Ensino de Física à baixo custo: Utilização do forno solar na aprendizagem da Termodinâmica

## Ensino de Física à baixo custo: Utilização do forno solar na aprendizagem da Termodinâmica

## Jefferson Augusto de Oliveira Galindo 1 Jandrews Lins Gomes 2

## Resumo

O artigo trata do relato, do estudo e dos resultados obtidos após a realização de uma intervenção pedagógica realizada numa turma do ensino médio situado em uma escola do interior de Pernambuco. O trabalho traz como seu principal objetivo o ensino de física, mais especificamente da área da termodinâmica com caráter de utilização experimental à baixo custo. A utilização de materiais recicláveis nos dá a possibilidade da criação de experimentos muito úteis em sala de aula, que podem vir a ser uma ferramenta prática para a melhora da qualidade do ensino-aprendizagem no dia-a-dia do professor e do aluno. Na prática pedagógica foi utilizado um fogão solar como experimento que foi confeccionado totalmente a partir de materiais recicláveis de maneira simples e barata. Este foi utilizado e manuseado pelos próprios alunos. Por ser também um objeto que pode ser utilizado no dia-a-dia, o aluno pode perceber e realizar uma analogia muito agradável aos olhos quando se pode relacionar facilmente o fogão solar como experimento à vivência diária, vendo a física como parte de um objeto real, extrapolando os limites da imaginação do aluno. Podemos concluir com esse trabalho que o aluno sofre com a necessidade de ver na prática o que lhe é exposto apenas na teoria e conseguimos mostrar uma maneira alternativa da utilização desse método, de maneira fácil e de baixo custo.

Palavras-chave : Fogão Solar; Termodinâmica, Ensino de Física, Experimentação.

## Introdução

O ensino de física, atualmente, tem se tornado cada vez mais importante para a formação dos alunos, principalmente a nível médio, uma vez que, a física está relacionada à diversas áreas do conhecimento que podem ser observadas no nosso cotidiano, como, por exemplo, as engenharias, as áreas da tecnologia, biologia, astronomia, agronomia, etc. Por esse motivo, conforme Rocha Filho et al. (2007), a escola se mostra a cada dia inábil na modificação de suas bases, estagnando no classicismo e não se adaptando à realidade atual, inibindo totalmente a criatividade, competência e a autonomia racional de cada indivíduo, se mantendo estagnada na autoridade. Assim, os métodos e ferramentas de ensino têm se tornado cada vez mais escassos e a cada dia novos artifícios são necessários, a fim de auxiliar o aprendizado de um assunto por muitas vezes

definido como sendo de difícil compreensão, visualização e sem utilidade nenhuma no dia-a-dia, principalmente com a dificuldade de montagem de laboratórios e salas de estudo, principalmente em relação á física.

- O aluno instintivamente sente a necessidade de ser um personagem participante em sala de aula, de negar a condição imposta sobre ele de ser apenas um observador, apenas um receptor do conhecimento. Ele sente a falta de ser também um pesquisador, um descobridor do conhecimento. De acordo com Demo (2000), abordada dessa maneira a pesquisa passa a ter um significado e uma utilidade muito mais abrangente do que a habitual, podendo ser utilizada como uma ferramenta de ensino de extrema utilidade, realizando a construção de um ambiente diário entre o professor e o aluno, indo muito além da pesquisa apenas reservada aos cientistas. A pesquisa acerca desse aspecto de reconstrução dos conceitos vivenciados de forma totalmente observacional, torna-se absolutamente relevante, tendo em vista que a aprendizagem, segundo Moraes (2004), se dá pela complexificação e pela construção do conhecimento incentivado e mediado pela pesquisa.
- O nosso trabalho de pesquisa sugere a realização de atividades com caráter experimental aplicadas em uma turma do ensino médio da escola pública Estadual Gonçalo Antunes Bezerra situada como extensão na escola Municipal José Paes Gramim localizada no bairro de Perpétuo Socorro, distrito do município de Alagoinha, interior de Pernambuco. O objetivo da intervenção pedagógica realizada foi apresentar ao aluno como a física pode ser vista e trabalhada de forma simples, barata e que pode ser muito prática no nosso cotidiano. Trabalhando os conceitos físicos nos fenômenos relacionados à nossa vida e buscando sempre o melhor entendimento e assimilação dos conteúdos trabalhados, podemos realizar a experimentação e a prática em sala de aula, retirando o manto de dificuldade e não dinamismo que esconde toda a beleza do que realmente é a física.
- O experimento utilizado trata da propagação de calor e como ocorre este fenômeno em um fogão solar feito com material reciclável, sendo aplicados os conceitos de calor sensível e latente, Lei zero e a primeira lei da Termodinâmica.

