002; SERWAY, 1996; HARTWIG, SOUZA, MOTA, 1999; BARCELLOS, 2008; MARTINS, 1990; QUEIRÓS, NARDI, 2010; NELSON, COX, 2006). Sugere-se destacar:

- 1. A discussão do significado dos termos conservação e transformação; como no século XVII, o conceito de conservação foi tratado na Física, destacando-se a controvérsia em torno à vis viva, dentro do contexto cultural em que a mesma ocorreu.
- 2. O contexto sócio-cultural da segunda metade do século XVIII, destacando a discussão em torno ao problema da transformação. Discutindo como esses dois conceitos (conservação e transformação) desenvolvem-se paralelamente na história da ciência do século XVIII. Tanto o item 1, quanto o 2, tem o propósito de destacar o processo de construção da ciência.
- 3. O conceito de energia, que deve ser formalmente apresentado, enfatizando que a idéia de conservação e transformação está intrinsecamente ligada a ele.
- 4. A questão da evolução do modelo atômico, seguindo a mesma linha de raciocínio dos itens anteriores. Esse caminho permite destacar as novas questões em torno ao conceito de energia que surgiram no século XX.
- 5. A equação E = m.c 2 , destacando-se como o binômio: conservação x transformação está nela colocada; além de associar a equação à energia nuclear, versando sobre a concretude da equação através das pesquisas de Lise Meitner e Otto Hahn e as pesquisas voltadas para a construção da bomba atômica na Segunda Guerra Mundial.
- 6. O histórico das descobertas sobre a fotossíntese, visto que este conceito está intimamente ligado aos conceitos anteriores.

Outro artifício construído nessa pesquisa, como complemento para essas aulas, foi a 'Linha do Tempo', que contém datas e dados importantes sobre:

- 1. A evolução do modelo atômico, abrangendo deste o modelo elaborado por Dalton até o modelo atual, incluindo o princípio da incerteza, o conceito atual de orbital e o princípio da exclusão de Pauli. Sem excluir, os demais modelos: Thomson, Rutherford e Bohr.
- 2. A evolução de alguns conceitos e teorias que giram em torno à equação E=mc², principalmente ao que diz respeito ao binômio: transformação x conservação.
- 3. O histórico das descobertas sobre fotossíntese, citando dos experimentos feitos por Priestley no século XVIII até os estudos das reações de luz da fotossíntese feitos por Robert Hill no século XX.

Além da Linha do Tempo, com o objetivo de tornar a discussão histórica mais dinâmica, também foi desenvolvido, pelas autoras, um jogo - Dominó da Energia - que pode ser usado durante e após a apresentação dos slides. O jogo consiste em responder a uma pergunta ou realizar uma atividade proposta, contida nos cartões do jogo, para conquistar o direito de jogar uma peça do dominó. A equipe vencedora é aquela que acabar com todas as suas peças. Essa atividade permite: abordar questões sobre o conteúdo, além de instigar os alunos a pensarem sobre como relacionar os diversos termos do conteúdo, já que o dominó consiste, basicamente, de termos que se relacionam dentro do conteúdo proposto. O jogo é

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composto por: 15 cartões contendo perguntas e tarefas, e 15 peças de dominó que foram confeccionadas com papel cartão colorido. É necessário que antes do início da aula, a professora explique as regras do jogo.

Diversos artigos (CAMPOS, BORTOLO, FELÍCIO, 2010; SANTANA, REZENDE, 2010; ZANON, GUERREIRO, OLIVEIRA, 2008) apontam que o uso de jogos no ensino é uma estratégia viável e eficaz, que além de despertar o interesse dos alunos pelas aulas, auxiliam na compreensão do conteúdo.

- · Após as aulas, sugere-se trabalhar com os alunos na construção de mapas conceituais, pois através destes, é possível averiguar se os alunos estão conseguindo apreender os conceitos abordados (MOREIRA, 2010). Considerando que é fundamental para essa análise que os alunos expliquem oralmente ou por escrito seu mapa conceitual (MOREIRA, SOARES, PAULO, 2010), sugere-se que cada grupo apresente seu mapa para os colegas e a professora.

No decorrer do ano letivo, algumas das propostas citadas foram testadas, porém, isoladamente e abordando outros conteúdos. Aulas com uma abordagem histórico-filosófica foram feitas e os alunos reagiram positivamente a elas, muitos alunos permaneceram atentos por bastante tempo. Alguns deles fizeram perguntas sobre a vida de alguns cientistas, demonstrando interesse por esse tipo de informação. Um jogo de perguntas também foi confeccionado e usado depois de uma das aulas sobre 'Leis de Newton'. Os alunos gostaram muito, participaram da atividade com muita empolgação. Na entrevista, muitos relataram que gostariam que as aulas de Física tivessem mais jogos. Essas informações sugerem que, as atividades propostas por meio desse artigo, são viáveis e a aplicação destas, podem gerar bons resultados.

## Considerações Finais

Este trabalho apresentou uma proposta pedagógica de inserção da FMC no EM, através do tema energia, a partir de uma abordagem histórico-filosófica, ampliando o diálogo entre as disciplinas Física, Química e Biologia. Apontou também, diversas estratégias didáticas com o objetivo de tornar as aulas mais dinâmicas. Vale salientar que tanto a estrutura do curso quanto os materiais didáticos construídos foram direcionados pelos resultados das pesquisas feitas, que foram apresentadas nesse artigo.

Deve-se ratificar ainda que, a proposta apresentada nesse trabalho é parte de uma pesquisa de mestrado, em ensino de Ciências e Matemática, que está em andamento, onde, a implementação e a análise do curso sugerido constituem as próximas etapas. Logo, quando da apresentação desse trabalho, teremos dados capazes de permitir uma avaliação mais detalhada da proposta pedagógica apresentada.

Pretende-se, posteriormente, disponibilizar o material didático (Texto, Linha do Tempo, Dominó da Energia) para que outros professores também possam experimentá-lo.

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Agradecimentos ao CNPq.

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