A CONSTRUÇÃO DE UM MODELO DE TRANSPORTE DE ÁGUA A PARTIR DE UMA ABORDAGEM EXPERIMENTAL INVESTIGATIVA

## EXPERIMENTAÇÃO DE UM MODELO DE TRANSPORTE DE ÁGUA A PARTIR DE UMA ABORDAGEM INVESTIGATIVA

Kauara Kamila Souza Araujo¹ Raphael Pires Da Silva² Matheus De Sousa Ribeira³ Gilberto Antônio Tavares 4

Luiz Gonzaga Roversi Genovese 5

- 1 Universidade Federal de Goiás, Instituto de Física, kauara\_kamila@hotmail.com
- ² Universidade Federal de Goiás, Instituto de Física, phael\_ppc@hotmail.com
- ³ Universidade Federal de Goiás, Instituto de Física, matheusousa16@hotmail.com
- 4 Universidade Federal de Goiás, Instituto de Física, giltav.gilberto@gmail.com

## Resumo

O presente trabalho apresenta um relato reflexivo e crítico da construção de uma atividade experimental investigativa, de nível quatro na tabela de Herron, realizada por licenciandos do curso de Física da Universidade Federal de Goiás. A tabela de Herron, enquanto referencial teórico escolhido pelos licenciandos, consiste em uma classificação das atividades experimentais por níveis de abertura que variam de zero até quatro, sendo o nível zero o mais fechado e o nível quatro o mais aberto. Durante o relato são apresentados os desafios e dificuldades dos licenciandos, bem como as mudanças de postura que foram necessárias para realizar a atividade. O relato é feito usando, em certa medida, as etapas do referencial teórico, mas trazendo também modificações ou acréscimos que os licenciandos acharam necessários. A atividade relatada pelos estudantes consiste no transporte de água, em estado de vapor, de um nível de menor para um de maior potencial gravitacional utilizando energia solar.

Palavras-chave : Atividade experimental, tabela de Herron, Investigação.

## Introdução

Em se tratando da experimentação no ensino de ciências, há uma tendência em se recomendar a substituição das atividades experimentais tradicionais por atividades mais abertas, de natureza investigativa (HERNANDES et al., 2002). Nesse tipo de abordagem os papéis do professor e do aluno se modificam. O professor assume uma posição de mediador das discussões e questionamentos apresentados pelos alunos, devendo fazer parte da elaboração do roteiro das atividades e manter vivo o interesse dos alunos em buscar novos conceitos e estratégias, incentivando as relações em grupos (SEREIA e PIRANHA, 2010; TERRAZZAN et al., 2003). O aluno, por sua vez, deve adquirir uma postura autônoma e ativa, deixando de ser apenas um observador, participando de diálogos, propondo explicações para os fenômenos observados, avaliando modelos e teorias e modificando e ou reelaborando ideias e pontos de vista (GUEDES, 2010).

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26 a 30 de janeiro de 2015

Entretanto, as atividades experimentais tradicionais, de roteiros autoexplicativos, com sequências de passos rígidos, em que o aluno realiza um processo puramente mecânico, como se estivesse seguindo uma 'receita de bolo', são as que prevalecem nas salas de aula (HERNANDES et al., 2002). Os desafios que as atividades experimentais de caráter investigativo apresentam parecem fazer com que essas atividades sejam deixadas de lado até mesmo por pesquisadores da área, ao menos é o que parece indicar a revisão bibliográfica feita por Moreira e Penido (2006), segundo a qual a maioria dos artigos traz atividades experimentais prontas, com procedimentos bem definidos, restando aos professores e alunos a tarefa de repeti-las passo a passo seguindo o roteiro.

Esse trabalho procura fugir desse padrão relatando as nossas dificuldades e avanços, enquanto licenciandos do curso de Física da Universidade Federal de Goiás, durante o desenvolvimento de uma atividade experimental investigativa de nível 4 na classificação de Herron (1971) vinculada à disciplina integradora 'Didática para o Ensino de Física'. A atividade experimental que relataremos no decorrer desse trabalho consiste no transporte de água, em estado de vapor, de um nível menor para um nível maior de potencial gravitacional utilizando energia solar.

