REVISITANDO O CONCEITO DE VELOCIDADE UTILIZANDO A ABORDAGEM C-T-S-A (CIÊNCIA - TECNOLOGIA - SOCIEDADE - AMBIENTE) NO CONTEXTO DA EDUCAÇÃO BRASILEIRA

## REVISITANDO O CONCEITO DE VELOCIDADE UTILIZANDO A ABORDAGEM C-T-S-A (CIÊNCIA - TECNOLOGIA - SOCIEDADE AMBIENTE) NO CONTEXTO DA EDUCAÇÃO BRASILEIRA

## Rubens Gedraite 1 , Rodrigo Sislian , Leonardo dos Santos Gedraite , Eduardo 2 3 Kojy Takahashi 4

1 UFU/ Instituto de Física, rgedraite@feq.ufu.br

2 Instituto Federal de São Paulo / Campus Guarulhos, rodrigo@ifsp.edu.br

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UFU/Instituto de Biologia, lgedraite@bio.ufu.br

4 UFU/Instituto de Física, ektakahashi@ufu.br

## Resumo

O trabalho apresenta uma contribuição ao ensino de Física no Ensino Médio, focando o emprego de situação contextualizadora como ferramenta didática para apresentação do conteúdo. O trabalho foi desenvolvido como atividade didática em projeto de iniciação científica com alunos de Ensino Médio no âmbito da UFU. Foram discutidos os aspectos relacionados à necessidade do aluno participar ativamente do processo de construção do conhecimento, envolvendo desde o desenho instrucional até a maneira investigativa de construir o conhecimento, com base nos três momentos pedagógicos de Delizoicov e também na abordagem CTSA. A solução cooperativa de um problema é o ponto central abordado neste trabalho. Foi sugerido o emprego de recursos de tecnologia de informação e de comunicação no modelo de apropriação do conhecimento por parte do aluno. O emprego de fóruns foi considerado essencial no processo de apropriação do conhecimento. A ideia principal é combater o processo de 'especialização' pelo qual passam muitas das disciplinas ministradas aos alunos do Ensino Médio, levando a uma padronização na maneira de trabalhar os conhecimentos e, por consequência, no processo de apropriação destes pelos alunos. Não se levou em consideração na abordagem desenvolvida neste trabalho as eventuais limitações de infraestrutura da escola e de conhecimentos por parte dos professores.

Palavras-chave: Problematização, aprendizagem significativa, CTSA

## Introdução

O ensino, de um modo geral, está muito influenciado por questões relacionadas ao tema Ciência e Tecnologia. Esta influência é significativa a tal ponto que se pode inclusive afirmar que existe a tendência à autonomização da razão científica em praticamente todas as esferas do pensamento humano. Essa autonomização resultou em um novo paradigma para o processo de ensino e aprendizagem, evidenciando uma mudança de postura nos jovens, que passaram a enxergar no progresso tecnológico as oportunidades de crescimento pessoal e social (BERNARD e CROMMELINCK,1992). As sociedades modernas passaram a confiar na ciência e na tecnologia como a salvação da humanidade. A lógica do comportamento humano passou a ser a lógica da eficácia tecnológica e, neste contexto, o processo de ensino e de aprendizagem necessita ser readequado (BAZZO, 1998).

ROBERTS (1991) contextualiza as grades curriculares com ênfase em CTSA como aquelas que tratam das inter-relações entre explicação científica,

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26 a 30 de janeiro de 2015

planejamento tecnológico e solução de problemas, e tomada de decisão sobre temas práticos de relevância social e ambiental. Tais grades curriculares apresentam uma concepção de: (i)ciência como atividade humana que tenta controlar o ambiente e a nós mesmos, e que é intimamente relacionada à tecnologia e às questões sociais e ambientais; (ii) - sociedade que busca desenvolver, no público em geral e também nos cientistas, entendimento abrangente de como são tomadas decisões sobre problemas sociais relacionados à ciência e tecnologia; (iii)aluno como alguém que seja preparado para tomar decisões coerentes e adequadas e que compreenda a base científica da tecnologia e a base prática das decisões; e (iv)professor como aquele que desenvolve o conhecimento de e o comprometimento com as inter-relações complexas entre ciência, tecnologia e decisões.

