AS CONCEPÇÕES DOS ALUNOS DA EDUCAÇÃO DE JOVENS E ADULTOS SOBRE A FÍSICA: UMA ABORDAGEM EXPERIMENTAL PARA O ENSINO DE DILATAÇÃO TÉRMICA

## AS CONCEPÇÕES DOS ALUNOS DA EDUCAÇÃO DE JOVENS E ADULTOS SOBRE A FÍSICA: UMA ABORDAGEM EXPERIMENTAL PARA O ENSINO DE DILATAÇÃO TÉRMICA

Deise Silva Lima , Roberta Lavor Serbim Uchôa Lopes , Laffert Gomes Ferreira 1 2 da Silva , Marcelo Ferreira da Silva 3 4

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Universidade Federal de Rondônia/Departamento de Física, deise.silvalima@yahoo.com.br 2 Universidade Federal de Rondônia/Departamento de Física, roberta\_lavor@unir.br 3 Universidade Federal de Rondônia/Departamento de Física, laffert@unir.br

## Resumo

O fenômeno de dilatação térmica é frequentemente tratado nas escolas de forma a priorizar a aplicação de fórmulas matemáticas prontas, no objetivo de ajudar o aluno na resolução de diversos exercícios. Esse fator valoriza a memorização e a habilidade de cálculo dos alunos, em prejuízo do conhecimento físico relacionado ao fenômeno em questão. Neste trabalho apresentam-se os resultados obtidos através de uma pesquisa sobre o diferencial na qualidade do ensino, após a aplicação de experimentos relacionados aos conteúdos lecionados em sala de aula. Como metodologia para a aquisição dos dados aplica-se aulas experimentais, relacionadas ao assunto de dilatação térmica, seguidas de distribuição de questionários aos estudantes, verificando assim o percentual de alunos que adquirem um entendimento relativo ao conteúdo ministrado. Os resultados mostram que o acesso a equipamentos físicos despertam interesse dos alunos, pois a linguagem física fica mais clara e de fácil compreensão. A pesquisa foi realizada com alunos da Educação de Jovens e Adultos na Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Marechal Castelo Branco, localizada no município de Porto Velho, capital do Estado de Rondônia e faz parte das atividades desenvolvidas no Grupo de Física do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência da Fundação Universidade Federal de Rondônia.

Palavras-chave : Ensino de Física, Educação de Jovens e Adultos, Dilatação Térmica

## Introdução

Segundo Ramos (2009):

'O desafio de Ensinar Ciências e Matemática aos alunos da EJA Educação de Jovens e Adultos - que perpassa pelas dificuldades oriundas dos longos anos de afastamento dos bancos escolares. O não hábito de leitura e da escrita contrapõe-se à experiência de vida marcada pelas responsabilidades do trabalho e da família. A experiência adquirida ao longo da vida propiciou a construção, por esses jovens e adultos, de modelos que explicam os fenômenos da natureza com a presença bastante forte do intuitivo, do não científico, do não escolar'.

De fato no EJA os alunos possuem grandes dificuldades relacionadas ao campo das Ciências Exatas, ocasionado principalmente pelo tempo afastado da rotina escolar. Uma outra questão está relacionada ao cotidiano em sala de aula, onde os conteúdos são ministrados basicamente por meio de exaustivas aulas

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teóricas, sendo o contato do aluno com o assunto dado através de metodologias arcaicas e defasadas. Em muitos casos, a compreensão do aluno a respeito de determinado fenômeno físico fica comprometida pela falta de relação entre o fenômeno estudado e o modelo teórico apresentado.

Nas aulas experimentais o aluno tem a oportunidade de visualizar na prática, através de aplicação e/ou confecção de um experimento, o fenômeno estudado, além de apelar para o lado lúdico de todos. A matematização de um fenômeno físico é importante, mas o fato da Física ser uma Ciência Experimental, ligada a vida real, a experimentação é fundamental.

