TERMOSCÓPIO DE GALILEU: UMA EXPERIÊNCIA DO PIBID COM OS ALUNOS DA 2ª SÉRIE DO ENSINO MÉDIO

## TERMOSCÓPIO DE GALILEU: UMA EXPERIÊNCIA DO PIBID COM OS ALUNOS DA 2ª SÉRIE DO ENSINO MÉDIO.

1 Carla Maria Fachini Bolsista PIBID-UDESC/ DFIS/ karlinhafachini@yahoo.com.br

2 Elisa Héllen Segundo Bolsista PIBID-UDESC/ DFIS/ lee.segundo@gmail.com

3 Tatiane Cardoso Flôres Supervisora PIBID/ EEB Dr. Jorge Lacerda/ tatiflores@terra.com.br

4 Ivani Teresinha Lawall UDESC/ DFIS/ ivani@joinville.udesc.br

5 Alex Bellucco do Carmo UDESC/ DFIS/ alexc@joinville.udesc.br

## Resumo

Este relato diz respeito a um Módulo de Ensino elaborado para se trabalhar com duas turmas de alunos da 2ª série do Ensino Médio (EM) da Escola de Educação Básica Dr. Jorge Lacerda, localizada em Joinville-SC que foi proposto por alunas e professores participantes do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID) do curso de Licenciatura em Física da Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC). O Módulo de Ensino propôs a realização de uma atividade investigativa iniciada com a leitura de um texto histórico que abordava conceitos referentes ao conteúdo de Termodinâmica, simultaneamente à isto ocorreu uma discussão no grande grupo à respeito do tema. A proposta seguiu com a realização de uma atividade experimental sobre o Termoscópio de Galileu que aconteceu em trios e finalizou-se com os alunos respondendo individualmente a um questionário, o qual exigia que relacionassem o fenômeno visualizado com as grandezas físicas: calor, temperatura e pressão. O objetivo da pesquisa foi analisar as 42 respostas provenientes de um questionário proposto no Módulo de Ensino, verificar o aprendizado dos alunos e o que foi adquirido durante as aulas, bem como, detectar as concepções espontâneas. Pela análise das respostas obtidas observa-se que ao lerem o questionário formado por uma pergunta com várias questões a serem respondidas, os alunos acabaram aglutinando as questões e, assim, de forma errônea, deixaram de responder parte da questão central, e ainda, manifestaram certa confusão quanto aos conceitos de calor e temperatura.

Palavras-chave: Atividade Investigativa, PIBID, Ensino Médio, Concepções Espontâneas, Termodinâmica

## Introdução

Em meio às circunstâncias atuais da educação, podemos observar o grande déficit de aprendizagem de crianças e adolescentes quando se trata das disciplinas de Ciências. Professores que estejam bem preparados e preocupados com o aproveitamento de seus alunos são peças importantes para que aconteça a mudança do quadro educacional. Com relação às responsabilidades do professor, Carvalho et al. (1995) afirmam que:

'É preciso que sejam realizadas diferentes atividades, que devem estar acompanhadas de situações problematizadoras, questionadoras e de diálogo, envolvendo a resolução de problemas e levando à introdução de conceitos para que os alunos possam construir seu conhecimento.' (Carvalho et al., 1995, p.60-70)

Ao longo dos anos, alguns programas foram criados para contribuir com a melhoria da educação. Citamos aqui o Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID) que tem por objetivo oferecer aos acadêmicos dos cursos de licenciatura oportunidades que proporcionem um contato inicial com a realidade

escolar. Para que essa integração aconteça, esta sendo proposto pelo PIBID da Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC), aos acadêmicos envolvidos do curso de Licenciatura em Física, o desenvolvimento de Módulos de Ensino com Atividades Investigativas (AI) que possam ser aplicados na escola, segundo Azevedo (2004):

'Para que uma atividade possa ser considerada uma atividade de investigação, a ação do aluno não deve se limitar apenas ao trabalho de manipulação ou observação, ela deve também conter características de um trabalho científico: o aluno deve refletir, discutir, explicar, relatar, o que dará ao seu trabalho as características de uma investigação científica.'(p.21, 2004)

As AI são atividades que permitem aos alunos participar da construção do conhecimento através de problemas ou questões abertas, que são aquelas presentes no seu cotidiano. Esse tipo de questão exige que os estudantes pensem e discutam soluções prováveis, as mesmas devem estar sempre acompanhadas de explicações, assemelhando-se com a construção do conhecimento feita por cientistas. Essas atividades auxiliam os professores a despertarem a curiosidade e o interesse dos alunos.

