OFICINA METODOLÓGICA PARA DISCUTIR ALTERNATIVAS DE ABORDAGEM DA TERMODINÂMICA NO ENSINO MÉDIO

## OFICINA METODOLÓGICA PARA DISCUTIR ALTERNATIVAS DE ABORDAGEM DA TERMODINÂMICA NO ENSINO MÉDIO

Patrick Alves Vizzotto , Necleto Pansera Junior , Renato Pereira Cótica , 1 2 3 Cleci T. Werner da Rosa 4 Barbara Locatelli da Silva 5

1 Universidade de Passo Fundo/Curso de Física, 112957@upf.br

2 Universidade de Passo Fundo/Curso de Física, 105691@upf.br

3 Universidade de Passo Fundo/Curso de Física, 115347@upf.br

5 Universidade de Passo Fundo/Curso de Física, 115047@upf.br

## Resumo

O objetivo desse trabalho é fazer uma investigação das práticas metodológicas utilizadas na abordagem do conteúdo de termodinâmica no ensino médio. Para tanto se utilizou como referência a oficina 'Mundo a Vapor' realizada no IV Seminário de Atualização Pedagógica para Professores da Educação Básica, ocorrida em maio de 2012 na Universidade de Passo Fundo - RS. Na oportunidade, foi investigada a forma de atualização dos professores no decorrer de sua caminhada docente e a presença de aulas experimentais em suas ações pedagógicas. Também foi realizada uma aula prática com os professores participantes da oficina embasada em conceitos teóricos e fatos históricos de termodinâmica. A ênfase das atividades estava na utilização de materiais alternativos e de baixo custo de modo a viabilizar sua realização na escola. A atividade desenvolvida e sua validade pedagógica foram avaliadas pelos professores participantes por meio de um questionário, que após respondido, foi analisado pelos pesquisadores. Como resultado percebeu-se a importância de ofertar momentos para a formação continuada dos professores e o quão positivo são essas ações enquanto espaço e possibilidade de troca e de atualização.

Palavras-chave : Ensino de física; termodinâmica; formação continuada.

## Introdução

A termodinâmica é uma área da física que estuda as relações entre dois conceitos básicos: temperatura e calor. Neles se procura achar respostas a perguntas como: quanto calor é necessário fornecer a um corpo para aumentar sua temperatura? Ou como funciona o equilíbrio térmico dos corpos?

- O ensino da termodinâmica, por ser um tema que aborde conceitos de energia interna e sua relação com a temperatura, exige do aluno um conhecimento mais elaborado sobre estrutura molecular e suas variações. Nesse sentido, tais conhecimentos, se não forem bem trabalhados pelo professor, poderão se tornar abstratos em seu entendimento, não possibilitando conexões entre a teoria estudada e sua aplicação prática. Portanto, há necessidade do professor atuar como mediador do conhecimento, promovendo uma melhor contextualização e sua proximidade com a realidade vivenciada pelos estudantes. A busca deve ser sempre por auxiliar os estudantes na compreensão dessas questões, com ideias que estabeleçam links entre o que é estudado em sala de aula e o que é visualizado na vida cotidiana.

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20 a 25 de janeiro de 2013

Inserir o estudante dentro do contexto histórico desde os primórdios da termodinâmica até seus avanços na sociedade contemporânea e investir na realização de atividades experimentais são caminhos que podem levá-los a uma melhor visualização do fenômeno, favorecendo sua aprendizagem. Aulas excessivamente teóricas podem tornar-se de difícil compreensão limitando os conhecimentos a situações irreais e descontextualizadas.

A situação aponta para a necessidade de estudos que discutam novas abordagens didático-metodológicas para o ensino dos conteúdos de termodinâmica, principalmente enfatizando questões e contextos históricos, discussões conceituais e atividades práticas. Partindo desse pressuposto apresenta-se o presente estudo, a qual objetiva realizar uma investigação referente às práticas metodológicas utilizadas no ensino de termodinâmica, bem como avaliar a importância de um curso de formação continuada para professores do ensino médio. Para tanto, utilizou-se como referência a oficina ministrada no IV Seminário de Atualização Pedagógica para Professores da Educação Básica, ocorrida em maio de 2012 na Universidade de Passo Fundo - RS. O tema 'Termodinâmica' foi escolhido por representar um assunto abordado não somente como conteúdo básico do ensino médio, mas, também, por representar conhecimento presente no cotidiano dos educandos.