Em vários trabalhos que abordam a confecção de experimentos são encontradas diversas posições que justificam a atividade experimental escolar, podendo ser reunidas nas categorias de ordem epistemológica, instrucional, motivacional e funcional (Laburú, 2005). Especificamente à nossa discussão, a categoria funcional foi priorizada, uma vez que está ligada à parte física da atividade empírica e sua adequação para implementação em sala (Ferraro, 2004).

Neste contexto, aplicamos três experimentos para os alunos da EJA na Escola Estadual Marechal Castelo Branco, envolvendo o conteúdo de dilatação térmica, com o objetivo de contribuir para uma melhor aprendizagem de seu significado físico. Uma vez que aulas experimentais não são uma prática comum na escola, em particular na disciplina de Física, realizamos um censo para identificar a contribuição que a aula propiciou na aprendizagem do aluno e verificamos também a aceitação dos alunos a uma aula experimental.

A presente pesquisa foi desenvolvida no segundo semestre do ano de 2010, como parte das atividades do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação a Docência - PIBID, que está vinculado ao curso de Licenciatura Plena em Física da Fundação Universidade Federal de Rondônia - UNIR, na cidade de Porto Velho, capital do Estado de Rondônia.

## Dilatação Térmica

Nos sólidos, as moléculas das substâncias se dispõem de maneira regular e entre elas agem intensas forças de coesão. As moléculas não permanecem em repouso, mas seu movimento é muito limitado, havendo apenas uma vibração em torno de certas posições. À medida que se aumenta a temperatura de um sólido, a amplitude das vibrações moleculares aumenta. Assim, tornam-se maiores as distâncias médias entre as moléculas. Em conseqüência, aumentam as dimensões do corpo sólido. Ao fenômeno dá-se o nome de dilatação térmica (Ueno, 1988). Observa-se experimentalmente que as dimensões de um corpo variam com o aumento ou a diminuição de sua temperatura. Já no século XVII, esse fenômeno era estudado por inúmeros cientistas, que buscavam sua compreensão através de experiências e da elaboração de modelos matemáticos que refletissem os resultados obtidos (Pereira, 2009).

Os líquidos se dilatam obedecendo às mesmas leis dos sólidos, mas devese lembrar de que, como os líquidos não têm forma própria, tomam a forma do recipiente que o contém. O que interessa, em geral, é o conhecimento de sua dilatação volumétrica. O volume de quase todos os materiais cresce quando sofre um aumento de temperatura porque a vibração das moléculas do material aumenta. Assim as moléculas passam a ocupar um espaço maior e conseqüentemente o

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volume de todo o material também aumenta. O inverso ocorre quando um material sofre uma diminuição de temperatura. Para observarmos a dilatação de um líquido, devemos colocá-lo em um frasco e aquecer esse conjunto. Ambos se dilatarão e, como a capacidade do frasco aumenta a dilatação que observaremos, para o líquido, será aparente.

Em nosso cotidiano existem inúmeras situações que envolvem a dilatação térmica dos materiais. Quando se coloca, por exemplo, café muito quente em um copo de vidro pode ocorrer de ele trincar devido ao fato que sendo o vidro um mau condutor a parte externa demora para ser aquecida resultando em uma diferença de dilatação entre as parte externa e interna do copo. As fissuras nas calçadas e nas quadras esportivas, os espaçamentos entre os blocos de pontes e rodovias, são bons exemplos de dilatação térmica. Nas ferrovias os trilhos são separados por pequenos espaços de forma a possibilitar que eles dilatem sem causarem danos à estrutura. Na cozinha de nossas casas temos inúmeras situações em que ocorre o fenômeno da dilatação, por exemplo, quando a tampa de um pote de doce está difícil de abrir, usa-se um pouco de água quente, o que faz com que a tampa se dilate facilitando a abertura do pote. Outro exemplo, o aquecimento de água numa panela para se fazer uma determinada comida resulta numa dilatação tanto da panela como da água (caso a panela esteja completamente cheia de água, verificase que certa quantidade de água derrama no fogão, evidenciando o fenômeno de dilatação). A experiência proposta neste trabalho ilustra todos esses fenômenos, uma vez que ao aquecermos a serra, ocorre a dilatação e o aumento no seu comprimento resulta no fechamento de um circuito e, consequentemente, acendimento do LED.