## Método e Material Utilizado

A intervenção pedagógica foi realizada por alunos do curso de licenciatura em Física do IFPE Campus Pesqueira com alunos de uma turma do segundo ano do ensino médio, com idade entre 15 e 18 anos, de uma escola do interior de Pernambuco. Devido à localização e a falta de estrutura da escola, como por exemplo, a falta de um laboratório de física ou de ciências (não exclusividade dessa escola), foi decidida a utilização de um experimento científico como metodologia pedagógica na turma escolhida como objeto de estudo o que, em primeiro plano, seria totalmente diferente da rotina de estudo vivenciada diariamente pelos alunos.

O experimento foi confeccionado utilizando isopor, uma caixa de papelão, uma placa de ferro, um pedaço de vidro e papel alumínio. A montagem do experimento consistiu em cortar o isopor com o intuito de fazer uma 'caixa interna' do tamanho da parte de dentro da caixa de papelão e revesti-la com papel alumínio. Realizada esta etapa do processo de montagem foi feita a medida da parte superior da caixa e feita um refletor com isopor revestido também com papel alumínio e colada a parte da aba traseira da caixa de papelão. O vidro foi utilizado como tampa do fogão. O pedaço de ferro pintado de preto foi colocado dentro do fogão, por ser um bom condutor térmico, quando exposto ao sol, a placa de ferro atinge uma temperatura elevada dentro do fogão fazendo com que a temperatura total do sistema se eleve consideravelmente.

Depois de realizada a montagem do experimento, conforme a Figura 1, foi posto dentro do fogão um pequeno recipiente com 50 ml de água e aferida a temperatura inicial da água pelo alunado. Passado certo período de tempo foi medida a temperatura final. Logo após, foram propostas as seguintes questões: O que mudou no sistema? O que é temperatura? O que fez aumentar a temperatura da água?

Figura 1: Fogão Solar

<!-- image -->

Segundo Resnick et al. (2009), a propagação do calor ocorre de três formas: condução, convecção e radiação térmica. Os três tipos de propagação de calor podem ser facilmente observados pelos alunos no experimento do fogão solar. A placa de ferro aquece dentro do fogão quando o mesmo é exposto ao sol por meio de irradiação solar, ao passo que, o recipiente colocado sobre a chapa é aquecido por meio da condução térmica que aquece por sua vez a água. O sistema eleva sua temperatura através da condução e da convecção, tanto na água dentro do recipiente quanto no ar dentro do fogão. É perceptível que o sistema é quase isolado do meio externo, por não permitir condução térmica entre a parte interior do fogão e suas paredes internas feitas de isopor. O

ar dentro do sistema é impedido de sair por causa da tampa de vidro, evitando assim a troca de calor com o meio externo, além do mais, como as paredes são revestidas com papel alumínio, não é permitida a troca de calor por meio de irradiação nas laterais do fogão. O refletor posto sobre o fogão auxilia na reflexão das ondas provenientes do sol, como exposto na Figura 2.

Figura 2: Ilustração da Irradiação dentro do Fogão . 1

<!-- image -->

Sendo assim, podemos relacionar a temperatura com a Lei zero da termodinâmica e cogitar as formas de propagação do calor aplicadas sobre o fogão solar trabalhando também os conceitos da primeira lei, temas bem relacionados pelos autores Kazuhito e Fuke (2010) no livro didático utilizado pelos alunos em sala de aula.