## O ensino de termodinâmica

Os estudos fundamentais da física térmica trabalham em torno basicamente dos conceitos de temperatura e calor. Esses estudos apresentam relevância a partir do século XVIII, com a Revolução Industrial e o surgimento do sistema capitalista, ou seja, com o advento das máquinas a vapor.

No ensino médio, segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais, a física térmica é objeto de estudo na 2 série (BRASIL, 1999). Em uma análise no que a concernem as metodologias utilizadas nas escolas de ensino médio, principalmente na rede estadual, percebe-se que em muitas delas, o ensino da Termodinâmica é considerado de difícil compreensão pelos estudantes. Dentre as causas costumeiramente eles mencionam a falta de relações com o mundo cotidiano, favorecendo a visão da Física enquanto disciplina que se resume a 'contas' e fórmulas (SIAS, 2008).

Para Hülsendeger, é necessário ao professor realizar uma retomada dessas ideias a fim de estabelecer uma conexão entre a ciência propriamente dita e o que é ensinado na sala de aula. Nas palavras do autor:

Auxiliar o aluno na compreensão dessas questões exige uma constante retomada de ideias para que ele possa estabelecer conexões entre o que pesquisa e o que trabalha em sala de aula. Entretanto, uma das dificuldades enfrentadas foi conseguir que os alunos relacionassem o que era dito na aula com o que pesquisavam fora dela. (2007, p.8).

Muitos dos tópicos de Termodinâmica abordados em sala de aula envolvem fenômenos que já foram vivenciados pelos estudantes dentro de sua realidade. O problema é que muitas vezes, eles não conseguem fazer essa associação e identificá-los nos eventos vivenciais.

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Segundo Sias (2008), ao professor de física cabe a tarefa de procurar combater as dificuldades de seus estudantes, proporcionando-lhes experiências de aprendizagem eficazes, e atualizando, sempre que houver necessidade e possibilidade, os instrumentos pedagógicos que utiliza.

Como alternativa para amenizar as dificuldades e contribuir para a melhoria na compreensão da Termodinâmica, principalmente em termos de sua significação, utilização e importância no desenvolvimento social e econômico do país, estão as abordagens relativas ao contexto histórico e a experimentação. Essas proporcionam a compreensão de questões relevantes na busca de soluções viáveis aos problemas da sociedade moderna.

No processo de aprendizagem, Piaget e Vygotsky, cujos trabalhos contribuíram para o surgimento do construtivismo, apontam para a necessidade de propor alternativas que tornem o estudante um sujeito ativo do seu conhecimento. Nesse entendimento, o professor deixa de ser transmissor de um conhecimento préestabelecido, imposto por sistemas educacionais, passando a atuar como um agente mediador, capaz de promover ações que possibilitem ao estudante a busca pelos saberes. Nesse processo, promover a identificação dos conhecimentos prévios que os estudantes trazem para a sala de aula, passa a ser fundamental na busca por uma aprendizagem significativa e duradoura. (ROSA, 2011).

Do exposto é importante destacar que, no caso da Termodinâmica, discutir com os estudantes o processo histórico, é retomar saberes que por certo fazem parte das suas situações vivencias. Afinal, todos desde muito cedo lidam com quente e frio, presenciam situações de inverno e verão, geada e orvalho, conhecem dispositivos como fogão e geladeira etc. Nesse contexto, acabam estabelecendo suas convicções e explicações para as diferentes situações relatadas e todas diretamente relacionadas ao empírico, ao percebido pelos órgãos do sentido. Contudo, cabe ao professor trazê-las e identificá-las para, a partir de então, discutir os conhecimentos científicos.

No âmbito das estratégias de aprendizagem, a identificação dos conhecimentos prévios precisa ser acompanhada de uma atividade que favoreçam a apropriação dos conhecimentos científicos e possibilite a associação com os saberes vivenciais dos estudantes. Nesse sentido, as atividades experimentais cumprem um papel essencial, pois, além de favorecerem a aprendizagem, atuam como mecanismos de dinamização das aulas e de aproximação com o mundo cotidiano dos estudantes.