## Educação de Jovens e Adultos

A Educação de Jovens e Adultos é o nome da modalidade de ensino do antigo supletivo, sendo direcionado para pessoas que não concluíram o ensino fundamental (1º grau) ou o ensino médio (2º grau). No início dos anos 90, o segmento passou a incluir também as classes de alfabetização inicial.

É importante lembrar que existe atualmente uma maior preocupação com essa modalidade por parte do Ministério de Educação e demais órgãos educacionais. A iniciativa faz parte das várias pesquisas financiadas pela Coordenação Nacional de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior até 2009.

Os alunos do EJA são geralmente pessoas que não tiveram oportunidade ou acesso à cultura letrada e os anos longe da escola, aliados às experiências de vida propiciaram uma visão de mundo que na maioria dos casos estão distantes das apresentadas e defendidas como 'corretas' pela escola. Segundo Ramos (2009):

(...) é imprescindível criar um cenário onde se possa oportunizar a estes alunos a explicitação das crenças, dos mitos, das visões de mundo, das leituras e das representações matemática.

A EJA é considerada uma ferramenta de alfabetizar para quem não teve oportunidade de estudar, seja qual for o motivo. Por conseguinte, se faz necessário hoje a capacitação continuada em todas as fases da vida e não somente durante a infância e a juventude, e representa uma possibilidade que pode contribuir para efetivar um caminho e desenvolvimento de todas as pessoas, de todas as idades. Planejar esse processo é uma grande responsabilidade social e educacional,

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cabendo ao professor no seu papel de mediar o conhecimento, ter uma base sólida de formação (Silva, 2010).

## Aspectos Metodológicos

A apresentação do experimento para os alunos da EJA foi realizada em uma aula no Laboratório de Ciências da Escola e contou com a participação de sessenta e oito alunos, sendo separados em cinco turmas. Para cada turma foi destinado uma aula de cinquenta minutos para desenvolvimento da atividade. A forma de exposição das experiências foi investigativa para as turmas de 1° e 2°, ou seja, a observação dos experimentos pelos alunos deu-se antes dos mesmos já terem estudado o conteúdo. Já para as turmas de 3° anos foi ilustrativa, pois a observação do experimento pelos alunos deu-se depois dos mesmos já terem estudado o conteúdo.

No geral, os alunos distribuíram-se perto da bancada onde se encontrava as experiências já montadas, explicava-se o processo de montagem e em seguida sua demonstração. Depois da observação do fenômeno físico, foi pedido aos alunos que colocassem na forma de relatório, sob o ponto de vista dos mesmos, o fenômeno ocorrido durante o experimento e suas opiniões sobre a aula no laboratório. Nos dados obtidos por meio deste relatório buscou-se captar as perspectivas e significados pessoais dos alunos. Nos casos de relatórios ambíguos, foram feitas entrevistas de esclarecimento. Portanto, o tratamento dos dados foi qualitativo e o foco central foi nos tipos de falas apresentadas pelos alunos.

## Experimentos Propostos

Nos experimentos propostos, dois utilizaram os equipamentos disponíveis no laboratório da escola e envolvem os conceitos de dilatação dos líquidos e dos sólidos. No terceiro experimento apresenta-se uma alternativa para o estudo de dilatação linear e envolve a confecção de equipamento de baixo custo, de forma a facilitar a reprodução do fenômeno pelos alunos.

## Dilatação dos Líquidos

O objetivo desse experimento é mostrar que ao variar a temperatura de um líquido o mesmo se dilata, variando seu volume. Os materiais utilizados para a realização da experiência são: um (1) frasco de vidro de 125 ml, um (1) tubo externo de vidro, uma (1) rolha, uma (1) garrafa pet de 2 litros, uma (1) lamparina com álcool, uma (1) caixa de palitos de fósforo, água gelada, um (1) suporte, uma (1) tela de amianto, corante azul, pano de limpeza (Figura 01).