A proposta do PIBID também se fundamenta nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN's) que são propostas que norteiam as formas e sequências para o professor trabalhar os conteúdos em sala de aula. Para os conteúdos de Termodinâmica os PCN's (2002) afirmam que:

'O estudo do calor será importante para desenvolver competências que permitam lidar com fontes de energia, processos e propriedades térmicas de diferentes materiais, permitindo escolher aqueles mais adequados a cada tarefa. (...) calor, ambiente e usos de energia sinalizam, como tema estruturador, os objetivos pretendidos para o estudo dos fenômenos térmicos.' (Brasil, 2002, p. 69-70).

Dentro dos referenciais apresentados foi elaborado um Módulo de Ensino com uma proposta de AI que envolveu o experimento conhecido como 'Termoscópio de Galileu'. Dessa forma, buscou-se complementar a aprendizagem dos alunos sobre o tema 'Dilatação de Gases e Líquidos', acompanhá-la e analisá-la, em duas turmas, da 2ª série do EM da Escola de Educação Básica Doutor Jorge Lacerda, do Estado de Santa Catarina.

## Descrição do trabalho desenvolvido

O Módulo de Ensino proposto e aplicado pelas bolsistas (ou mediadoras) do PIBID inicia-se com uma abordagem histórica sobre o termoscópio, um aparelho que demonstra de forma qualitativa as mudanças de temperatura. Em seguida é iniciada uma atividade experimental que vem acompanhada de um questionário a ser respondido por meio das observações decorrentes durante o seu desenvolvimento. Abaixo é feita a descrição de cada uma destas atividades:

A abordagem histórica é realizada por meio de um texto retirado do sítio do Ministério da Educação (MEC) , que trata de uma adaptação do texto original de 1 Galileu Galilei sobre o termoscópio. O mesmo explica que o aparato não funciona

como um termômetro, pois, não serve para análises quantitativas de temperatura, além disso, trás informações sobre a dilatação de gases e líquidos.

- O texto foi lido com pausas pelas bolsistas que pretendiam nos entremeios esclarecer as dúvidas que poderiam surgir com respeito ao que o mesmo dizia, estimulando assim, os alunos a analisarem de forma crítica o que aconteceria no experimento. Após a leitura do texto os alunos, em grupos de três pessoas, receberam o termoscópio e por alguns momentos interagiram com o aparato experimental, iniciou-se então uma discussão coletiva de caráter investigativo a respeito dos fenômenos observados. Neste momento, as mediadoras incentivaram os estudantes a discutir o que observaram ao tocarem em diferentes pontos do equipamento, propondo que elaborassem uma explicação física para suas observações, buscando despertar nos alunos o interesse em compreender os fenômenos que acontecem na atividade experimental.
- O experimento 'Termoscópio de Galileu' (Figura 01) 2 é um aparato, composto por uma garrafa isolada contendo em seu interior álcool na forma líquida e ar, sendo que a única ligação com a atmosfera se dá por meio de um canudo. Com o aumento da temperatura ocorre a dilatação do ar e do líquido, porém a expansão do ar é cerca de mil vezes maior, aumentando consequentemente a pressão interna na garrafa, pelo fato da pressão atmosférica ser menor que a pressão no interior do sistema o líquido é forçado a subir pelo canudo. O aparato é feito de materiais que possuem baixo custo, recicláveis, de fácil manipulação e aquisição (garrafas pet, canudos de plástico transparente, parafina líquida, corante azul e álcool líquido). A partir do experimento é possível compreender o funcionamento de um termômetro clínico, que se dá pela dilatação de um líquido (mercúrio).

Figura 01 Termoscópio de Galileu.

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Na sequência um questionário com três perguntas foi proposto, as questões foram colocadas em único parágrafo e foram apresentadas da seguinte forma: O que aconteceu? Em que região o contato com as suas mãos fez o líquido subir mais rapidamente pelo canudo (região contendo ar ou líquido)? Como você explica isso?

- O objetivo deste trabalho é analisar as respostas provenientes do questionário aplicado, identificar o aprendizado adquirido pelos alunos e as concepções espontâneas ainda não superadas pelos mesmos. Para análise das

respostas dos alunos foram estabelecidos padrões de resposta a partir do que se esperava que os mesmos respondessem (de forma correta é claro), dessa forma, as respostas foram sendo agrupadas conforme sua semelhança com os padrões.

