Experimentação e História da Ciência:uma aplicação para o ensino da termodinâmica no PIBID

## EXPERIMENTAÇÃO E HISTÓRIA DA CIÊNCIA: UMA APLICAÇÃO PARA O ENSINO DA TERMODINÂMICA REALIZADA NO PIBID

## Fabiana Gozze Soares 1 , Winston Gomes Schmiedecke 2

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo / Licencianda em Física, fabi-ifsp@gmail.com

2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo / Departamento de Física, winston.fisica@gmail.com

## Resumo

Em nível de Escola Básica, mas não somente, a introdução da dimensão histórica tem o potencial de tornar o conteúdo científico a ser trabalhado em sala de aula mais interessante, abrangente e compreensível, especialmente por aproximá-lo do universo cognitivo não só do aluno, mas do próprio homem, que, mesmo antes de conhecer a linguagem científica, já constrói historicamente tudo que conhece e se apropria ao longo do seu desenvolvimento enquanto ser pensante. (Carvalho, 1992) Paralelamente, o reconhecimento e a compreensão das principais características de determinado fenômeno natural requer experimentar, ou seja, pôr a mão na massa e observar comportamentos e padrões relacionados a esse objeto sob condições diversas, que não são, necessariamente, complexas. Neste trabalho apresentamos um modelo didático simples, acessível e de baixo custo, construído a partir de uma pesquisa histórica sobre as contribuições de Heron de Alexandria para a Física. Como principal resultado concreto, reproduzimos um modelo relacionado a um de seus trabalhos intitulado EOLÍPILA, no qual pudemos estudar o princípio de funcionamento de uma máquina térmica. Esse modelo foi desenvolvido em conformidade com uma versão apresentada no texto original do 'Pneumáticos', do próprio Heron, com o intuito da aplicá-lo em sala de aula e estudar alguns conceitos básicos da Termodinâmica. Portanto, a partir da construção desse dispositivo, o contexto histórico em que a eolípila surgiu torna-se mais evidente para os alunos, permitindo interlocuções com aspectos sociais daquela época. Realizado junto a uma escola assistida pelo PIBID, esse conjunto de ações obteve como resultado observável a melhora no interesse e na dedicação dos alunos na disciplina de Física.

## Palavras-chave: História da Ciência - PIBID - máquinas térmicas Heron de Alexandria

## Introdução

A importância de oferecer ao aluno de disciplinas científicas uma vivência experimental dos conteúdos abordados em sala de aula é, há tempos, destacada como essencial para a imersão desse aluno de forma mais efetiva nesse ramo do conhecimento, sendo destacada por pesquisadores da área de Ensino de Ciências (Carvalho 1992, Giordan 1999, Séré 2001, Séré et al. 2003, Pietrocola 2005, entre outros) e, também, pelos documentos oficiais.

No caso particular da Física, as Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares (PCN+), ao destacarem as competências relacionadas principalmente com a investigação e a compreensão dos fenômenos físicos, evidenciam que, frente a uma situação ou problema concreto, é fundamental que o aluno consiga

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20 a 25 de janeiro de 2013

reconhecer a natureza dos fenômenos envolvidos, situando-os dentro do conjunto de fenômenos da Física e identificar as grandezas relevantes, em cada caso. Assim, diante de um fenômeno envolvendo calor, identificar fontes, processos desenvolvidos e seus efeitos, reconhecendo variações de temperatura como indicadores relevantes. (BRASIL, 2002, p.10)

Com equivalente frequência, essas mesmas fontes (Gil-Pérez, 1993; Matthews, 1995; Peduzzi, 2001; Martins, 2006; Forato et al. , 2011, Höttecke e Silva, 2011, PCNEM, PCN+, Guia do PNLD, entre outros) indicam a utilização de elementos e características próprias da História e Filosofia da Ciência (HFC) em situações didáticas relacionadas ao Ensino de Ciências, com o objetivo principal de agregar valores e significados à prática docente comprometida, de fato, com a promoção de uma 'cidadania ativa, crítica e transformadora, bem como para a inserção ativa, crítica e transformadora no mundo do trabalho'. (Brasil, 2011, p.16)

Norteados por essas premissas e orientações, desenvolvemos um trabalho via Programa de Incentivo a Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID) em uma escola pública da cidade de São Paulo, visando conciliar Experimentação e História da Ciência, cujo detalhamento será apresentado nas próximas seções.

## Descrição do Trabalho Desenvolvido

## Heron de Alexandria e a Eolípila

Provavelmente nascido no séc. I (a.C.), no Egito, Heron de Alexandria foi um inventor, matemático e escritor. Acredita-se que ele tenha realizado excelentes trabalhos em Física, Mecânica e Geometria, sendo citado como inventor daquela que viria a ser primeira máquina a vapor de que se tem notícia, ao menos entre as culturais ocidentais, além de dispositivos que moviam água, sendo um deles conhecido como a fonte de Heron . 1

Heron é autor de várias obras abarcando conteúdos de Matemática, Física e, principalmente, Geometria, dentre as quais se destaca a chamada Fórmula de Heron , utilizada para calcular a área de triângulos, demonstrada em sua obra 'A Métrica'.