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Figura 01: Materiais do Experimento Proposto

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O experimento montado é bem simples. Enche-se totalmente com água, misturada a um corante de cor azul, um vidro de 125 ml (cuja própria dilatação será desprezível em relação ao líquido), logo após o vidro é isolado com uma rolha feita de borracha, a rolha por sua vez é interligada verticalmente a um tubo de vidro, sem furo na lateral, no centro em contato com a água. Esse conjunto foi colocado em cima de uma fonte de calor, que consiste em uma pequena lamparina a álcool.

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Figura 02: Variação do Líquido após seu aquecimento.

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Figura 03: Variação do Líquido após seu resfriamento.

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A idéia do experimento é aquecer um frasco cheio de água e verificar a variação do volume através do deslocamento do nível de água num tubo ligado ao frasco. A água é aquecida colocando uma lamparina a álcool para aquecer o frasco. Quando está sendo aquecida ela dilata, ou seja, passa a ocupar um espaço maior. Como o frasco está cheio e não há espaço para onde ir, então ela sobe pelo tubo ligado ao frasco. O volume de água que sobe é o quanto a água dilatou (Figura 02). Depois o frasco é colocado dentro de um recipiente contendo água fria. Isso faz com que a água de dentro do frasco esfrie rapidamente. Conforme a água vai resfriando, ela diminui o volume, ou seja, vai se contraindo e a água que se encontra no tubo vai descendo (Figura 03).

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## Dilatação dos Sólidos

O objetivo desse experimento é mostrar que a dilatação térmica também ocorre nos sólidos. Os materiais utilizados para a realização da experiência são: Conjunto de recursos para o estudo dos fenômenos associados à dilatação de sólidos (Figura 04), uma (1) lamparina com álcool e uma (1) caixa de fósforos.

Figura 04: Conjunto para o estudo dos fenômenos de dilatação dos sólidos

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O experimento consiste em um conjunto que contém uma bola de cobre ligada por uma fina corrente a um cabo, um anel de ferro ligado a um cabo e uma pequena haste também ligada a um cabo, todos os cabos revestidos por um material isolante (Figura 05). Para a experiência usou-se o anel e a bola de cobre.

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Figura 05: Dilatação dos sólidos

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A idéia do experimento, conjunto de recursos para o estudo da dilatação de sólidos, é mostrar que quando a bola de cobre está à temperatura ambiente ela passa através do anel de ferro. Quando a bola de cobre é aquecida colocando-a em contato com a lamparina a álcool, após poucos minutos, ela tem suas dimensões aumentadas, ou seja, ocorre a dilatação do material (Figura 05). Da mesma forma, quando se cessa a fonte de calor, após poucos minutos, ela volta à temperatura ambiente voltando às suas dimensões iniciais passando novamente através do anel de ferro.

## Dilatação Linear - Experimento de Baixo Custo

Utilizada como uma ferramenta alternativa no ensino da Física, a experimentação de baixo custo é um importante meio para visualização de vários conteúdos abordados em sala de aula.

O objetivo dessa experiência é mostrar que quando um material de diâmetro desprezível é aquecido ele sofre um aumento de seu comprimento. Os materiais utilizados para a realização da experiência foram: um (1) tábua de dimensões 40cmx16cm, uma (1) serra amarela de 30 cm, parafusos e porcas, um (1) parafuso

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de 7 cm, um (1) metro de fio fino, um (1) carregador de celular, um (1) LED, um (1) uma (1) haste de aço 5 cm, uma (1) tampa de garrafa pet, uma (1) caixa de fósforos, um (1) pacote de velas comuns e um (1) bulbo de lâmpada para realçar o efeito visual. Na Figura 06 mostra-se o experimento proposto juntamente com a ligação dos fios na parte de baixo da madeira (base). Na montagem observa-se a disposição das porcas (conector 1 e conector 2), os parafusos e o LED.

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Figura 06 : Experimento sobre a Dilatação Linear

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Figura 07: Dilatação Linear

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O experimento foi feito utilizando uma tábua como base, onde fixa-se duas hastes, separadas aproximadamente 31cm uma da outra. De acordo com esquema demonstrado na Figura 06, os parafusos devem ser ligados um LED e a uma tensão (nesse caso o carregador de celular) através dos conectores 1 e 2. Logo após, prende-se a serra em uma das hastes (parafuso 1) alinhando-a de forma a ficar mais próxima possível da segunda haste (parafuso 2). Por fim, velas acesas são colocadas sob a serra, fazendo com que a mesma dilate, fechando assim o circuito e acendendo LED (Figura 07).