## Referencial teórico

Segundo a classificação de Herron, que tomaremos por base no decorrer desse trabalho, as atividades experimentais podem ser enquadradas em cinco níveis de abertura. Esses níveis podem ser vistos no quadro a seguir:

Tabela 1 : Níveis de abertura segundo Herron (1971) 1

Conforme Jimenez et al. (2006), o nível de abertura 0 consiste em uma comprovação prática dos princípios teóricos, ao estudante é dado antecipadamente o objetivo, o material, o método e o resultado da prática. O nível de abertura 1 difere do anterior pelo fato do estudante não conhecer o resultado, no entanto, para chegar ao mesmo basta que ele siga as instruções. Nesses dois níveis a prática geralmente é expositiva. No nível 2, o estudante pode escolher o material e o método a ser utilizado, este nível possibilita atividades investigativas, mas a exposição ainda pode ser utilizada. No nível 3, o estudante deve obrigatoriamente escolher os materiais e métodos para solucionar o problema dado, esse tipo de prática se baseia na investigação. No nível 4, o estudante é responsável por todas as etapas da prática, devendo escolher até mesmo o problema a ser solucionado.

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De acordo com Giani (2010), a maioria das práticas utilizadas atualmente possuem protocolos fechados correspondendo ao nível zero da escala proposta por Herron (1971). Jimenez et al. (2006) considera que atividades com baixo nível de abertura requerem processos cognitivos de baixa ordem, não propiciam uma aprendizagem significativa, não dão nenhuma importância à interpretação dos resultados, não representam de fato o que é uma atividade cientifica e os estudantes passam mais tempo verificando se conseguiram ou não alcançar o resultado esperado do que planejando e organizando o experimento. Já as atividades com maior nível de abertura compelem o estudante a projetar, desenvolver e realizar sua experimentação, possuem componentes como coleta e análise de dados e levantamento e teste de hipóteses, incentivam o uso de processos cognitivos de alta ordem e exigem maior atenção e esforço intelectual do aluno.

## Contexto do trabalho

Nós, alunos do curso de licenciatura em Física da Universidade Federal de Goiás, desenvolvemos esta atividade a partir de um desafio lançado pelo professor da disciplina de Didática para o Ensino de Física, que é oferecida para alunos do 3º Período. O desafio proposto por ele consistia em fazer com que nós, seus alunos, tivéssemos uma postura ativa e desenvolvêssemos a capacidade de pensar criticamente, escrever e construir uma proposta de atividade experimental orientada pela perspectiva Ensino por Investigação (CACHAPUZ et al., 2000). Mais precisamente, o objetivo era que nós vivenciássemos e não só víssemos descrições das diferentes perspectivas de ensino, a saber: Tradicional, Descoberta, Mudança Conceitual e Investigação. Ao propor o desafio de realizarmos uma atividade investigativa o professor da disciplina de Didática para o Ensino de Física estava procurando implementar a simetria invertida (BRASIL, 2002), manifestada, por exemplo, em sua fala: '\_ Se eu defendo que vocês (os alunos) devem procurar ir além do ensino tradicional. Eu devo ser coerente também e fazer o mesmo. E, a meu ver, é isto que estamos fazendo: trabalhando a disciplina de Didática para o Ensino de Física na perspectiva do ensino por investigação.'

A par do exposto, o que iremos indicar a seguir são as etapas pelas quais passamos durante o desenvolvimento do nosso projeto que, em certa medida, foram influenciadas pelo referencial teórico apresentado na seção anterior. São elas: escolha da temática e construção do problema, objetivo, materiais, método, solução.