As atividades experimentais aqui são entendidas como algo no qual o estudante se torne sujeito de seu aprendizado, construtor de seus saberes, um sujeito ativo física e mentalmente. Acredita-se que a potencialidade dessa estratégia será maior se o estudante se envolver efetivamente com o experimento dedicando parte de suas ações para as discussões envolvendo os fenômenos e os resultados obtidos, ultrapassando a mera coleta e tratamento estatístico dos dados, como se vê costumeiramente. O simples fato de realizar um experimento não significa que o aluno terá uma aprendizagem significativa; para que a atividade experimental tenha real êxito, é necessário dar uma ênfase maior na discussão dos fenômenos e conceitos a ele relacionados, fazendo a transposição da teoria para a vida cotidiana dos estudantes. Ou, conforme exposto por Rosa (2011), é preciso destinar mais tempo para as etapas pré e pós-experimental e menos para a experimentação (coleta de dados) em si.

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## Formação continuada dos professores

A formação continuada é de fundamental importância na atuação docente, uma vez que representa a possibilidade do professor se manter atualizado não apenas nos conteúdos específicos de sua disciplina escolar, mas, sobretudo, das questões didático-metodológicas. Um destaque especial se faz a inserção de tecnologias como ferramenta didática e como objeto de aprendizagem. Particularmente em se tratando do ensino de física, a tecnologia representa a aplicação dos conhecimentos dessa disciplina curricular e se encontra presente na vida cotidiana dos estudantes. Aliás, na própria sala de aula ela se faz presente e acaba por exigir do professor um conhecimento atualizado e em sintonia com as inovações presentes na sociedade.

Os conteúdos de física, presentes no ensino médio, têm permanecido inalterado por décadas na escola. Os princípios de trocas de calor, balanço energético, leis da termodinâmica, continuam a se apresentar da mesma forma que estudado no início do século XIX. O que tem variado é as suas aplicações na sociedade, pois essa decorre dos produtos e avanços tecnológicos. Outro aspecto que pode variar é a forma de abordar tais conhecimentos, pois esse, por sua vez, é fruto de concepções pedagógicas vigentes. De um ensino extremamente teórico voltado ao domínio dos conceitos e princípios, passou-se a um ensino centrado na aplicação e resolução de problemas. A experimentação praticamente ausente no início do século XIX assumiu status de excelência e fundamental para a apropriação dos conhecimentos em física (ROSA; ROSA, 2012). Nesse processo de alteração, a formação continuada passa a ser essencial para que o professor esteja em sintonia com as exigências e as especificidades de sua profissão.

## Oficina

A fim de fomentar a atualização pedagógica, assim como a de conteúdos específicos dos docentes da área de Física do ensino médio na região da UPF (Universidade de Passo Fundo), os acadêmicos do curso de Física participantes do Programa Interinstitucional de Bolsa de Iniciação à Docência - PIBID, em conjunto com a coordenação do subprojeto de Física na instituição, proporcionaram uma oficina intitulada 'Mundo a Vapor'. Essa foi organizada e desenvolvida no IV Seminário de Atualização Pedagógica para Professores da Educação Básica, promovida pela UPF, tendo a participação de professores de Física da rede pública de ensino.

Na oficina os participantes puderam aperfeiçoar e atualizar seus conhecimentos em Termodinâmica, principalmente no que tange aos aspectos históricos e didático-metodológicos (atividades experimentais). Nos estudos foram retomadas questões como o surgimento das máquinas térmicas; conceitos e fenômenos que envolvem o estudo da termodinâmica; e, ainda, apresentada uma proposta de atividade prática desenvolvida com base na utilização de materiais alternativos e de baixo custo.

A oficina foi estruturada em três etapas e organizada em um tempo de quatro horas-aula. Antes de iniciar as atividades de cada etapa, os professores cursistas responderam um questionário com objetivo de avaliar seus conhecimentos em Termodinâmica, principalmente em termos dos aspectos históricos. O intuito

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estava em servir de parâmetro de comparação com um questionário a ser aplicado ao final da atividade.

