A GELADEIRA: UMA PROPOSTA DE ENSINO PARA TERMODINÂMICA

## A GELADEIRA: UMA PROPOSTA DE ENSINO PARA TERMODINÂMICA

## Ívina Carlos Assis , Adriana Gomes Dickman 1 2

1 Universidade Federal do Ceará/Departamento de Física/zalzal@oi.com.br

2 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais/Programa de Pós-graduação em Ensino de Ciências e Matemática/adrianadickman@gmail.com

## Resumo

Neste trabalho, apresentamos uma proposta de ensino de física térmica dirigido a professores do Ensino médio, no qual integramos a utilização de novas tecnologias ao uso de textos e experimentos. O produto educacional é um material didático composto por um caderno de atividades que permite trabalhar a geladeira e seu funcionamento juntamente com conteúdos informativos. As atividades foram desenvolvidas baseadas nos três momentos pedagógicos de Delizoicov: Problematização inicial, Organização do conhecimento e Aplicação do conhecimento. Nas atividades iniciais problematizam-se situações ou fenômenos familiares aos alunos. Na organização do conhecimento trabalhase uma simulação juntamente com alguns textos como forma de estudar e obter os conhecimentos necessários para a compreensão do tema. Na aplicação do conhecimento os conceitos são sistematizados através de alguns experimentos e atividades. Foi realizada uma sondagem com professores de física do Ensino médio sobre sua prática docente, principalmente no ensino de tópicos da termodinâmica. Os resultados da sondagem contribuíram para a elaboração do material didático.

Palavras-chave : Ensino de física. Refrigerador doméstico. Momentos pedagógicos de Delizoicov.

## Introdução

O processo de ensino e aprendizagem da física tem sido alvo de estudo e discussão por parte de pesquisadores no que se refere às dificuldades e aos problemas relacionados ao seu ensino nas escolas. Essa dificuldade na visão de Delizoicov (2002) está relacionada à maneira como a física vem sendo abordada na sala de aula pela maioria dos professores, cuja ação tem se restringido, muitas vezes, a atividades voltadas para apresentação de conceitos, leis e fórmulas, de maneira desarticulada e distante da realidade do aluno.

Os Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 2000) ressaltam que a aprendizagem na área de Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias implica na compreensão e utilização dos conhecimentos científicos, para explicar o funcionamento do mundo, bem como planejar, executar e avaliar ações de intervenção na realidade. De acordo com os PCN,

É importante que os métodos de ensino sejam modificados, capacitando o aluno a responder a perguntas e a procurar as informações necessárias, para utilizá-las nos contextos em que forem solicitadas. (BRASIL, 2006, p.45).

Não se trata de apresentar ao jovem a Física para que ele simplesmente seja informado de sua existência ou siga a carreira de cientista, mas para que esse conhecimento se transforme em uma ferramenta a mais em sua forma de pensar e

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26 a 30 de janeiro de 2015

agir. Dessa forma, este trabalho tem a intenção de colaborar para construção de metodologias que explorem tópicos de física relacionados com a Termodinâmica, através de uma abordagem investigativa, voltada para o cotidiano do aluno.

## Revisão da Literatura

Foi realizado um levantamento de publicações científicas referentes ao ensino de Física por meio da problematização do cotidiano, buscando apresentar diferentes enfoques e metodologias sobre o tema.

Menezes (2009) apresenta uma proposta de ensino de física baseada na construção de um aquecedor solar de baixo custo através de uma abordagem temática dos conhecimentos. O contexto da produção do aquecedor solar constituiuse como um ambiente favorável ao aprendizado permitindo ao professor discutir conceitos físicos importantes de termologia.

Poglia e Steffani (2013) apresentaram uma proposta de ensino contextualizado da física térmica, integrada à formação técnica. A proposta utiliza uma bancada didática como objeto motivador de estudo, formada por um sistema de refrigeração doméstica, remontado de maneira que os componentes fiquem visíveis e possíveis de serem manipulados. As aulas envolveram leituras de dados em atividades práticas guiadas por material didático previamente confeccionado.

De acordo com os trabalhos, pode-se afirmar que uma abordagem contextualizada e interdisciplinar do conhecimento auxilia no processo de ensino e aprendizagem.

## Três momentos pedagógicos de Delizoicov

Com a publicação dos livros Metodologia do ensino de ciências (DELIZOICOV; ANGOTTI, 2011) e Física (DELIZOICOV; ANGOTTI, 2003), a dinâmica didático-pedagógica fundamentada pela perspectiva de uma abordagem temática conhecida como os 'três momentos pedagógicos' passa a ser disseminada. Este trabalho é fundamentado nestes três momentos pedagógicos apresentados a seguir.

