CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS DE ALUNOS DO ENSINO MÉDIO SOBRE UM EXPERIMENTO DE DILATAÇÃO DO AR

## CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS DE ALUNOS DO ENSINO MÉDIO SOBRE UM EXPERIMENTO DE DILATAÇÃO DO AR

Natália Pimenta e Silva , Maria Inês Ribas Rodrigues 1 2

1 Universidade Federal do ABC/Centro de Ciências Naturais e Humanas/, natalia.pimenta@aluno.ufabc.edu.br

2 Universidade Federal do ABC/Centro de Ciências Naturais e Humanas/, mariaines.ribas@ufabc.edu.br

## Resumo

O estudo das concepções alternativas tem sido objeto das pesquisas em Didática das Ciências desde a década de 1970. As concepções alternativas são consideradas elementos importantes na construção do conhecimento e descartá-las seria um equívoco que torna a aprendizagem mais difícil. O trabalho apresentado neste artigo objetiva analisar as concepções alternativas apresentadas por estudantes do segundo ano do Ensino Médio de uma escola da rede estadual de Santo André na atividade de síntese realizada após uma das regências integrantes do Programa Institucional de Iniciação à Docência - PIBID Subprojeto de Física 2011 sobre a dilatação e a contração do ar. A atividade de síntese consistiu em explicar os fenômenos observados durante a atividade experimental, macro e microscopicamente, além de estimar medidas de temperatura. A análise dos dados permitiu concluir que os alunos demonstraram concepções intermediárias em relação às concepções científicas e que parte do grupo, quando questionado verbalmente, apresentava concepções corretas, porém demonstrou grandes dificuldades em utilizar o registro escrito. A partir de então, inferiu-se sobre a necessidade de somar outros métodos, como a gravação em vídeo, para estudar as concepções destes alunos mais afundo, além de promover o desenvolvimento das suas habilidades de redação científica.

Palavras-chave : Concepções Alternativas, Ensino de Física, Termodinâmica

## Introdução

Considera-se que o interesse pelos conhecimentos prévios dos estudantes começou em 1919, quando Piaget foi convidado a trabalhar com Alfred Binet, auxiliando-o na investigação acerca do desenvolvimento intelectual da criança. Alfred elaborou testes de inteligência padrão, sendo a tarefa de Piaget somente classificar as respostas em certas ou erradas. Todavia, Piaget percebeu ser muito mais interessante tentar descobrir as razões dos erros e passou a '... descobrir quais eram os processos de raciocínio que conduziam às respostas erradas e os que conduziam às respostas corretas' (FERREIRO, 2001, p. 108).

A partir de 1970 observa-se um grande esforço em estudar as noções que os estudantes trazem para a sala de aula, antes mesmo de receber o ensino formal (FIGUEIRA, 2010, p. 9). A existência de esquemas conceituais espontâneos é hoje um dos resultados mais solidamente estabelecidos pela pesquisa em Didática das Ciências (CARVALHO, GIL-PÉREZ, 2006, p. 33).

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20 a 25 de janeiro de 2013

Mas o que são concepções alternativas e qual a sua importância? Concepções alternativas são construções ou modelos contextualmente errôneos e não compartilhados pela comunidade científica e podem ser encontradas em estudantes de todos os níveis escolares (ALMEIDA, CRUZ, SOAVE, 2007, p. 7). As concepções alternativas apresentam características específicas, das quais destacamos algumas.

A primeira característica é que as concepções alternativas existem e geralmente não correspondem às explicações da ciência atual. Além disso, algumas são muito semelhantes a concepções que foram consideradas como corretas em determinado momento do desenvolvimento científico. As concepções alternativas são transculturais, ou seja, elas são identificadas em diversas culturas e a resistência à mudança é outra característica marcante. Também observa-se o mesmo padrão de concepções alternativas independente do tempo de instrução em ciência (HARRES, 1993, p. 221).

A utilização das concepções alternativas em aula pretende organizar e dar sentido às situações de ensino e conteúdos ministrados (POZO apud FIGUEIRA, 2010, p. 10). A visão sobre o mundo é essencial no processo de aprendizagem e sem considerá-la ocorre uma simples passagem de conteúdos desvinculados da realidade do estudante (FIGUEIRA, 2010, p 10).

- A partir destes preceitos, procura-se com este trabalho analisar as concepções alternativas sobre um experimento de dilatação e a contração do ar de alunos do segundo ano do ensino médio presentes em hipóteses levantadas sobre o fenômeno.

## Metodologia

A coleta de dados ocorreu durante uma das regências integrantes do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência - PIBID, subprojeto de Física/2011 , através da atividade de síntese realizada pelos estudantes do segundo 1 ano do ensino médio, período noturno, de uma escola estadual da rede pública de Santo André e das observações in locu registradas no Caderno de Reflexões da 2 licencianda regente.