## Discussão dos Resultados

Neste relato, apresentamos a análise das respostas dos 42 alunos de duas turmas da 2ª série do EM que participaram da atividade proposta no Módulo de Ensino.

A primeira questão: 'O que aconteceu?', solicitava aos estudantes uma explicação a respeito do que era observado no experimento. Esperava-se que eles respondessem que ao encostar a mão no aparato experimental o líquido subiria pelo canudo e quando a mão fosse retirada o líquido desceria. Porém, as respostas fornecidas pelos alunos permitiram criar um padrão com duas alternativas possíveis: o gás sai pelo canudo empurrando o líquido e o líquido sai (sobe) pelo canudo. A Figura 02 mostra que a resposta de 95% dos alunos correspondeu às expectativas, o que não surpreendeu as mediadoras, uma vez que a questão não exigia conhecimentos prévios do conceito físico.

Figura 02: Distribuição das respostas referentes à questão 1.

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Para a segunda questão: 'Em que região o contato com as mãos fez o líquido subir mais rapidamente pelo canudo (região contendo ar ou líquido)?', verificou-se que 19% dos alunos não a responderam. Acredita-se que isso se deve ao fato das questões terem sido apresentadas em parágrafo único e não ter sido discutida a maneira como os alunos deveriam dispor suas respostas. A discussão teria sido de grande importância, pois, conforme verificado posteriormente, os alunos estão habituados a responder as questões de forma separada e é possível que tenham encontrado dificuldades na elaboração das respostas, confirmando o que Carvalho (2011) discute sobre a elaboração de questões pelos professores:

'(...) precisa elaborar questões que dirijam o raciocínio dos alunos, tais como: questões sobre o que fizeram, isto é, que levem a sistematizar os dados obtidos; perguntas sobre como fizeram, isto é, que levem a tomar consciência de suas ações e sistematizar as relações entre variáveis; questões sobre o porquê científico, isto é, que levem os alunos a buscarem justificativas e explicações.' (Carvalho; p.258, 2011)

Levando em consideração a citação anterior a porcentagem de alunos que não respondeu a questão poderia ter sido menor ou até nula se as questões tivessem sido propostas de forma individual, (em parágrafos separados), ou discutidas previamente, de modo que ficasse explicita para os alunos a forma correta de resposta.

Na terceira questão: 'Como você explica isso?', ao serem analisadas as respostas esperava-se que os alunos respondessem o que ocorria fisicamente no sistema, interpretando o fenômeno em relação aos conceitos de pressão, calor e temperatura, fazendo referência às duas questões anteriores. Os alunos não direcionaram suas explicações para o que aconteceu quando suas mãos foram colocadas na parte inferior da garrafa (mais próxima do líquido), as explicações se referiram somente à parte superior da garrafa que era do gás. As respostas obtidas não corresponderam às expectativas, pois no decorrer das análises pode-se observar que alguns alunos utilizam somente os conceitos de calor e/ou temperatura para descrever fisicamente o que observaram, enquanto outros relacionavam os conceitos de calor e/ou temperatura com os conceitos de pressão. Como pode ser observado na Figura 03, em algumas respostas foi possível detectar além das respostas anteriores também a ideia de que se existe o aumento da temperatura, como consequência disto, existirá o aumento da pressão, relacionando assim pressão e temperatura.

Acredita-se novamente que a disposição das questões feita pelas mediadoras do PIBID tenha contribuído para esta confusão, remetendo-nos novamente a situação descrita anteriormente e confirmando que se deve ter um cuidado maior na elaboração das questões.

Figura 03: Respostas dos alunos referentes à questão 3.

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Outro ponto observado com a análise das respostas para a terceira questão foi que aproximadamente 14% dos alunos explicaram os fenômenos confundindo os conceitos físicos de calor e temperatura. Esta é uma prática muito comum no cotidiano, onde muitos conceitos físicos são utilizados erroneamente, essa confusão pode ser confirmada por meio da resposta do aluno A37:

A37: 'O líquido saiu pelo canudo, pois é a parte em que tem mais pressão atmosférica. (...) ele (aqui o aluno estava fazendo referência ao ar) se expande mais com o calor da mão, e isso faz com que a temperatura aumente. A região que faz com que o líquido suba é a parte superior da garrafa. Porque o calor aumenta a pressão do ar que faz o ar se dilatar

rapidamente, dando pressão no líquido que sobe pelo canudo, porque a pressão de fora é menor do que a de dentro do tubo.'