## Problematização inicial

É a partir do conhecimento prévio dos educandos que o professor deve iniciar a sua atividade docente. Assim, apresentam-se questões ou situações reais que os alunos conhecem e que estão envolvidas nos temas em discussão. A finalidade desse momento é propiciar um distanciamento crítico do aluno ao se defrontar com as interpretações das situações propostas e fazer com que sinta a necessidade da aquisição de outros conhecimentos que ainda não detém. A função do professor concentra-se mais em questionar posicionamentos e lançar dúvidas sobre o assunto do que fornecer explicações. Como exemplo, neste trabalho utilizase um texto introdutório seguido de questionamentos que servem como meio de problematizar o assunto.

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## Organização do conhecimento

Neste momento, sob a orientação do professor, os conhecimentos necessários para a compreensão dos temas propostos e da problematização inicial são estudados. Atividades variadas são empregadas, de modo que o professor possa desenvolver a conceituação identificada como fundamental para uma compreensão científica das situações problematizadas. O professor percebe as habilidades e informações necessárias para explicar as questões inicialmente colocadas e propõe atividades que permitam a sua conquista. Definições, conceitos, relações, leis para a compreensão da problematização inicial são aprofundados. Como exemplo, neste trabalho utiliza-se uma animação sobre o funcionamento da geladeira e discussão de textos informativos como forma de organizar o conhecimento.

## Aplicação do conhecimento

A aplicação do conhecimento é o momento voltado para abordar de forma sistematizada o conhecimento adquirido pelo aluno, para analisar e interpretar as situações da problematização inicial e outras que possam ser entendidas pelo mesmo conhecimento. Essa metodologia parte do pressuposto da centralidade e da autonomia do aluno no processo de aprendizagem, apresentando a integração de conteúdos disciplinares estruturados no contexto de um problema orientado para a discussão e resolução em grupo. Como exemplo, neste trabalho utilizam-se diversas atividades e experimentos como forma de aplicação do conhecimento.

## Metodologia

Nesta seção apresentam-se os dados da pesquisa feita com os docentes da área de Física com o objetivo de orientar o processo de elaboração do módulo didático, preparando um material que sirva de subsídio ao professor. Para tal, aplicou-se um questionário de sondagem a professores de física do Ensino Médio.

- O questionário investiga a formação acadêmica do professor e apresenta questões que permitem verificar como a termodinâmica é explorada nas aulas, quais as metodologias utilizadas, e o tipo de recurso didático utilizado nas aulas. Ao final, deixa-se espaço para considerações e sugestões dos professores.

Foi adotado para essa pesquisa o questionário semiestruturado constituído por questões abertas e fechadas (Quadro 1). A escolha desse instrumento de pesquisa justifica-se pelo fato de permitir ao entrevistado responder com liberdade aos questionamentos, contribuindo para um melhor detalhamento das suas concepções acerca do objeto de estudo.

## Perfil dos entrevistados

A pesquisa foi realizada com dez professores de física do Ensino Médio, sendo sete da rede estadual e outros três da rede particular. No que se refere à área de formação dos professores, verifica-se que sete são formados em Física, dois são formados em Matemática e um fez o curso de Engenharia. Esses professores serão identificados pela letra P, seguida de um número para preservar sua identidade.

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Os dados da pesquisa indicam que a maioria dos professores entrevistados (80%) estudou formalmente a Termodinâmica e o funcionamento da geladeira no decorrer da graduação. Assim, quatro professores citam apenas Termodinâmica, dois citam também Física estatística, um cita Física geral e experimental e um cita Fenômenos mecânicos e caloríficos, energia e suas transformações. Estes professores utilizaram os livros do Halliday (1991) e Tippler (2006) na graduação.

Os professores P3 e P8, ambos licenciados em Matemática, afirmam não ter estudado nenhuma disciplina relacionada à Termodinâmica, não indicando nenhum livro estudado.

Em relação à atuação profissional, 60% afirmam lecionar Física entre 5 e 10 anos e o restante entre 0 e 5 anos. Assim, a nossa amostra é constituída por professores novatos e experientes.