Os temas das regências, realizadas dentro do projeto, devem estar de acordo com o cronograma do professor supervisor. Um plano de aula, contendo um plano resumido e uma apresentação da proposta, deve ser avaliado e aprovado previamente pelo coordenador do projeto. Sendo assim, inicialmente foi elaborado um plano de aula, depois de avaliado e aprovado, foram preparados os aparatos experimentais, de forma que os alunos já os encontravam prontos sobre as bancadas do laboratório de física da escola, onde foi realizada a regência. O experimento consiste em verificar a variação do volume do ar contido dentro de uma lata em função da temperatura através do deslocamento de água numa mangueira ligada à lata. Um exemplo de aparato experimental é mostrado na figura 01:

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Figura 01: Aparato Experimental (arquivo pessoal)

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Antes de seguir para o laboratório foi pedido aos alunos que formassem grupos de 3 a 6 integrantes. Ao todo 60 alunos, com idades entre 16 e 17 anos, de duas turmas distintas, escolhidas aleatoriamente, participaram da regência. Formaram-se 12 grupos, seis de cada uma das turmas.

Os estudantes foram então instruídos sobre o procedimento experimental onde eles deveriam realizar quatro medidas da altura da água na mangueira: uma a temperatura ambiente, uma após aquecer a lata entre as mãos, outra após aquecer a lata com uma vela, e por último, após resfriar a lata em uma bacia contendo gelo.

Este experimento foi o primeiro contato destes alunos com o tema dilatação do ar. A intenção era fornecer uma imagem concreta da dilatação do ar, já que este não é um fenômeno tão observado no cotidiano quanto, por exemplo, a concepção de calor.

Após realizar a experiência, os alunos foram convidados a responder verbalmente as questões contidas na atividade de síntese, e a seguir, deveriam elaborar uma resposta escrita e consensual entre o grupo.

Além do experimento, nenhuma outra noção sobre o assunto foi trabalhada com as turmas participantes antes que as atividades de síntese fossem respondidas.

As respostas foram então agrupadas segundo os termos usados pelos alunos para descrever o fenômeno macro e microscopicamente.

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## Análise dos Dados

## Questão 1

A questão um pedia que as temperaturas fossem organizadas em uma tabela, cujos valores deveriam apresentar-se do menor para o maior.

Apenas dois grupos (9 alunos) não conseguiram organizar a tabela como pedido. Um destes grupos (5 alunos) apresentou a troca de calor mãos-lata como devida à 'pressão da mão' sobre a lata. Outros dois grupos (7 alunos) além de organizar a tabela também estimaram as temperaturas em graus Celsius.

## Questão 2

A questão dois solicitava uma explicação macroscópica para os fenômenos observados. As respostas para a questão dois foram classificadas em acordo com os termos usados para definir a variação volumétrica do ar dentro da lata. Dilatação/Contração foram considerados os termos mais apropriados, enquanto na classificação Outros se encaixam os termos menos apropriados, de forma que a tabela 1 está organizada de maneira decrescente:

Tabela 1: Respostas para a Questão 2

A análise dos dados, disponíveis na tabela 1, nos mostra que apenas dois grupos explicaram o fenômeno macroscópico de maneira satisfatória. Dois grupos utilizaram os termos Aumentar/Diminuir . Trechos dessas respostas, de alunos distintos, estão transcritos a seguir:

...o ar, com o calor, aumenta e passa pela mangueira e empurra a água... conforme a lata vai esfriando, o ar na lata diminui o que faz com que a água volte pela mangueira...

Aumentamos ou diminuímos o calor e conforme a temperatura, obtivemos os resultados: temperatura de maior calor = ar aumenta; temperatura de menor calor = ar diminui

Um grupo observou o fenômeno, porém não explicou o que acontecia com o ar dentro da lata e sim o que acontecia com o nível da água dentro da mangueira conforme a variação de temperatura. Um trecho da resposta está transcrito a seguir:

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...Quando está em uma temperatura baixa o nível da água é menor e quando está em uma temperatura alta o nível de água é maior

Cinco grupos não responderam em termos macroscópicos e explicaram o fenômeno em nível molecular. Segundo as observações registradas no Caderno de Reflexões, esse grande número de respostas em termos microscópicos se deve à elaboração da questão que não continha o termo macroscopicamente .

As duas respostas que foram classificadas como Outros estão transcritas ipsis litteris a seguir:

O ar se dilata dentro da lata pois fica mais leve em relação à temperatura e a atmosfera

O ar aqueceu e com o expandimento do calor uma pressão para que a água subisse de nível

Pode-se ver que apenas 20% dos alunos apresentaram uma concepção satisfatória sobre o fenômeno quando interpretado do ponto de vista macroscópico.

