O TRABALHO INTERDISCIPLINAR: UMA ESTRATÉGIA PARA O ENSINO DE FÍSICA NO ENSINO MÉDIO

## O TRABALHO INTERDISCIPLINAR : UMA ESTRATÉGIA PARA O ENSINO DE FÍSICA NO ENSINO MÉDIO

## Ophelio Walkyrio de Castro Walvy

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro (IFRJ), ophelio.walvy@ifrj.edu.br.

## Resumo

Este trabalho apresenta uma pesquisa realizada por dois professores - um de Matemática e outro de Física - e por alunos do ensino médio no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro (IFRJ). Neste estudo, os dois professores desenvolveram um trabalho interdisciplinar com o objetivo de apresentar aos alunos de uma turma do curso de Biotecnologia conceitos científicos de uma forma mais prazerosa e com significado. Para tal, foram selecionados conceitos da Calorimetria, utilizando-se da técnica termogravimétrica como proposta para construção desses conceitos e que foi adaptada para que sua aplicação ocorresse em um laboratório didático. Evidenciou-se, também, durante o processo de trabalho conjunto, a construção de saberes docentes interdisciplinares por parte dos professores envolvidos, favorecendo dinâmicas que buscam inovações e a melhoria da relação ensino-aprendizagem. Foi possível constatar nesta pesquisa o rompimento de barreiras epistemológicas e pedagógicas durante essa construção compartilhada de saberes docentes interdisciplinares pelos professores-pesquisadores, e a necessidade de mudanças que esse saber requer, com o objetivo de buscar o aprimoramento dos docentes para obtenção dos resultados esperados. Pontos enriquecedores foram alcançados para o desenvolvimento profissional de ambos os professorespesquisadores, tanto para o professor de Matemática como para o professor de Física, seu parceiro desde o início da pesquisa. Este estudo procurou apresentar uma proposta de trabalho para os profissionais da área de ensino que desenvolvem ou pretendem desenvolver pesquisas inseridas no universo interdisciplinar.

Palavras-chave : Ensino de Física e de Matemática. Construção de saber docente interdisciplinar. Calorimetria. Termogravimetria.

## 1. Introdução

Esta pesquisa foi idealizada pelo professor de Matemática, autor deste artigo, e é parte de sua tese de doutorado (Walvy, 2008). Com o propósito de apresentar conceitos científicos de uma forma mais prazerosa e com significado para os alunos do ensino médio, buscou-se um trabalho interdisciplinar com outro professor para desenvolver este estudo. O desenvolvimento deste estudo só foi possível a partir de uma parceria formada com um professor de Física da mesma instituição de ensino que abraçasse a ideia e tivesse os mesmos sentimentos. Assim, no ambiente do atual Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro (IFRJ) - campus Rio de Janeiro deu-se início à proposta de trabalho.

Os dois professores-pesquisadores passaram a se encontrar regularmente para juntos delinearem o projeto de trabalho. Com a participação da professora de pós-graduação do professor de Matemática,

leituras e discussões sobre temas relacionados à Educação em Ciências foram de extrema importância para os rumos traçados pelos dois professores. O que se constatou foi uma construção de saber docente interdisciplinar oriunda das novas reflexões, em conjunto com os saberes já existentes em cada um dos dois professores-pesquisadores.

Os trabalhos começaram a partir de entrevistas semiestruturadas elaboradas pelo professor de Matemática que passou a entrevistar o professor de Física, reunindo, dessa forma, novo material para análises futuras de sua tese. Os dois pesquisadores acordaram que seria importante trabalhar com uma turma comum aos dois professores para facilitar o desenvolvimento da pesquisa e, ao mesmo tempo, trabalhar um conteúdo que já fizesse parte do currículo do professor de Física. Ambos optaram por uma turma comum de Biotecnologia (BM121) - do segundo período do ensino médio integrado ao técnico - que já havia trabalhado no período anterior com este professor de Física.