## Quadro 1 - Questionário de sondagem aplicado aos professores.

- 1 - Sobre a sua formação acadêmica: 1.1) Titulação: ( ) Pós-Doutorado ( ) Doutorado ( ) Mestrado ( ) Especialização Lato-Sensu ( ) Graduação ( ) Outro. Qual? 1.2) Tipo de graduação: ( ) Bacharelado ( ) Licenciatura ( ) Tecnólogo 1.3) Qual curso: ( ) Biologia ( ) Física ( ) Química ( ) Outro. Qual? 1.4) Durante a sua graduação, você cursou alguma disciplina relacionada à Termodinâmica? ( ) Sim. Qual? ( ) Não 1.5) Se sim, relacione os conteúdos discutidos. 2 - Sobre a sua atuação profissional: 2.1) Há quanto tempo leciona Física? ( ) Entre 0 e 5 anos ( ) Entre 5 e 10 anos ( ) Mais de 10 anos 2.2) Você já abordou o tema 'Termodinâmica' em suas aulas? Em caso afirmativo, especifique o que foi abordado. 2.3) Como você introduz o tema em suas aulas? 2.4) Você costuma relacionar o assunto com o cotidiano do aluno? De que forma? 2.5) Especifique como é discutido o tema Máquinas térmicas? ( ) Conceitos ( ) Exercícios ( ) Exemplos do dia-a-dia ( ) Esquemas 2.6) Você discute o funcionamento da geladeira em sala de aula? Em caso afirmativo, como é feita a discussão? 2.7) Descreva como o assunto é abordado em sala de aula (metodologia utilizada). 2.8) Você utiliza algum livro didático ou apostila como referência? 3 - Outras considerações: Tendo em mente que vamos elaborar um módulo didático contendo uma proposta para ensinar Termodinâmica de uma maneira contextualizada, escreva aqui alguma observação ou sugestão que

você julga ser importante.

## Fonte: Dados da pesquisa.

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## Sobre o conteúdo Termodinâmica

Os professores, em sua maioria (80%), abordaram os seguintes tópicos de Termodinâmica: Leis da termodinâmica; Transformações gasosas; Ciclo de Carnot; Máquinas térmicas; Temperatura; Calor; Energia interna; Trabalho; Entropia.

Em relação à exploração do tema, percebe-se que a maioria (60%) inicia de maneira tradicional (Quadro e giz e livro didático), como mostram as respostas: ' Converso com os alunos sobre o tema, mostro as equações no quadro e trabalho exemplos de exercícios ' (P7); ' Exposição direta do conteúdo juntamente com desenvolvimento matemático de cada conceito ' (P10).

Outros procuram alguma alternativa de inovação para suas aulas, como o P8 que afirma trabalhar experiências e o P4 que procura enfatizar o contexto histórico: ' Livros, apostilas, exercícios e experiências ' (P8); ' Relaciono os conceitos de calor e trabalho, a energia interna está diretamente ligada à temperatura, revolução industrial, máquinas a vapor, locomotiva, funcionamento de um motor à explosão ' (P4). (grifos nossos)

Percebe-se pelas respostas de alguns professores que a exploração do tema ainda mantém aquela sequência costumeira: explicar, mostrar equações e aplicar exercícios.

Quando foi pedido aos professores que especificassem como é discutido o tema Máquinas térmicas, a maioria registra que utiliza conceitos, exercícios, exemplos do dia-a-dia e esquemas, indicando uma preocupação de trabalhar de forma diversificada.

Sabendo que a geladeira é um aparelho eletrodoméstico bastante difundido e desempenha importante função nas formas atuais de produção, foi perguntado aos professores se eles discutem o seu funcionamento em sala de aula e como é feita essa discussão. Apenas quatro professores dizem trabalhar o funcionamento da geladeira:

Sim. Começo com a pergunta feita para os alunos, onde tem física na geladeira? Depois de escutar as possíveis respostas, então faço uma outra pergunta: Será que se a serpentina interna da geladeira (congelador) for colocada na parte inferior, os alimentos nela contidos ainda seriam resfriados? (P1).

É importante ressaltar que estes quatro professores são formados em Física. O professor P8 afirma que discute o funcionamento da geladeira às vezes, porém, não menciona como a discussão é feita.

Quando questiona-se sobre a metodologia utilizada, percebe-se que 50% também é tradicional (Quadro e giz e livro didático), como se pode verificar: ' A metodologia utilizada é livro, explicações e atividades ' (P8); '[...] U so o esquema do livro ' (P5); ' A metodologia utilizada é livro, o livro texto apresenta um texto complementar sobre a geladeira, mas não trabalho por falta de tempo ' (P7).

Os professores P6 e P4 mostram que têm usado vídeo aulas e aulas práticas como pode-se perceber nas suas respostas: ' Através de vídeo aulas, e quando possível aulas práticas. Além das aulas teóricas ' (P6); ' Leitura e interpretação de texto e vídeo: Mundo da ciência-Geladeira ' (P4).

De acordo com os dados, verifica-se que com relação ao uso do livro didático em sala de aula, todos os professores responderam que utilizam esse

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recurso. Esse dado sugere que o livro didático é uma importante fonte de pesquisa para os entrevistados.

Os professores P4, P9 e P10 utilizam mais de uma fonte de pesquisa citando além de vários livros didáticos (P10), o material disponível no CRV (P9), a 1 coleção do GREF (2005) (P4).