Após o questionamento inicial, realizou-se a primeira etapa do encontro, trabalhando com os professores a história das máquinas a vapor, desde seu surgimento com o advento da Revolução Industrial até suas aplicações tecnológicas na sociedade moderna. As locomotivas a vapor ganharam destaque como uma das grandes aplicações que viabilizaram a vida moderna, onde os princípios da termodinâmica podem ser considerados como mola propulsora de avanços tecnológicos presentes na atualidade.

A relação entre a Física Térmica e a Revolução Industrial foi o foco principal dos estudos históricos da oficina, onde se buscou refletir o surgimento do sistema capitalista, bem como seus efeitos para a ciência e tecnologia. Acredita-se que ao observar melhor o quanto as inovações tecnológicas são importantes para o desenvolvimento e melhoria da vida do ser humano, se poderá assumir de forma mais crítica e consciente posicionamentos filosóficos e ideológicos.

Na segunda etapa da oficina, enfatizou-se a relação entre os conceitos de Calor, Energia e Temperatura. Tais esclarecimentos mostram-se pertinentes de serem abordados, pois no senso comum eles são entendidos como sinônimos e precisam ser bem esclarecidos aos estudantes como forma de evitar a perpetuação desse entendimento equivocado. A ênfase para esse esclarecimento esteve na utilização de exemplos cotidianos presentes na vida dos professores cursistas, ressaltando as possibilidades e a importância de trabalhar em sala de aula os conteúdos de forma contextualizada e relacionada às situações vivenciais.

Na terceira etapa da oficina, realizou-se um experimento, demonstrativo relacionado à construção de uma máquina a vapor. De forma simples essa máquina foi reproduzida na oficina com a utilização de lata vazia de alumínio (lata de refrigerante 350 ml), na qual foi realizado dois pequenos orifícios de um milímetro na sua ponta superior (um em cada lado da lata), sendo injetado com auxílio de uma seringa, aproximadamente 10 ml de água. Salienta-se que por esses mesmos orifícios foi expelido o conteúdo da lata, já que a mesma deve permanecer fechada. A lata foi suspensa por três fios amarrados as laterais da lata. Após introduzir os 10 ml de água a lata foi colocada sobre uma lamparina, para ser aquecida. Nesse processo os 10 ml de água que inicialmente estavam no estado líquido transformaram-se em vapor, forçando sua saída pelo orifício. O vapor ao ser expelido pelos dois orifícios da lata proporciona o seu movimento, caracterizando o dispositivo que denominamos de 'máquina térmica'. De forma estratégica posicionou-se o dispositivo de modo que o vapor movimenta-se uma hélice feita de plástico (chapa de raios-X) colocada horizontalmente sobre um suporte na frente da lata de alumínio.

Logo após a realização do experimento prosseguiu-se a oficina possibilitando que os professores construíssem o seu dispositivo. Foi um momento de integração e difusão dos conhecimentos de Física Térmica, onde os professores aprenderam como construir o experimento utilizando-se de materiais alternativos e de baixo custo; um experimento de fácil compreensão e construção e, acima de tudo, viável para a sua realização em sala de aula.

Para encerrar a oficina foi aplicado o questionário final relativo aos conteúdos de termodinâmica. De forma semelhante ao primeiro, esse questionário buscou avaliar conteúdos específicos e aspectos históricos da termodinâmica.

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## Resultados

Os resultados efetivos decorrentes da oficina realizada serão obtidos em longo prazo, na medida em que os professores retornarem as suas escolas e aplicarem a metodologia discutida na oficina. Contudo, mesmo que de forma preliminar é possível visualizar alguns resultados decorrentes das ações desenvolvidas na oficina, a saber: a) ampliação nos conhecimentos dos professores relativos aos conteúdos de termodinâmica; b) reflexões sobre o processo histórico relacionado ao contexto no qual a termodinâmica influencia economicamente a sociedade; c) atualização metodológica referente a possibilidades de abordagem do conteúdo; d) elaboração de equipamento didático a partir de materiais alternativos.

Esses resultados demonstram a abrangência e magnitude da atividade desenvolvida. Em particular destaca-se o resultado obtido com a aplicação dos questionários pré e pós-atividade (oficina). Nesses questionários ficou evidenciado a ampliação conceitual dos professores, assim como, a identificação dos fenômenos de termodinâmica no cotidiano e de seus aspectos históricos.