Foram selecionados, conforme o currículo do segundo período, conceitos da Calorimetria, os quais seriam trabalhados sequencialmente a partir do desenvolvimento da parceria dos dois professores- pesquisadores. Optou-se por uma proposta de trabalho que agregasse 'experimentos laboratoriais didáticos', que reuniram os alunos e os dois professores da turma em ambientes de laboratório, com o propósito de trazer mais visibilidade e aplicabilidade aos fenômenos físicos, e com isso, buscar o interesse dos estudantes para esses estudos. Neste trabalho foram desenvolvidos dois experimentos laboratoriais. O primeiro aconteceu no laboratório de Física do IFRJ e, o segundo, no laboratório de Química Geral do IFRJ. No primeiro experimento foi apresentada aos alunos a Equação Fundamental da Calorimetria e foram pedidos valores da Capacidade Térmica e da temperatura inicial de um determinado corpo. Como este primeiro encontro no laboratório ocorreu com o uso de modelos já prontos a serem seguidos rigidamente pelos alunos da turma, pensou-se em um segundo momento, onde as mesmas ideias físicas seriam apresentadas de forma mais prazerosa e com significado, sem haver necessidade dos estudantes seguirem modelos de forma tão rígida.

Os dois professores-pesquisadores procuraram uma maior aproximação entre a Matemática e a Física, garantindo as especificidades de cada uma dessas disciplinas e a articulação entre seus respectivos conteúdos. Para eles, essa aproximação deveria ser conquistada através de um trabalho interdisciplinar inovador, colaborativo e motivador.

Reunindo experiências oriundas de seus encontros, de suas leituras comuns, e do primeiro experimento laboratorial, os dois pesquisadores foram buscando junto a outros professores da mesma instituição novos caminhos para a construção do segundo experimento laboratorial didático. Neste período, o professor de Física já trabalhava com os alunos desta turma os conceitos de calor latente e calor sensível, que motivaram os dois professores a buscar um segundo experimento laboratorial didático mais audacioso e criativo. Para este segundo momento, o ponto de referência foi uma técnica já utilizada pelo professor de Física no Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD) localizado no Rio de Janeiro, conhecida

como termogravimetria, considerando-se ser necessário adaptá-la para uso em ambiente laboratorial escolar.

## 2. O segundo experimento laboratorial e a termogravimetria.

Podemos definir termogravimetria ou TG como sendo a técnica na qual a mudança da massa de uma substância é medida em função da temperatura enquanto esta é submetida a uma atmosfera controlada. O processo consiste no aquecimento de uma substância que ao alcançar determinado valor de temperatura sofre mudança de estado físico, acarretando perda de sua massa. Este aquecimento poderá ser feito, por exemplo, utilizando-se forno ou através do uso do Bico de Bunsen.

Apresentamos alguns itens que justificam o uso da técnica termogravimétrica neste segundo experimento. São eles:

a) Um experimento que permite o envolvimento simultâneo dos estudos da Física e da Matemática pode resgatar a curiosidade e o interesse dos alunos, exigindo deles participação efetiva, a partir de uma situaçãoproblema motivadora e contextualizada. b) Na grande maioria dos casos, os conceitos de calor sensível e calor latente são apresentados aos alunos do ensino médio sem significado e sem aplicabilidade no dia a dia. c) Uma aula realizada no laboratório escolar que se preocupa em trabalhar o ensino de forma interdisciplinar e contextualizada, utilizando uma técnica como atividade experimental, é inovadora e dá significado aos estudos de Calorimetria. d) A utilização da técnica termogravimétrica permite que seja feito um trabalho didático onde os conceitos de calor sensível e calor latente sejam apresentados de forma sequencial. e) A técnica da termogravimetria pode trabalhar conceitos que extrapolam ideias físicas, podendo incluir ideias matemáticas e químicas, por exemplo. Entre eles destaca-se o conceito de função . f) Uma experiência realizada em laboratório escolar 1 estimula o aluno a querer compreender fenômenos, e ele é motivado pelo contato direto com os instrumentos utilizados em laboratório. g) A técnica da termogravimetria permite que sejam explorados aplicativos da informática e leva alunos e professores a conhecerem um pouco mais sobre estes aplicativos. h) Esta técnica já havia sido proposta em 1952 por Homero Duarte Simões Lopes em seu livro Curso de Química Analítica Quantitativa, o que vem provar sua possível aplicabilidade aos estudos da Física escolar do ensino médio nos dias de hoje. i) A técnica da termogravimetria é utilizada nos dias de hoje no IRD em experimentos relevantes para a sociedade, incentivando para o prosseguimento profissional futuro dos alunos. j) Um trabalho conjunto, interdisciplinar, realizado em laboratório didático pelos professores e pelos alunos, contribui para uma melhor relação afetiva entre todos. k) A relação sociocultural se fortalece a partir do

momento em que um trabalho de pesquisa científica desenvolvido no IRD é trazido e adaptado para o laboratório escolar.