Os professores P5, P6 e P8 deixaram como observação a importância de produzir um material mais voltado para o cotidiano do aluno: ' Abordar o tema de forma mais concreta e voltada para o cotidiano do aluno ' (P5); ' Seria de grande importância criar modelos didáticos para abordar o tema, tornando dessa forma, mais concreta essa abordagem ' (P6). O professor P10 acredita que se deve encontrar uma maneira mais clara de relacionar as transformações isotérmicas e adiabáticas com situações reais e elogia o livro do GREF (2005) no que se refere ao conteúdo de termodinâmica.

Outras considerações e observações que os professores julgaram importantes: ' Abordar o funcionamento das máquinas térmicas e significado do termo BTU nos condicionadores de ar ' (P7)

Diante dessas observações reforça-se a necessidade de um material didático que apresente uma metodologia capaz de explicar a Termodinâmica de forma contextualizada e voltada para o cotidiano do aluno, que auxilie o professor no planejamento de suas aulas.

## Uma proposta de ensino para termodinâmica

O produto educacional desta pesquisa é um material didático composto por um caderno de atividades que permite trabalhar a geladeira e seu funcionamento e conteúdos informativos: sete textos que abordam: Aspectos históricos das máquinas térmicas; Composição da geladeira e uma síntese do seu funcionamento; Leis da termodinâmica; Gás usado nos refrigeradores e as transformações adiabáticas. Esse material destina-se principalmente aos professores de Física do Ensino médio e tem por principal objetivo auxiliar na discussão do conteúdo, possibilitando aulas mais contextualizadas, ilustradas e interessantes.

Na problematização inicial apresenta-se um texto sobre a geladeira e questões relacionadas com a temática central para discussão com os alunos. Durante esta discussão podem surgir também outras questões ou situações trazidas pelos próprios alunos que servirão para enriquecer a discussão. A discussão deve permitir que apareçam algumas ideias prévias dos alunos sobre o assunto a ser tratado e fazer surgir no aluno a necessidade de buscar novos conhecimentos.

Na organização do conhecimento utiliza-se uma animação 'A geladeira ' 2 como forma de reforçar o tema abordado, juntamente com perguntas que podem contribuir para a organização do conhecimento. São trabalhados também textos informativos que devem ser discutidos em sala de aula. O professor deve aproveitar o momento para expor o conteúdo explorando especificamente: histórico dos refrigeradores, funcionamento da geladeira, primeira e segunda leis da

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termodinâmica, expansão adiabática, trabalho, pressão, volume, temperatura de um gás, geladeira e meio ambiente.

Na aplicação do conhecimento é importante rediscutir as questões da problematização inicial. Sugere-se, também, a aplicação de dois experimentos que reforçam o conceito de trabalho realizado pelo e sobre o gás e outras atividades que vão explorar as leis da termodinâmica e as trocas de calor.

## Considerações finais

Os dados obtidos na pesquisa indicam que a grande maioria dos professores trabalha a Termodinâmica, no entanto, evidencia-se nas respostas dos professores a dificuldade de sair da sequência tradicional para uma sequência mais contextualizada. Desta maneira, destaca-se a importância de se desenvolver um módulo didático de Termodinâmica, voltado para o cotidiano do aluno, em acordo com as orientações dos PCN (2006). A contextualização favorece a motivação do aluno, por dar sentido àquilo que ele aprende, fazendo com que relacione o que está sendo ensinado com sua experiência cotidiana.

Assim, neste trabalho foi apresentada a proposta de ensino do tópico máquinas térmicas, contextualizada pela discussão do funcionamento da geladeira. O próximo passo será aplicar esta proposta a alunos do ensino médio, verificando o grau de envolvimento destes com o tópico e a assimilação do conteúdo.

## Referências

BRASIL. Ministério da Educação. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio ( PCNEM ). Brasília: MEC/SEMTEC, 2000.

BRASIL. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCN+ Ensino Médio : Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: Ministério da Educação, 2006.

DELIZOICOV; Demétrio; ANGOTTI, José A. Física . 2. ed. São Paulo: Cortez, 2003.

DELIZOICOV, Demétrio; ANGOTTI, José. A.; PERNAMBUCO, Marta M. Ensino de Ciências: Fundamento e métodos. São Paulo, Cortez, 2011.

DELIZOICOV, Demétrio. Problemas e problematizações. In: PIETROCOLA, Maurício. Ensino de Física. Florianópolis: EDUFSC, 2002.

GREF: GRUPO DE REELABORAÇÃO DO ENSINO DA FÍSICA. Física Térmica . HOSOUME, Yassuko; MENEZES, Luís Carlos de (Coord.). São Paulo: EDUSP, 2005.

MENEZES Marcos Vinícius M.de. , Aquecedor solar: uma possibilidade de ensino de física através de temas geradores. União das Instituições de Ensino Superior de São Paulo. In: XVIII SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 2009.

POGLIA, Rodrigo; STEFFANI, Maria Helena. O Refrigerador Doméstico Como Instrumento Motivado para o Ensino de Física Térmica. In: XX SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, SNEF, 2013.

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