Como inventor, desenvolveu várias armas de guerra, além de outros dispositivos para diversos fins. Em sua obra encontramos contribuições associadas a diversos ramos da Física, tais como a Mecânica, a Ótica Geométrica, a Termologia e, até, a Robótica (não com a tecnologia que conhecemos hoje, obviamente).

Essa profusão de trabalhos de Heron com destacado viés 'tecnológico' motivou os sacerdotes da época a contratarem seus serviços, visando à sofisticação de suas práticas de arrecadação de fundos junto aos seus fiéis, baseada na tentativa de automatização de seus templos, de forma a impressionarem os fiéis e, assim, motivá-los a oferecerem contribuições financeiras ainda mais generosas do que as habituais.

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A Eolípila, talvez a mais conhecida de suas invenções, mantém junto às culturas ocidentais o status de ser primeiro dispositivo que historicamente conseguiu gerar movimento a partir do vapor produzido pelo aquecimento de água.

Com base nos conhecimentos atuais, podemos dizer que a Eolípila é um dispositivo do tipo máquina térmica , isto é, apresenta a capacidade de transformar o calor em trabalho mecânico. A figura 01 mostrada a seguir procura esboçar seu princípio de funcionamento.

Figura 01 - Eolípila em funcionamento, na qual o vapor é fornecido por uma espécie de 'panela' aquecida, transmitindo calor à esfera que é sustentada por duas hastes, fazendo-a girar enquanto o vapor é expelido pelos tubos encurvados. 2

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Esse fato chamou ainda mais nossa atenção para as possibilidades de se explorar esse dispositivo com fins didáticos, pois é expressivo o percentual dos alunos que, baseados em seus conhecimentos históricos, associa o surgimento de dispositivos com a capacidade de conversão energética destacada somente a partir do séc. XVIII, durante a chamada 1ª. Revolução Industrial .

A oportunidade de discutir com os alunos as origens de determinadas descobertas, situando-as historicamente no contexto social, econômico, político e cultural em que efetivamente foram propostas, é uma prática que favorece o entendimento do chamado 'conteúdo científico' trabalhado, ao permitir interlocuções com outras disciplinas estudadas pelos alunos em nível de Escola Básica.

## A Escola, o IFSP e o PIBID

A instituição assistida pela licencianda em Física, bolsista PIBID do campus São Paulo do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo (IFSP), é a Escola Estadual Walfredo Arantes Caldas, situada no bairro da Brasilândia.

Como resultado de uma pesquisa feita pela licencianda no início de sua chegada à escola, verificou-se que a grande maioria dos alunos pertence a famílias de baixo poder aquisitivo e que eles raramente tencionam seguir uma formação

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acadêmica após o término do Ensino Médio (EM), sendo poucos os que frequentam a escola com o intuito de obter uma formação de qualidade; para esses alunos, a escola parece ser é um mero ponto de encontro com os amigos, o que tornou nosso trabalho um desafio a ser superado.

O PIBID está em vigência na escola há três anos e, inicialmente, o professor que hoje supervisiona o projeto era somente um colaborador informal. Esse professor, além da licenciatura, possui formação em engenharia, tendo uma afinidade por montagens, o que o fez ser um parceiro ideal na área da experimentação.

Ele se identificou com a proposta do projeto e aceitou trabalhar com alguns bolsistas. Como cada bolsista tinha seu foco de pesquisa em áreas diferentes, a licencianda em referência teve autonomia para escolher trabalhar a Experimentação em conjunto com História da Ciência (HC), uma vez que já desenvolvia trabalho com um professor orientador no próprio IFSP especialista em HC.

Trabalhando sempre com os segundos anos do EM, a proposta do professor era de montar atividades relacionadas com a grade curricular da escola. Sendo assim, a pesquisa da atividade foi direcionada para Termodinâmica, pensando no currículo já especificado.

Um trabalho apresentado no XVI Simpósio Nacional de Ensino de Física (Souza, 2005) serviu de ponto de partida para a identificação de outros trabalhos envolvendo os inventos de Heron de Alexandria na Termodinâmica.

A proposta então idealizada foi bem aceita pelos professores supervisor e orientador e, posteriormente, pelos alunos.

## Construção e caracterização do histórico da Eolípila

O experimento proposto aos alunos, a construção de uma 'eolípila rudimentar', foi idealizado para contar somente com materiais de baixo custo e acessíveis aos alunos (latas de refrigerante, linha de costura, álcool, água e tesoura), constituindo-se em uma montagem bem simples e rápida, sendo executada em dois momentos distintos: uma apresentada para os alunos na feira de ciências realizada anualmente pela escola assistida pelo PIBID; e outra apresentada pelos alunos com nossa ajuda na feira do ano seguinte.