## Resultados e Discussões

Os resultados obtidos podem ser sintetizados e organizados nas seguintes categorias:

- A. Percentual de alunos que entenderam e souberam explicar o fenômeno ocorrido durante a execução das experiências.
- B. Percentual de alunos que entenderam e explicaram regularmente.
- C. Percentual de alunos que não conseguiram entender, depois de observar a demonstração, o fenômeno ocorrido durante os experimentos.

Lembrando que as turmas do 1° e 2° anos são de alunos que ainda não tiveram contato com o conteúdo envolvido no experimento em sala de aula.

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Diante disso vemos que na Tabela 01 mostra-se a distribuição percentual dos sessenta e oito alunos nas três categorias. Nela pode-se observar que 38%, obtiveram êxito, entendendo o fenômeno ocorrido durante a execução das experiências.

Tabela 01: Rendimento dos Alunos

Nesta categoria, nota-se certo conhecimento de alguns conceitos físicos envolvidos, conforme se observa no exemplo:

'... concluímos que os materiais quando aquecidos se dilatam, porque as moléculas se agitam, havendo assim a extensão do material. E o contato com a água fria o material voltava à forma inicial.' (aluno do 3° ano)

Não obstante, 33% dos alunos entenderam regularmente, esquecendo-se apenas de pequenos pontos. Nesta categoria observou-se um razoável conhecimento, no entanto um pouco fragmentado. Por exemplo,

'Nos 3 experimentos de física foram mostrados que o corpo se dilatou com o auxílio do calor, provocando assim a dilatação do cobre.' (aluno do 3º ano)

Já 29% dos alunos demonstraram, em suas respostas, não terem entendido o fenômeno ocorrido durante os experimentos. Nesta categoria ficou evidente a falta de conhecimentos físicos dos alunos.

'... porque estava em vaporização no ambiente e depois voltou ao normal porque ficou sem vaporização.' (aluno de 2º ano)

Comentário: 'o aluno não conseguiu identificar que a dilatação da água durante a execução do primeiro experimento proposto não era necessariamente a vaporização da mesma'.

## Opinião dos alunos sobre a aula experimental

Os resultados obtidos das opiniões dos alunos do EJA sobre a aula experimental de Física podem ser sintetizados e organizados nas seguintes categorias:

- A. Percentual de alunos que gostaram e aprovaram a aula experimental, classificando-a como ótima ou boa.
- B. Percentual de alunos que classificaram a aula experimental como regular.
- C. Percentual de alunos que não gostaram e classificaram a aula experimental como ruim.
- D. Percentual de alunos que não opinaram.

Diante disso vemos que na Tabela 02 mostra-se a distribuição dos sessenta e oito alunos nas três categorias. Nela pode-se observar que, apesar do rendimento

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mostrado na Tabela 01, 72% dos alunos do EJA gostaram muito da aplicação dos experimentos, pois foi uma aula diferencial vista pelos mesmos.

Tabela 02: Opiniões dos Alunos.

Nesta categoria, os alunos mostram entusiasmo, conforme se observa no exemplo:

- '... foi muito interessante, eu acho que deveria acontecer mais vezes, até porque na maioria dos colégios públicos você só tem aula na teoria, e não adianta muito se você não prática se você não põe a mão na massa!'. (alunos do 2° ano)

'gostei muito das experiências e gostaria que tivesse mais, pois vendo como é na prática se torna melhor aprender a teoria'. (aluna do 3° ano)

Comentário: os alunos têm consciência da falta de aulas experimentais e suas conseqüências no seu aprendizado.