GLYPH&lt;31&gt;

## Resultados Obtidos

No primeiro momento ao realizar uma discussão oral, é notável que o aluno procure diversas formas de construir possíveis teorias para explicar o que acontece no experimento, com isso, foram anotadas com o auxílio de quadro e giz todas as considerações feitas pelos alunos para tentar aproveitar totalmente o conhecimento prévio, que é abordado de forma categórica por Piaget (1973) que enfatiza totalmente o saber do aluno, toda sua vivência e seu desenvolvimento ao entrar em contato direto com o objeto trabalhado, construindo de forma intuitiva o conhecimento científico relacionado à determinado experimento. Isto é, o aluno tenta de algum modo pensar de maneira científica, desabrochando a curiosidade acerca do experimento realizado, sendo uma ferramenta de muita utilidade para o professor. Segundo Demo (2000), no contexto da educação pela experimentação, pela pesquisa, o aluno se assume como principal responsável do processo de ensinoaprendizagem toda vez que ele se manifesta, argumenta acerca de algum assunto, com isso, ele está intencionalmente ou não, construindo o conhecimento e tirando as dúvidas possíveis com o auxílio do professor no ambiente de sala de aula, situação vivida na pele pelos alunos ao manusearem o experimento e fazer todas as aferições e medidas necessárias para a verificação do experimento. Muitas dúvidas surgiram e puderam ser esclarecidas pelos licenciandos envolvidos na intervenção. Com isso, os alunos entram no contexto da educação pela experimentação, pela curiosidade, pelo simples fato do gosto pela ciência, como exposto nas Figuras 3 e 4.

Figuras 3 e 4: Alunos Realizando as Aferições com um Termômetro

<!-- image -->

Além de ser um método diferente do habitual é evidente que o aluno necessita de alguma atratividade em sala de aula para reagir positivamente ao que está sendo aplicado, criando desse modo uma interação importante entre o professor e o aluno, tendo como intermediador o conteúdo abordado no experimento. Indivíduos que aprendem de forma prazerosa aprendem mais eficientemente, para Lucie (2005), é preferível o ensino em forma dinâmica, como que em uma brincadeira, ao invés de lecionar chateando o aluno, fazendo com que ele sinta um desprazer ao confrontar determinado conteúdo, desse modo podemos perceber que houve uma reação muito positiva quanto à metodologia apresentada ao alunado. A experimentação, a prática utilizada na intervenção pedagógica foi totalmente diferente e teve um formato novo para os alunos, o que facilitou muito a aplicação dos conteúdos de Termodinâmica trabalhados com alunos na realização da intervenção.

Trabalhando em números, após uma avaliação escrita ao final da intervenção pedagógica, relacionamos os conteúdos específicos trabalhados em sala de aula com o auxílio experimental, sendo assim, pode ser constatado que 80% dos alunos responderam de forma satisfatória todas as questões específicas que não necessitavam de alguma ferramenta matemática. Porém, parte do alunado sente algum tipo de dificuldade quanto à utilização do conteúdo da matemática e isto foi visto quando tratadas as questões que precisariam da mesma, para que pudessem ser resolvidas, como, por exemplo, o cálculo do calor sensível de 50ml de água antes e depois da aferição realizada por eles, o que foi uma aplicação simples do que pode ser observado no fogão solar. Logo, 66,6% dos alunos responderam de forma completamente satisfatória todas as questões propostas que precisava ser aplicada matemática.

Na mesma avaliação, quando questionados de forma discursiva se a utilização do experimento melhorou a visualização dos conceitos, que geralmente são aplicados de forma clássica, e se a aplicação prática da física melhorou de alguma maneira o jeito com que eles viam a mesma. A resposta foi quase unânime: 93,3% dos alunos responderam de forma positiva, sendo que, os que tiveram uma reação contrária afirmam que não sentem nenhum tipo de afinidade com a física, o que dificulta o gosto pela ciência.