## Etapa 1: Escolha da temática e construção do problema

Esta etapa foi acrescentada àquelas do referencial teórico, pois no início do trabalho tivemos que escolher a temática e construir o problema da atividade experimental. Ou melhor, tivemos que compreender a proposta de trabalho do professor da disciplina e a partir daí levantar uma temática de interesse para ,em seguida, construir um problema que gostaríamos de encaminhar. Ao não contemplar tal etapa o referencial teórico adotado parte do pressuposto que os alunos são capazes por si só de se engajarem num processo de investigação, o que a nosso ver é um equívoco.

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## Etapa 2: Objetivos

Nessa etapa, depois de identificada a temática e o problema da atividade experimental, procuramos construir um esquema, dentre vários possíveis, que permitisse fazer o transporte de água em forma de vapor de menor para um maior nível de energia potencial gravitacional utilizando energia solar.

## Etapa 3: Materiais e métodos

Essa etapa contempla as discussões que realizamos a fim de encontrar e escolher os tipos de materiais para a confecção da proposta. Ou seja, nessa etapa tivemos que criar ou ajustar hipoteticamente os materiais à proposta. Contudo, toda vez que pensávamos nos materiais percebíamos que também questionávamos a questão do método. Assim sendo, optamos por colocar as etapas materiais e métodos, que estavam separadas no referencial teórico, juntas.

## Etapa 4: Solução

Nessa etapa será apresentado o nosso esquema final, sendo ele o mais viável que encontramos, o que não significa que seja o único esquema possível de ser elaborado para solucionar o problema.

## Análise

Tivemos muita dificuldade para escolher a temática e construir o problema na primeira etapa, pois não estávamos acostumados com atividades que exigissem um pensamento próprio e investigativo. Em toda nossa vida acadêmica as temáticas e os problemas sempre foram dados. Todos nós já havíamos executado atividades em laboratórios de física e química na universidade e em nenhum deles tivemos a oportunidade de realizar uma atividade investigativa. Todas as atividades que realizamos antes dessa são de nível zero na tabela de Herron, ou seja, fechadas.

Além do enfretamento das dificuldades encontradas, tivemos a oportunidade de avançar em diversos aspectos, um dos avanços que tivemos foi o envolvimento com a leitura da área de ensino de física (HERNANDES et al., 2002; SEREIA e PIRANHA, 2010; TERRAZZAN et al., 2003; GUEDES, 2010; MOREIRA e PENIDO, 2006; JIMENEZ et al., 2006; GIANE, 2010). Outro avanço ocorreu em relação à discussão de ideias entre nós e com outros professores, uma postura que tivemos que desenvolver para que a atividade prosseguisse. Esse avanço foi tão significativo para essa etapa em particular que o problema que escolhemos trabalhar foi definido durante uma conversa que tivemos com o professor Gilberto Antônio Tavares, que estava apresentando uma oficina experimental durante a XXXI Semana da Física da UFG. Esse problema consistia em transportar água em estado de vapor a potenciais mais elevados utilizando energia térmica solar.

Depois de definido o problema e a temática a ser trabalhada, tivemos que escolher o que seria comtemplado na nossa segunda etapa, o objetivo. A princípio a escolha do objetivo pareceu simples, pois o problema a ser trabalhado já havia sido definido, pensamos que bastaria colocar que o nosso objetivo seria solucionar o problema. No entanto, avançamos ao perceber que não era tão simples assim, tivemos que perceber, por exemplo, que o tempo não seria suficiente para realizar

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uma experiência concreta e tivemos que definir que o nosso objetivo seria solucionar o problema de forma teórica, através da confecção de esquemas.

Buscando realizar o objetivo escolhido, ou seja, fazer um esquema em que fosse possível realizar o transporte de água em forma de vapor de menor para um maior nível de energia potencial gravitacional, cada um de nós pensou em uma maneira diferente de montar o esquema com materiais e métodos diferentes. Nessa terceira etapa, escolha dos materiais e método, as dificuldades e avanços que tivemos estiveram relacionados à elaboração e reelaboração dos esquemas à medida que percebíamos os limites e impasses dos esquemas que elaborávamos.