Seguindo a montagem sugerida por Dias et al. (1993), antes do detalhamento da atividade experimental que seria desenvolvida pelos alunos, houve a apresentação do personagem Heron de Alexandria e seus principais trabalhos na forma de uma breve aula expositiva ilustrada por vídeos de curta duração extraídos do site youtube.

Após construírem seus modelos de eolípilas, o mesmo roteiro oferecendo as informações para a montagem apresentava, ao final, algumas questões que, após breve discussão realizada em grupo, deveriam ser respondidas.

As questões discorriam acerca da movimentação sofrida pela lata de refrigerante ao ser aquecida e, também, sobre os aspectos históricos relacionados ao invento proposto por Heron.

Cabe destacar que alguns alunos decidiram melhorar os resultados do experimento, utilizando outros materiais para sua construção, tais como tubos de

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cobre nos locais em que ficariam apenas os furos, formando as hastes do modelo original da eolípila, intensificando seu giro; outros grupos foram além, melhorando a vedação da lata na parte superior com cola epóxi. 3

Em meio a comentários dos mais diversos, o que se pôde observar ao final entre os alunos foi a surpresa pelo fato de já existirem 'máquinas térmicas' no seio de civilizações da Antiguidade, além da admiração e tentativas de explicação ao verem as latinhas de alguns grupos girando com velocidades relativamente altas.

## Resultados obtidos

O quadro a seguir destaca alguns dos comentários feitos pelos alunos:

'Nunca pensei em fazer isso com uma latinha...'

'Nossa, que legal, vou mostrar pra minha irmã em casa.'

'Caramba! Que negócio louco.'

'Que cara louco, como era mesmo o nome dele?! Como que ele teve essa ideia numa época tão distante?!

Para além desse misto de estranheza e fascínio, as considerações que os alunos fizeram sobre a atividade realizada denotam seu êxito, ainda que realizada em um contexto de feira de ciências, um espaço não formal de educação - nem por isso menos importante ou significativo no processo de ensino-aprendizagem.

Foi possível observar um melhor desempenho dos alunos, motivados pela proposta 'fugir' de uma aula cotidiana da escola resumida ao quadro negro e ao giz.

Além das considerações dos alunos terem sido positivas, as respostas dadas para as questões mostram um grau de reflexão mais elaborado. A discussão feita previamente ao experimento levantou suposições que se mostraram diferentes das respostas apresentadas pelos alunos explicando o funcionamento do experimento, sendo possível verificar que esse recurso didático ajudou-os a ter uma melhor compreensão dos conceitos ali inseridos.

Tais resultados evidenciam formas de melhorarmos o roteiro do experimento, pensando em outros tipos de materiais que poderiam ser utilizados, assim como revelam formas para aprimorarmos a apresentação da teoria a partir do uso de novas metodologias de abordagem do conteúdo proposto, alinhadas com o uso da HC.

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## Conclusões

As ações didáticas descritas no presente trabalho, visando conciliar Experimentação e HC como estratégias concomitantes de suporte ao trabalho de conceitos físicos em aulas ministradas num curso de ensino médio, parecem sinalizar para o êxito de tal iniciativa, tendo por base, dentre outros fatores, o significativo aumento do nível de interesse e de participação dos alunos em relação às atividades que lhes foram gradualmente sendo propostas no decorrer do curso.

Deixando para um momento ulterior a necessária formalização matemática que dá sustentação e replicabilidade para os conceitos de Termodinâmica por ele destacados, o modelo apresentado serviu para tratar de questões relacionadas ao funcionamento das máquinas térmicas com alunos do 2º ano do EM, de forma simples e efetiva.

Esse particular exemplo de sinergia entre Experimentação e HC expressa uma possibilidade de melhoria da aprendizagem promovida junto aos educandos, a partir da reformulação e do redirecionamento das ações didáticas desenvolvidas pelos educadores, de forma a oferecer um ensino mais condizente com as necessidades de hoje (Demo, 2000), principalmente em nível de educação científica.

Além disso, o uso de espaços físicos diferentes daqueles em que ocorrem as aulas habituais, quando feito sob rigoroso planejamento, pode ser um fator de êxito para ações didáticas alternativas ao uso do 'laboratório de Física', nem sempre presente ou operante na escola pública.

Assim sendo, acreditamos ter demonstrado, dentro das naturais limitações e condições de contorno do nosso estudo de caso, que os conhecimentos acerca dos atuais recursos didáticos disponíveis para os docentes das ciências trabalhadas em nível de Escola Básica podem chegar às salas de aula pelas mãos dos professores em formação -os licenciandos -, destacando o mérito dos programas governamentais que efetivamente incentivam e fomentam tais ações, como ocorre atualmente com o PIBID.

## Referências

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