Fazer uma investida no objeto concreto, segundo Moraes e Mancuso (2004), não quer dizer somente que irá atrair o aluno pelo simples fato de ser algo não visto no cotidiano escolar, mas a atividade experimental pode, sem dúvida, aproximar as várias vertentes do conhecimento do aluno. Além disso, a atividade prática relacionada não só a física, mas nas diversas áreas do conhecimento melhoram a visão do aluno quanto ao saber propriamente dito, promovendo o aprofundamento teórico do objeto estudado.

Observamos que os alunos, tendo facilidade de ver a aplicação do experimento conseguiram perceber como a física pode ser bastante útil no dia-adia, pois utilizando o fogão solar de forma prática podemos trabalhar os conceitos de calor, temperatura e as primeiras duas leis da Termodinâmica de

forma simples e atrativa, aplicando-as a um experimento de relativa facilidade de visualização, produção e acessível quanto a obtenção dos materiais utilizados. Por serem totalmente recicláveis, o custo de obtenção dos materiais necessários é quase nulo para a confecção e utilização do experimento.

## Considerações Finais

Após realizada a intervenção, podemos perceber uma grande diferença entre a tentativa de fazer com que o aluno, tendo papel apenas de receptor do conhecimento, construa toda sua parte intelectual de maneira meramente reprodutiva e a utilização da educação sendo trabalhada a partir de métodos experimentais, o que faz com que o aluno literalmente coloque a 'mão na massa', que seja um participante ativo dentro do ambiente escolar. Educar pela pesquisa é um método totalmente aceitável que não deve ser desprendido do ensino tradicional, mas deve, sem dúvida, estar diretamente ligado aos conceitos teóricos aplicados dentro de sala de aula. Vale ressaltar também que o discente além de aprender de maneira prática, tem a precisão de ver de modo funcional o que lhe está sendo apresentado. Caso não haja nenhuma ligação, relação, exemplificação, aplicação real entre o conteúdo e o cotidiano o objeto de estudo passa a ser totalmente inútil, de difícil compreensão, importuno, irritante, sem absolutamente nenhuma atração aos olhos do aluno. O experimento utilizado na intervenção pode comprovar que ao se envolver com o objeto de estudo o aluno se mostra cada vez mais interessado, curioso e aplicado ao estudo das ciências, principalmente da física.

Notamos também que apesar de todas as adversidades quanto ao ensino de caráter ativo, de pesquisa, existem muitas possibilidades de criação de experimentos acessíveis a grande maioria das pessoas. Citamos como exemplo o experimento utilizado nesta intervenção pedagógica que demonstrou satisfatoriamente que experimentos podem ser criados e utilizados em escolas que não têm possibilidade de conseguir experimentos muito complexos, como os encontrados em laboratórios sofisticados que têm um alto custo no mercado. Cabe, em primeiro lugar, ao professor pesquisar maneiras de como confeccionar e utilizar os experimentos no seu ambiente de trabalho, procurando ter o conhecimento de como aplicá-los e relacioná-los de maneira prática com os conceitos teóricos aplicados de forma correta em sala de aula.

A realização da atividade pedagógica pode nos mostrar que o professor ao ter em mãos um objeto construído totalmente a partir de materiais recicláveis pode trabalhar conceitos físicos em objetos de baixo custo, como o fogão solar, por exemplo, que tem uma utilidade prática muito útil podendo ser utilizado para fins culinários sem o consumo de gás ou de nenhuma forma de energia exceto a radiação solar, que podemos obter de graça no quintal de casa. Podemos verificar que existe ainda a possibilidade de trabalhar os conceitos teóricos fazendo uma excelente analogia com a realidade, que como citado anteriormente, tem um significado grandioso quando tratamos da construção do conhecimento de maneira prática e eficiente.

Podemos concluir também que é extremamente relevante o fato de que novas ferramentas de ensino precisam ser desenvolvidas a cada dia para suprir a necessidade de adaptação à realidade atual do ensino. Professores limitados à prática clássica de escola podem vir a prejudicar todo o processo de ensinoaprendizagem e quanto mais distante do aluno ele estiver, quanto mais esta relação se sentir abalada, piores serão os efeitos e ainda mais catastróficos serão os resultados obtidos no final do processo, não podendo de forma alguma colocar todo o peso da falta de produtividade no aluno, o ser que mais necessita do conhecimento abordado nos vários anos de estudo impostos sobre ele. A criatividade, o poder de ação, a pesquisa, a interação são itens que devem obrigatoriamente serem estimulados a todo instante pelo professor, objetivando edificar a autonomia nos seus alunos.