A utilização desta técnica como estratégia de ensino, objetivou, inclusive, apresentar aos alunos conceitos físicos significativos e contextualizados (WALVY; QUEIROZ, 2006), em um cenário que proporcionou aos dois professores-pesquisadores construírem saber docente interdisciplinar a partir de seus saberes prévios e ampliarem seus conhecimentos profissionais a partir de suas próprias práticas realizadas durante esta pesquisa (PORLÁN; RIVERO, 1998).

## 3. O desenvolvimento do segundo experimento laboratorial

Os dois professores-pesquisadores dividiram a turma BM121 em dois grupos, com o propósito de realizar este trabalho com um menor número de alunos no laboratório. Consequentemente, os professores poderiam dar maior atenção aos grupos e a proposta do uso da técnica termogravimétrica estaria mais próxima de ser bem sucedida. A partir da divisão da turma seriam criadas relações entre os dois momentos, pois no primeiro encontro, a técnica termogravimétrica seria aplicada apenas sobre massas de água, enquanto que no segundo, sobre massas de uma mistura de água e naftaleno, proporcionando aos alunos uma maior visibilidade dos fenômenos físicos ocorridos durante o processo.

Os professores de Matemática e de Física apresentaram aos seus alunos as parcerias feitas com outros professores da mesma instituição e o roteiro de aula que havia sido elaborado, contando também com a contribuição dos próprios alunos da turma. Foram utilizados para essas apresentações um computador, uma tela e um laser. O texto e o roteiro para essas aulas experimentais foram projetados na tela e também disponibilizados em papel para os alunos, afim de que eles pudessem fazer os registros necessários durante o experimento. A folha de rosto do texto apresentava as definições de calor sensível e calor latente, uma curva de aquecimento e equações da calorimetria envolvendo calor específico e calor latente. Em seguida, uma questão era levantada a partir de uma situaçãoproblema: Como podemos utilizar na prática a evolução do fenômeno observado no gráfico da curva de aquecimento? Com esta pergunta, o professor de Física queria indagar aos alunos como o processo de aquecimento de um corpo, ocorrido durante certo intervalo de tempo, onde há mudanças de estado físico, pode ser utilizado em um contexto do dia a dia.

A partir dessa pergunta surge como resposta a este questionamento a técnica termogravimétrica, que é sinalizada na segunda página do texto trabalhado em conjunto pelos professores e pelos alunos. A análise termogravimétrica surge como resposta à questão da situação-problema, em virtude dos próprios alunos terem pesquisado sobre este tema a pedido do professor de Física. Esta pesquisa objetivava uma parceria entre professores e alunos, a fim de construírem um texto de apoio para a segunda aula laboratorial didática, que apresentaria a termogravimetria relacionada aos estudos da calorimetria.

Dando início à análise termogravimétrica, na terceira e última página do texto havia o roteiro do experimento onde se apresentavam as seguintes

etapas de trabalho: Etapa 1:Identificação das temperaturas onde a solução tem perdas expressivas de massa (a ser realizada a partir das medições feitas no laboratório didático). Etapa 2: Determinação da variação percentual de massa perdida nestas temperaturas (a ser realizada com o uso da Matemática). Foram especificados os materiais a serem utilizados e os procedimentos da aula experimental. Foi fornecida aos alunos uma tabela logo abaixo, com os espaços necessários para registros das medições que deveriam ser feitas durante o experimento laboratorial didático. Em seguida, os dados obtidos pelos estudantes deveriam ser alocados em uma planilha previamente preparada pelos professores, gerando curvas de análise termogravimétrica (TGA) e de sua derivada (DTG). Uma memória de cálculos também foi fornecida aos alunos.