Os materiais e métodos inicialmente pensados por cada um de nós foram distintos. O Autor 1 inicialmente pensou no esquema da figura 1:

Figura 1 : Esquema inicial do autor 1

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No esquema acima a água sairia de um recipiente em menor nível energético e entraria em uma mangueira escura enrolada na forma espiral, que por sua vez estaria inserida em uma caixa de material refletor. Dentro dessa mangueira a água seria aquecida pelo sol com a ajuda do material refletor sob a mangueira. Devido o aquecimento a água sairia do nível de menor potencial para o maior. O autor 1 esperava que a água subisse em estado líquido e não pensou em uma possível mudança de estado físico da água, assim a água chegaria ao nível de maior potencial em estado líquido.

O autor 2 pensou em um esquema diferente, apresentado na figura 2:

Figura 2 : Esquema inicial do autor 2

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O esquema apresentado consistia em armazenar a água inicialmente em um recipiente de material metálico que facilitasse o aquecimento e por consequência a evaporação da água. Depois de evaporada a água subiria pela mangueira até um nível de maior potencial onde estaria um segundo recipiente contendo um condensador para fazer com que a água volte ao seu estado líquido.

Já o autor 3 pensou em outro esquema possível, que está representado na figura 3:

Figura 3 : Esquema inicial do autor 3

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No esquema acima buscou-se fazer o transporte de vapor de água em uma altura mínima (em torno de 5 centímetros), no qual todos os materiais usados (recipiente e mangueira) eram feitos a base de materiais escuros, que ganhariam calor através de toda a trajetória até chegar ao recipiente de maior potencial. Esse esquema deixava em aberto à questão de como a água voltaria a ser líquida.

Após diversas discussões, nós montamos outro esquema, que de certa forma mantinha um pouco da ideia original de cada um. O esquema montado, após as discussões é mostrado a seguir:

Figura 4 : Primeiro esquema elaborado em conjunto pelos autores

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O esquema montado consistia em utilizar um recipiente de material resistente que seria aquecido através de energia solar. Devido esse aquecimento a água dentro do recipiente evaporaria e subiria pela mangueira, ainda dentro dela a água deveria voltar ao estado líquido e finalmente chegar ao recipiente no nível de maior potencial energético. Um ponto a ser notado nesse esquema é o fato de que a mangueira deveria ter uma curva, pois a água deveria ser condensada dentro da mangueira e não poderia voltar para o recipiente em menor nível energético. A forma

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como a água voltaria ao seu estado líquido ainda não estava clara, pensamos em utilizar algum tipo de condensador, mas ainda não sabíamos exatamente o que utilizaríamos para isso.

Depois de perceber que seria complicado condensar a água dentro da mangueira decidimos conversar com o professor Luiz G. R. Genovese, ministrante da disciplina de didática para o ensino de Física, que nos deu a ideia de condensar a água dentro do recipiente em maior nível energético, utilizando para isso uma tampa metálica com placas de metal. Essa tampa condensaria o vapor de água que entrasse em contato com ela, pois perderia calor para o meio externo com a ajuda das placas de metal. O novo esquema elaborado pode ser visto na figura 5:

Figura 5 : Esquema final

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Nesse esquema a água é evaporada no recipiente metálico de menor potencial, subindo pela mangueira e se condensando já no segundo recipiente com o auxílio da tampa metálica ondulada.

Depois de uma serie de analises teóricas chegamos à conclusão de que esse esquema poderia ser apresentado como a nossa quarta etapa, ou seja, como a solução, pois não encontramos nenhum problema que nos impedisse de alcançarmos nosso objetivo, enquanto que em cada um dos outros esquemas, encontramos pelo menos um problema de ordem teórica. No esquema do autor 1, a água teria que subir em estado líquido, o que seria pouco provável; no esquema do autor 2, a água deveria ser condensada no recipiente de maior nível energético, no entanto não se sabia o que seria utilizado para condensar a água; no esquema do autor 3, a questão de como a água seria condensada, ficou em aberta; já no esquema que elaboramos em conjunto a água deveria ser condensada na mangueira, mas além de não sabermos o que iriamos utilizar para condensá-la na mangueira havia a possibilidade da água voltar para o recipiente em menor nível energético.