Para exemplificar menciona-se a ampliação (ou mudança) conceitual referente à diferenciação entre calor e temperatura. No questionário inicial os professores mencionavam os dois termos de forma igual, no sentido conceitual e relacionado à vida cotidiana, mostrando a concepção que muitos professores têm do assunto mesmo que muitos trabalhem com tais conteúdos em suas escolas. No questionário final esse conceito foi colocado de forma mais correta pelos professores cursistas, podendo observar claramente a diferenciação do conceito de calor e temperatura, a aplicação desses termos nos fenômenos do dia-dia e uma motivação referente à metodologia aplicada na oficina, despertando a vontade dos professores em reproduzi-la em sala de aula.

## Considerações Finais

As reflexões propostas por esse estudo somado às realidades de sala de aula do ensino médio, na disciplina de Física, permitem inferir aspectos comuns à prática pedagógica dos professores, remetendo a entendimentos sobre modos e conceitos que permeiam a ação docente no contexto escolar. Estabelecendo uma relação com pressupostos teóricos referentes às orientações educacionais em vigência no país (BRASIL, 1996; BRASIL, 1999, BRASIL, 2002), percebe-se que a ação dos professores ainda encontra-se apoiada em orientações pouco identificadas com as vigentes. As aulas de Física, ainda encontram-se vinculadas a situações de resolução de problemas matemáticos, com pouca ou nenhuma relação com as vivenciadas pelos estudantes. No momento em que se apresentam aos professores alternativas, como as discutidas nessa oficina, percebe-se nitidamente a possibilidade e o desejo de alterar o quadro do ensino de Física presente na escola. A euforia e a dinâmica presente nas atividades desenvolvidas demonstram que é possível alterar a situação, bastando para isso promover ambientes em que os docentes possam discutir suas ações e encontrar respostas a seus questionamentos didáticos.

Por meio desse estudo, foi possível analisar posturas pedagógicas dos docentes, contudo, essa análise evidencia que as concepções que sustentam o fazer dos professores encontram-se em um processo de reelaboração, pois a maioria dos docentes tem clareza sobre a necessidade de mediar mecanismos

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alternativos, mas poucos o fazem. Espera-se que esse estudo, assim como, a oficina realizada seja fomentados e contribuam para a reflexão dos docentes sobre suas ações pedagógicas.

## Referências

BRASIL, Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional , Lei nº 9.394, de 20/12/1996.

BRASIL, Parâmetros Curriculares Nacionais : ensino médio. Brasília: Ministério da Educação, Secretaria de Educação Média e Tecnológica, 1999.

BRASIL, PCN+ Ensino Médio : orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais: ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília: Ministério da Educação, Secretária de Educação Básica, 2002.

BRASIL, Orientações curriculares para o ensino médio : ciências da natureza, matemática e suas tecnologia. Brasília: Ministério da Educação, Secretária de Educação Básica, 2006.

HÜLSENDEGER, Margarete J. V. C. A História da Ciência no ensino da Termodinâmica: um outro olhar sobre o ensino de Física. Ensaio : Pesquisa em Educação em Ciências, v. 9, n.2, p. 1-16, 2007.

LAKOMY, A. M. Teorias Cognitivas da Aprendizagem . 2ª ed. Curitiba, IBPEX, 2008.

MICHELENA, Juleane Boeira. Física térmica: uma abordagem histórica e experimental. Programa da Pós-Graduação em Ensino de Física. Porto Alegre: Instituto de Física da UFRGS, 2008.

ROSA, Cleci Werner. A metacognição e as atividades experimentais no ensino de Física . 2011. Tese (Doutorado em Educação Científica e Tecnológica) -Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2011.

\_\_\_\_\_\_; ROSA, Álvaro Becker. Ensino de ciências (Física) no Brasil: da história às novas orientações educacionais. Revista Ibero-americana de Educación. 2012. Disponível em: http://www.rieoei.org/deloslectores\_bbdd.php?id\_tema=8. Acesso em 20 de jul. de 2012.

SIAS, Denise Borges. Ensino de física térmica na escola de nível médio: aquisição automática de dados como elemento motivador de discussões. Programa da PósGraduação em Ensino de Física. Porto Alegre: UFRGS, Instituto de Física, 2008.

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