Vemos também que 18% dos alunos consideraram a aula como regular, pois alegaram que queriam ver mais experiências além das três propostas no dia. Como podemos ver no exemplo:

- '... eu gostei da experiência e gostaria de assistir a outras'. (aluna do 3° ano)
- '... espero vim mais vezes'. (aluna do 1° ano)

Já apenas 4% dos alunos demonstraram, em suas respostas, não terem gostado. Mas nesta categoria ficou evidente que os alunos não gostaram do ambiente em que aconteceu a aula e não da experiência em si. Como por exemplo:

'... foi boa, porém o ambiente é péssimo...'. (aluna do 3° ano)

Não obstante, 6% dos alunos falaram sobre o fenômeno envolvido, mas não opinaram sobre a aula experimental.

## Conclusão

Os experimentos apresentados neste trabalho são interessantes, pois estudam dois fenômenos diferentes, o aquecimento e o resfriamento dos corpos, permitindo visualizar a dilatação térmica. As experiências utilizadas para o estudo da dilatação térmica foram aplicadas com sucesso.

A realização dos experimentos chamou a atenção dos estudantes e o interessante foi a utilização dos conhecimentos prévios por parte dos alunos para a compreensão do fenômeno, contribuindo para que os próprios alunos sejam sujeitos de sua própria aprendizagem. Os próprios grupos entravam em debates sobre os experimentos e conseguiram relacioná-los com várias atividades que estavam acostumados a fazer no seu dia-a-dia, principalmente os relacionados ao fenômenos

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que ocorrem na cozinha, conforme descrito na Seção sobre Dilatação Térmica, com isso familiarizaram-se cada vez mais com os conceitos da Física.

Outro ponto positivo que pode ser citado foi a boa aceitação da aula experimental pelos alunos da EJA. Ficou destacado, nas respostas dos alunos, que a maioria nunca teve contato com aulas experimentais na disciplina de Física, mas é preciso destacar também, que apesar da demonstração do experimento ter sido bem realizada, uma parte dos alunos não conseguiu compreender com êxito o fenômeno abordado.

Propõe-se que as aulas experimentais, para a descrição dos fenômenos físicos, sejam ministradas com mais freqüência na disciplina de Física do Ensino Médio, principalmente na EJA, a fim de que os alunos tenham um aprendizado facilitado pela junção entre a teoria e a prática. Como continuidade da pesquisa pretende-se trabalhar com uma turma de controle, onde o mesmo assunto será ministrado de forma convencional, assim será possível uma comparação entre os resultados.

## Agradecimentos

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior por meio do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência. À Secretaria de Educação do Estado de Rondônia - SEDUC. À professora supervisora Priscila e ao professor de Química Rômulo pelo tempo cedido para a aplicação das aulas experimentais.

## Referências

FERRARO, Nicolau Gilberto; SOARES, Paulo Antônio de Toledo; Física Básica, Volume Único; 2. ed. São Paulo: Atual, 2004. 250 p.

LABURÚ, C. E. Seleção de Experimentos de Física no Ensino Médio: Uma investigação a partir da fala de professores. Investigações em Ensino de Ciências, v.10, n. 2, p. 161-178, 2005.

PEREIRA, M. M; SOARES, S. Uma Abordagem Alternativa para o Ensino da Dilatação Térmica de Líquidos no Ensino Médio. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 18. Vitória, 2009. Anais. Vitória: SNEF, 2009. p. 455-468.

RAMOS, Elenita Eliete de Lima; QUEIROZ, Carlos Antônio. A atividade experimental como motivadora da interdisciplinaridade entre Física e Matemática na Educação de Jovens e Adultos. Simpósio Nacional de Ensino de Ciências e Tecnologia, 1, 2009, Ponta Grossa. p. 516-532, 2009.

SILVA, Andréia Maciel. Educação de Jovens e Adultos (EJA) no Brasil. Artigonal -Diretório de Artigos Gratuitos, 2009. Disponível em &lt;http://www.artigonal.com/educacao-artigos/educacao-de-jovens-e-adultos-eja-nobrasil-1046328.html&gt;. Acesso em 28 ago. 2010.

UENO, Paulo T., Noções Fundamentais de Física, v. 2: Termologia, Óptica e Ondas, 1ª ed. São Paulo: Moderna, 1988.

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