Na quarta etapa avançamos ao perceber que o esquema ao qual chegamos era o mais viável que encontramos, mas não era o único possível, sendo apenas um de vários que podem ser elaborados na tentativa de solucionar o problema. A dificuldade nessa etapa consistiu e consiste no fato da experiência não ter sido executada e do esquema comtemplar apenas aspectos teóricos, não permitindo a

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análise de questões importantes como, por exemplo, a taxa de água que pode ser transportada, a inclinação que a mangueira deve ter e outros.

## Considerações finais

Como pretendíamos, relatamos uma atividade de roteiro aberto, de nível quatro na tabela de Herron, destacando em cada etapa os nossos avanços e dificuldades. Os avanços que tivemos foram além de questões relacionadas ao conteúdo, pois, a atividade como um todo, exigiu de nós uma postura mais ativa e possibilitou avanços em questões como, por exemplo, o trabalho em grupo, o dialogo, a leitura de artigos científicos e a elaboração e reelaboração de ideias. As dificuldades também foram além do conteúdo e tiveram suas origens principalmente no fato de não estarmos acostumados a atividades que exigissem de nós autonomia em questões como, por exemplo, escolha de problemas, objetivos, materiais, métodos e soluções.

## Referências

BRASIL. Diretrizes Curriculares Nacionais para a Formação de Professores da Educação Básica . Resolução CNE/CP nº 01/2002. Brasília, 18 de fevereiro de 2002.

CACHAPUZ, A. et al. Perspectivas de ensino das ciências, Porto: CEEC, 2000.

GIANE, K. A experimentação no Ensino de Ciências: possibilidades e limites na busca de uma Aprendizagem Significativa . 2010. 190f. Dissertação (Mestrado em ensino de ciências), Universidade de Brasília, Brasília, 2010.

GUEDES, S. S. Experimentação no Ensino de Ciências: atividades problematizadas e interações dialógicas . 2010. 151f. Dissertação (Mestrado em ensino de ciências), Universidade de Brasília, Brasília, 2010.

HERNANDES, C. L; CLEMENT, L; TERRAZZAN, E. A. Uma atividade experimental investigativa de roteiro aberto partindo de uma situação do cotidiano. In: VIII Encontro de Pesquisa em Ensino de Física, 2002, Águas de Lindóia/SP. Atas do VIII Encontro de pesquisa em ensino de física . São Paulo/SP: SBF, 2002.

JIMÉNEZ, V. G; LLOBERA, J. R; LLITJÓS, V. A. La atención a la diversidade em lãs prácticas de laboratório de química: los niveles de abertura. Enseñanza de las Ciências , v. 24, n.1, p. 59-70, 2006.

MOREIRA, A. C. S; PENIDO, M. C. M. Sobre as propostas de utilização das atividades experimentais no ensino de Física. Anais do VII ENPEC , FlorianópolisSC. nov. 2009.

SEREIA, D. A. O; PIRANHA, M. M. Aulas práticas investigativas: uma experiência no ensino fundamental para a formação de alunos participativos. Disponível em:

&lt;http://www.educadores.diaadia.pr.gov.br/modules/mydownloads\_01/viewcat.php?ci d=35&amp;orderby=hitsD &gt; Acesso em 18 de Jun. de 2014.

TERRAZZAN, E. A; LUNARDI, G; HERNANDES, C. L; O uso de experimentos na elaboração de módulos didáticos por professores do GTPF/NEC. In: IV Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências, 2003, Bauru/SP . IV Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências , 2003.

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