- O material comum utilizado durante as duas etapas do segundo experimento era composto de: bico de Bunsen, balança, tripé de ferro, tela de amianto, cronômetro, cadinho, pinça, termômetro graduado em graus Celsius, suporte universal e garra. No segundo momento acrescentaram-se o multímetro e o termopar, além do material já descrito. No primeiro dia, as massas a serem medidas eram apenas de um determinado volume de água destilada e toda a experiência laboratorial foi realizada nas bancadas. Já no segundo momento, pelo fato das massas medidas terem sido de uma mistura de água destilada com naftaleno, os aquecimentos dessas misturas foram realizados nas duas capelas existentes no laboratório de Química Geral. Isto foi necessário pelo fato do naftaleno ser tóxico quando inalado. Os procedimentos a serem seguidos neste experimento laboratorial didático eram os seguintes:
- a) A solução (ou mistura) devia ser colocada no cadinho, registrando-se em seguida, a massa e a temperatura inicial. Determinação da massa inicial (m0). Determinação da temperatura inicial (t0). b) Iniciava-se o aquecimento, a tomada de tempo, temperatura e perdas de massa, utilizando-se intervalos iguais para variação de temperatura. c) Aumentar para t1 o valor da temperatura (para esses dois experimentos a variação ficou numa faixa compreendida entre 5 o C e 15 o C), registrando-se o valor dessa nova temperatura e da nova massa obtida m1. Repetir este processo até os 100 o C 2 . Os dados de temperatura, massa e tempo são cuidadosamente registrados. Posteriormente estes dados são colocados em uma planilha previamente preparada para alocar os dados e gerar os gráficos de variação de massa com a temperatura. d) Os resultados são apresentados através da curva termogravimétrica (TGA) e de sua derivada (DTG). A curva DTG representa a velocidade de perda percentual de massa. Como trabalho final, os alunos deveriam apresentar seus relatórios, suas conclusões dos respectivos experimentos, as planilhas preenchidas com os dados obtidos e as curvas (TGA e DTG) solicitadas pelos professores.

## 4. Os relatórios dos alunos da turma BM 121 no experimento laboratorial didático 2.

Neste segundo experimento laboratorial didático, ficou acordado entre os professores de Física e de Matemática e seus alunos que a entrega dos relatórios seria feita eletronicamente com o envio de e-mails aos dois professores simultaneamente. Ambos os professores desta turma analisaram estes relatórios e os pareceres sobre eles foram dados aos alunos no período letivo seguinte em uma das aulas do professor de Matemática (gravada em áudio), que foi porta-voz desses pareceres. Neste momento, o professor de Matemática que continuou a trabalhar com a mesma turma, pode dialogar com seus alunos sobre os resultados apresentados nesses relatórios. Os professores-pesquisadores nomearam esses cinco relatórios da mesma forma, utilizando as letras A, B, C, D e E.

As análises dos relatórios salientaram o seguinte: a) Todos os relatórios apresentaram incorreções nos resultados gráficos. A planilha do Excel, que serviu de exemplo, e que foi enviada aos alunos pelo professor de Física, era formada por colunas, e cada coluna formada por linhas a serem preenchidas com os dados obtidos no experimento. Algumas dessas colunas (as que pediam o cálculo da diferença percentual) exigiam o conhecimento de normalização de funções para seu correto preenchimento, e a planilha modelo, por si só, não foi o bastante para dar aos alunos a clareza de seu correto preenchimento. b) Mesmo com essas incorreções, os gráficos gerados pelos alunos tinham coerência em muitos de seus aspectos, pois os valores registrados na planilha a partir de dados obtidos no laboratório didático eram muito precisos. c) Outro item que gerou erros nas representações gráficas se refere ao fato de que quando na tabela eram registrados valores de temperatura semelhantes, correspondendo a valores de massa diferenciados, os alunos deveriam desprezar a marcação desses pontos no gráfico onde a mesma temperatura fornecesse massas diferentes, pois para um mesmo valor no eixo horizontal teríamos várias imagens, o que não representa uma função. Assim como Kalil (2006), que em seu artigo apontou possibilidades alternativas para a prática docente das disciplinas Física e Matemática, a fim de que o aluno percebesse que o seu conhecimento sobre leis e conceitos físicos não está restrito a uma única forma de manipulação, mas sim a outras possibilidades de obtenção constatáveis , procuramos, também, nesta proposta de trabalho interdisciplinar (através de uma aula laboratorial didática), trazer como sugestão uma abordagem interfacial de um conceito da Física (Calorimetria) e da Matemática (Função) 3 . d) Os grupos A e D (um de cada momento desta experiência) preencheram incorretamente a coluna variação de massa, pois se havia perda de quantidade de massa, essas variações deveriam ser negativas e não positivas com foram apresentadas por esses dois grupos, indicando incompreensão tanto do fenômeno físico estudado quanto do aspecto matemático. e) O grupo B apresentou inconsistência na