Portanto, para que se possa estabelecer uma base sólida de educação e formação de qualidade, precisamos como educadores, acima de tudo, colocar o aluno como centro das atenções e como objetivo principal do processo de ensino-aprendizagem, sendo assim, a sociedade como um todo tem a ganhar muito com isso em um futuro não muito distante.

## Referências Bibliográficas

ARAÚJO, Mauro S. T.; ABIB, Maria L. V. dos Santos. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 25, no. 2, 2009.

BORGES, A.T. Cad. Brás. Ens. Fís., v. 19, n.3: p.291-313, 2002.

DEMO, Pedro. Educar pela Pesquisa. 4ª ed. Campinas: Autores Associados, 2000.

FREIRE, Paulo. Educação como prática da liberdade. 17ª ed. Rio de Janeiro, Paz e Terra, 1979.

FREIRE, Paulo. Pedagogia do Oprimido. 13ª.ed. Rio de Janeiro, Paz e Terra (Coleção O Mundo, Hoje,v.21), 1983.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos De Física, Gravitação, Ondas e Termodinâmica. Vol. 2, pág. 183-200, 8ª ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2009.

PIAGET, Jean; A Linguagem e o Pensamento da Criança. 3ª ed. Rio de Janeiro: Editora Fundo de Cultura, 1973.

KAZUHITO, Yamamoto; FUKE, Luís Felipe. Física para o Ensino Médio, Termologia, Óptica e Ondulatória. Vol.2, pág. 10-108, 1ª ed. São Paulo: Editora Saraiva, 2010.

LUCIE apud CAD. BRÁS. ENS. FÍS. v.22, n.3: p.301-302, dezembro de 2005.

MATOS, Maria G.; VALADARES, Jorge. O Efeito da Actividade Experimental na Aprendizagem da Ciência Pelas Crianças do Primeiro Ciclo do Ensino Básico.

Investigação em Ensino de Ciências, Rio Grande do Sul, v. 6, n. 2, p. 227-239, 2001.

MORAES, Roque; MANCUSO, Ronaldo. Educação em Ciências - Produção de Currículos e Formação de Professores. Ijuí: UNIJUI, 2004.

NUSSENZVEIG, H. Moysés. Curso de Física Básica, Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor. Vol.2, pág. 156-176, 4ª ed. São Paulo: Editora Edgard Blücher, 2002.

RAMOS, Luciana Bandeira da Costa; ROSA, Paulo Ricardo da Silva. O Ensino de Ciências: Fatores Intrínsecos e Extrínsecos que Limitam a Realização de Atividades Experimentais pelo Professor dos nos Iniciais do Ensino Fundamental. Investigação em Ensino de Ciências, Rio Grande do Sul, v. 13, n. 3, p. 299-331, 2008.

ROCHA FILHO, João Bernardes; BASSO, Nara Regina de Souza.; BORGES, Regina Maria Rabello. Transdisciplinaridade - a natureza íntima da educação científica. Porto Alegre: EDIPUCRS, 2007.

VILLANI, Carlos Eduardo Porto; NASCIMENTO, Silvania Sousa. A Argumentação e o Ensino de Ciências: Uma Atividade Experimental no Laboratório Didático de Física do Ensino Médio. Investigação em Ensino de Ciências, Rio Grande do Sul, v. 8, n. 3, p.187-209, 2003.

ZANON, Lenir B. &amp; SILVA, Lenice H. A. A Experimentação no Ensino de Ciências. In: SCHNETZLER, Roseli P., ARAGÃO, Rosália M. R. (org.) Ensino de Ciências: fundamentos e abordagens. Piracicaba: CAPES / UNIMEP, 120-53, 2000.