Ao citar em sua resposta que '(...) o calor aumenta a pressão do ar (...)', o aluno A37 confirma que os conceitos de temperatura e calor não foram completamente assimilados, pois acaba confundindo calor e temperatura. Na realidade não é o calor quem aumenta a pressão do ar, mas sim a variação da temperatura, pois, calor nada mais é que energia térmica e temperatura a medida do grau de agitação das moléculas. Segundo Pacca et. al. 2003:

Os atributos organizados em categorias permitem focalizar a atenção nos erros que os alunos cometem em situações particulares e tentar compreendê-los dentro de um modo de pensar alternativo mais global, que estaria presente na fundamentação dessas concepções errôneas. A compreensão dos erros permitiria ao professor encontrar situações didáticas que levassem o aluno ao conflito cognitivo necessário para a ocorrência de mudança conceitual e possibilidade de aprendizagem significativa. Isto é, as aparentes confusões entre os termos para designar conceitos e as explicações superficiais, incoerentes e incompletas são mais profundas do que parecem. (Pacca et. al.; p.165,2003)

Verifica-se a partir da citação acima que a resposta equivocada do aluno é uma amostra da diferença entre a Física ensinada (oficial) e a espontânea e que este é um comportamento corriqueiro em sala de aula.

## Considerações finais

O desenvolvimento da proposta de AI com a discussão da contextualização histórica e do experimento 'Termoscópio de Galileu', realizada pelas bolsistas do PIBID, evidenciou que os alunos se sentem encorajados a exporem suas ideias quando participam de atividades com esse caráter em sala de aula.

- O aprendizado dos alunos pode ser constatado por meio da análise das respostas atribuídas pelos mesmos às questões, onde o experimento foi discutido e explicações coerentes para os fenômenos físicos observados foram propostas. Para explicar o que acontecia no experimento os estudantes utilizaram conceitos como calor, temperatura, pressão e o, é válido ainda expressar, que na maioria dos questionários esses conceitos aparecem de forma clara e concisa.

A partir da análise das respostas obtidas com o questionário verificou-se que cerca de 90% dos alunos responderam de forma correta tanto a primeira quanto à segunda questão, pois estas requeriam apenas a descrição do que era observado e isso não exigia nenhuma explicação física. A terceira questão solicitava que os alunos explicassem o fenômeno físico, o que a maioria fez de forma adequada, mas restringindo-se apenas à primeira questão e ignorando o fato de que a segunda questão os auxiliaria na explicação. De um modo geral, acredita-se que isso ocorreu pelo fato das três questões estarem dispostas em parágrafo único e não ter sido feita uma discussão sobre como as mesmas deveriam ser respondidas.

A atividade também foi uma excelente oportunidade para as alunas do curso de Licenciatura em Física se aproximarem da organização escolar tendo uma participação efetiva no processo de ensino aprendizagem como futuras educadoras. Um fato importante que deve ser ressaltado é a experiência obtida pelas bolsistas de como desenvolver uma AI, elaborar perguntas de forma adequada e a postura em sala frente aos alunos, pois, cabe ao professor explorar sua aula de forma que ela se torne interessante e que não iniba a participação do aluno.

## Referências

AZEVEDO, M.C.P.S Ensino por Investigação: Problematizando as atividades em sala de aula.In: Carvalho, A.M.P. (org.), Ensino de Ciências: Unindo a Pesquisa e a Prática, SãoPaulo, Thomson, p. 21, 2004.

BRASIL, PCN+ Ensino Médio: Orientações complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais: Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília, Ministério da Educação/Secretaria de Educação Média e Tecnológica, 2002.

CARVALHO, A. M. P. et al. El papel de las actividades en la construccion del conocimiento en clase.. Investigación en la Escuela, Sevilha, v. 25, p. 61-70, 1995.

CARVALHO, A. M. P. Ensino e aprendizagem de Ciências: referenciais teóricos e dados empíricos das sequências de ensino investigativas- (SEI). In: Marcos Daniel Longhini. (Org.). O uno e o Diverso na Educação. 1 ed. Uberlândia: EDUFU, p. 253266, 2011.

PACCA, J. L. A. ; FUKUI, A. ; BUENO, M. C. ; COSTA, R. H. P. ; VALÉRIO, Rosa M P ; MANCINI, S. . Corrente Elétrica e Circuito Elétrico: Algumas Concepções do Senso Comum. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Florianópolis-SC, v. 20, n.2, p. 151-167, 2003.