redação de suas conclusões, pois o conceito de calor latente foi duas vezes empregado de forma incorreta. f) Os grupos que trabalharam somente com a água (A, B e C) não foram atentos o suficiente para perceberem que o texto apresentado pelo professor, exemplificando o uso da planilha do Excel, era de uma experiência diferente da que estava sendo realizada naquele momento, continha além da água, sulfato de manganês e alumínio. Mesmo assim apresentaram como título para seus gráficos a mesma informação daquele exemplo. g) O grupo C, acertadamente, registrou os problemas que enfrentou durante a aula experimental, entre eles, a distância de sua bancada até a balança que foi utilizada para medições e as perdas substanciais de energia durante o trajeto de cada aluno até a respectiva balança. Além disso, um dos termômetros utilizado por este grupo parou de funcionar ao final da experiência, deixando os alunos inseguros com os dados obtidos anteriormente e com a avaliação final do grupo. Os professores procuraram tranquiliza-los, deixando claro que, experimentos laboratoriais estão sempre sujeitos a imprevistos. Procedendo dessa maneira, os professores mostraram preocupação em estabelecer uma boa relação com seus alunos, acreditando que só a partir de uma relação saudável entre todos os atores envolvidos em um trabalho conjunto, é possível vencer dificuldades e se aproximar dos objetivos comuns do grupo. Os dados obtidos pelos alunos no laboratório durante os experimentos foram utilizados pelos professores-pesquisadores para obtenção dos gráficos esperados e foram comparados com os que os alunos apresentaram. Estas comparações foram também apresentadas aos alunos pelo professor de Matemática.

A partir dos resultados obtidos pelos professores durante o ensaio que realizaram no laboratório de Química Geral gerou-se outro gráfico que foi incluído junto com os dos alunos para comparação. Estes gráficos foram associados a outros dados relativos à segunda parte desse experimento (com o uso do naftaleno) gerando um texto informativo. Algumas conclusões parciais dos professores-pesquisadores foram também incluídas na construção desse texto informativo.

## 5. Conclusões

A presente pesquisa procurou sinalizar a importância da construção de saberes docentes interdisciplinares originados a partir das interações entre professores de diferentes disciplinas que atuam em um mesmo ambiente escolar e que se preocupam com a relação ensino-aprendizagem. Com essas construções de saberes em particular, torna-se mais fácil para os professores envolvidos em trabalhos construtivistas deste tipo, sugerirem caminhos que apontem para uma melhor desenvoltura das relações professor-aluno e que tragam propostas de aulas (tanto em sala de aula comum como em laboratório) inovadoras e significativas para os alunos.

Para outras pesquisas realizadas com professores-pesquisadores que atuam em um mesmo ambiente escolar deixamos como sugestão esta proposta de construção de saber docente interdisciplinar que procurou destacar mudanças de visão epistemológica e pedagógica dos atores principais deste estudo que desenvolveram um trabalho em que alunos e

professores interagiram para a construção de alternativas que buscam o aprimoramento da relação ensino-aprendizagem.

Ao término dos trabalhos, os professores-pesquisadores se reuniram para criar um plano de aula ligado à Física Experimental como proposta. Neste plano, procurou-se registrar os passos desenvolvidos pelos professores e pelos alunos durante a segunda aula laboratorial didática desta pesquisa. Na estrutura deste plano de aula foram incluídos: identificação do tema abordado, os pré-requisitos necessários para desenvolver este estudo, os objetivos desta aula experimental, o desenvolvimento do tema escolhido, referências de aplicações sociais e tecnológicas pertinentes, as atividades propostas, sugestões para avaliação do aprendizado dos alunos e a bibliografia utilizada.

## 6. Referências

BRASIL, Ministério da Educação, Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais: ensino médio. Brasília: Ministério da Educação, 1999, 360p.

BRASIL, Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCNs+ Ensino médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: MEC, SEMTEC, 2002, 144p.

KALIL, C. A. F. F. Concepções interfaciais no processo ensino/aprendizagem da Matemática e da Física no ensino médio. Educação Matemática em Revista. SBEM, ano 13, n. 23, 2006.

LOPES, H. D. S. Curso de Química Analítica Quantitativa. Rio de Janeiro: Marques - Saraiva - Estabelecimentos Gráficos S/A, 1953.

PORLÁN, R.; RIVERO, A. El conocimiento de los profesores. Una propuesta formativa en el área de ciencias. Sevilla: Díada Editora, 1998.

WALVY, O.; QUEIROZ, G. Aprendizagem com significado. In: NARDI, R.; BORGES, O. (Orgs.) Atas do V Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências. Bauru: ABRAPEC, 2006. CD-ROM.

WALVY, O. Construindo saber docente interdisciplinar: a termogravimetria em um laboratório didático. 231f. Tese (Doutorado em Educação) - Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2008.