## Questão 3

A questão três pedia uma explicação microscópica dos fenômenos observados. As respostas para essa questão foram classificadas em acordo com os termos usados para definir o grau de agitação das moléculas. Nenhum grupo utilizou o termo grau de agitação das moléculas , logo as respostas que utilizaram o termo agitação foram consideradas as mais apropriadas e as respostas classificadas como Outros foram consideradas as menos apropriadas, de forma que a tabela 2 está organizada de maneira decrescente:

Tabela 2: Respostas para a Questão 3

Sete grupos utilizaram o termo Agitação , mas para explicar o menor grau de agitação das moléculas utilizaram termos inapropriados, inclusive enfatizando que as moléculas param de se movimentar. Alguns trechos, de alunos distintos, estão transcritos a seguir:

Quando o ar é aquecido as moléculas se agitam, buscando mais espaço... e quando é resfriado elas vão perdendo calor e agitando bem pouco até que elas parem de se movimentar

As partículas se agitam quando são aquecidas e quando são resfriadas elas se acalmam

... as partículas de ar que estão dentro da lata começam a se agitar e empurram a água para fora, quando diminuímos a temperatura as partículas pararam de se movimentar...

Conforme a temperatura as moléculas se agitam ou se juntam...

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Dois grupos utilizaram o termo Movimentação , como é mostrado a seguir:

...enquanto está quente as partículas se movimentam mais e quando há perda de calor elas se movimentam menos...

Um grupo utilizou o termo Aproximação/Afastamento :

As moléculas estão se afastando e se aproximando

As duas respostas que foram classificadas como Outros estão transcritas ipsis litteris a seguir:

A lata esquenta e gera mais vapor e quando esfria, o ar diminui porque fica sem força e as moléculas voltam ao normal

Devido a submissão de calor das moléculas

Conforme a tabela 2, 56,67% dos alunos respondeu em termos da agitação das moléculas, porém não houve respostas satisfatórias para definir o menor grau de agitação. Os 43,33% restantes usaram outros termos para definir este conceito.

Segundo os registros do Caderno de Reflexões, parte dos alunos, quando convidados a responder verbalmente as questões, o fizeram de maneira correta e coesa, porém demonstraram grande dificuldade em registrar a explicação de forma escrita.

## Conclusões

O objetivo desta atividade era analisar as concepções dos alunos sobre o experimento de dilatação do ar através das respostas obtidas na atividade de síntese e das observações in locu registradas no Caderno de Reflexões da licencianda regente.

Com esta análise pode-se inferir que os alunos apresentaram concepções intermediárias em relação às concepções científicas e utilizaram termos próximos aos corretos. Porém, notou-se que alguns dos estudantes manifestaram concepções satisfatórias e próximas da linguagem científica quando questionados verbalmente. Porém, quando convidados a registrar essas respostas em linguagem escrita demonstraram grande dificuldade e apresentaram concepções inapropriadas.

Esses resultados sugerem investigar novos métodos para estudo das concepções alternativas desses alunos como, por exemplo, incluir também a gravação das aulas em vídeo, já que parte do grupo demonstrou ter concepções corretas ao sintetizar o fenômeno verbalmente e incorretas no registro escrito e somente as observações in locu não foram suficientes para estudar mais profundamente as concepções apresentadas verbalmente.

Outro ponto a ser tratado em pesquisas futuras é o papel da redação 3 científica na formação dos estudantes, além do desenvolvimento dessa habilidade em futuras regências.

## Referências

ALMEIDA, Voltaire de Oliveira; CRUZ, Carolina Abs da; SOAVE, Paulo Azevedo. Concepções Alternativas em Óptica. Porto Alegre: Instituto de Física UFRGS, 2007.

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20 a 25 de janeiro de 2013

CARVALHO, Anna Maria Pessoa de; GIL-PÉREZ, Daniel. Formação de Professores de Ciências. São Paulo: Cortez, 2006.

CARVALHO, Anna Maria Pessoa de; VANNUCCHI, Andréa. O Currículo de Física: Inovações e Tendências nos Anos Noventa. Investigações em Ensino de Ciências , São Paulo, n. , p.3-19, 1996.

FERREIRO, E. Atualidade de Jean Piaget . Porto Alegre: ArtMed, 2001.

FIGUEIRA, Angela Carine Moura. Investigando as Concepções dos Estudantes do Ensino Fundamental ao Superior Sobre Ácidos e Bases. 2010. 78 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2009.

GOMES, Luciano Carvalhais. Concepções Alternativas e Divulgação: Análise da Relação Entre Força e Movimento em uma Revista de Popularização Científica. 2008. 128 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Estadual de Maringá, Maringá, 2008.

HARRES, João Batista Siqueira. Um Teste Para Detectar Concepções Alternativas Sobre Tópicos Introdutórios de Ótica Geométrica. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , Lajeado, v. 10, n. 3, p.220-234, 1993.

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