Este trabalho foi desenvolvido com alunos do Ensino Médio, vinculados ao Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica para o Ensino da Universidade Federal de Uberlândia (UFU). A proposta do trabalho foi abordar a questão da metodologia de ensino de Física, baseada em situações concretas como ferramentas de apoio ao processo de ensino e aprendizagem (KÖHNLEIN; PEDUZZI, 2002). O trabalho apresenta uma contribuição ao tema, analisando a importância do emprego de situação problematizadora sobre o tema velocidade de um processo típico utilizado pela indústria de processamento de produtos alimentícios. A experiência foi realizada ao longo de dois semestres letivos do ano de 2012, tendo como público alvo alunos do Ensino Médio regularmente matriculados na rede pública de ensino.

## Detalhamento das Atividades

A primeira atividade desenvolvida consistiu em apresentar aos alunos envolvidos no projeto o problema a ser abordado. Para tanto, se deve levar em consta que o consumo de produtos alimentícios industrializados vem crescendo sistematicamente nos últimos anos. Neste cenário, uma das maiores preocupações da indústria alimentícia sempre foi a preservação da qualidade de seus produtos após sua fabricação. Atualmente são usadas várias técnicas de preservação que inibem ou eliminam as transformações químicas, bioquímicas e biológicas indesejáveis nos mesmos (BANSAL; CHEN, 2006).

Além da conservação do produto, muita atenção vem sendo dada à higienização das superfícies dos equipamentos utilizados na preparação dos alimentos para que não haja a proliferação de microrganismos, contaminação por produtos estranhos ao processo ou resíduos de processamentos anteriores.

A quantidade de água gasta nos processos de limpeza, em especial nos processos CIP, vem aumentando muito a cada ano, em decorrência da intensificação da produção de alimentos. Por se tratar de tema definido pelos órgãos de vigilância sanitária, não são poupados esforços para assegurar que o processo de limpeza dos equipamentos seja adequado e aderente aos critérios estabelecidos na legislação em vigor. Entretanto, este fato tradicionalmente implica na utilização, por parte da comunidade industrial, de maior quantidade de insumos do que aqueles que seriam necessários e tecnicamente suficientes para atender aos requisitos técnicos estabelecidos nas leis aplicáveis (GEDRAITE et al. , 2013).

Por serem procedimentos que requerem paradas de produção, os processos de higienização, muitas vezes, são realizados de forma negligenciada pelas empresas. Portanto, é de fundamental importância que sejam estudados e

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otimizados, através do estabelecimento das cinéticas de remoção de resíduos de cada etapa do processo.

Um processo de higienização é composto pelas seguintes etapas: prélavagem, circulação de solução detergente, enxágue e circulação de solução com ação antimicrobiana (sanificante). As etapas estudadas serão: aplicação de solução do detergente e o enxágue. A primeira consiste na ação do detergente sobre os resíduos para que estes sejam removidos da superfície dos equipamentos. O enxágue se caracteriza pela passagem de água no equipamento com função de remoção do detergente químico utilizado e dos resíduos deslocados pelo mesmo.

Dois parâmetros são tipicamente envolvidos em processos desta natureza, a saber: vazão de escoamento e temperatura. O primeiro está relacionado com a ação cisalhante proporcionada pela solução de detergente e água de enxágue sobre a superfície, enquanto o segundo permite melhor solubilização dos resíduos, facilitando sua remoção.

- O equipamento utilizado neste trabalho foi um trocador de calor do tipo casco e tubos, de difícil higienização, pois as temperaturas envolvidas durante seu funcionamento acarretam, entre outros, na desnaturação proteica que dificulta a retirada dos resíduos, obrigando a realização de paradas mais frequentes (GEDRAITE et al., 2011). A Figura 1 apresenta o processo estudado.

Figura 1: Trocador de calor estudado no processo

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Em um sistema de limpeza CIP, o tempo de escoamento das soluções, em cada etapa do processo de higienização, é o parâmetro de maior facilidade de manipulação e, por isso, o fator preferido de redução. Porém, se alterado de forma não criteriosa pode ocasionar a não efetividade do processo.

Na definição do plano de atividades desenvolvidas no projeto, considerouse : (i-) a recomendação atual de maior preocupação do ensino médio com o desenvolvimento de habilidades e competências do que com o aprofundamento dos conhecimentos (BRASIL, 2002; MINAS GERAIS, 2007) e ( ii)a mudança do papel do professor, que passa a assumir a função de fomentador de ideias e de discussões sobre o tema abordado em sala de aula (MASETTO, 1992). Neste sentido, a situação contextualizadora passa a desempenhar um papel importante para o trabalho de construção do conhecimento (LABRA; GRAS-MARTÍ; MARTÍNEZ-TORREGROSA, 2005).

Com base na metodologia proposta por Freire (2005), foram formuladas situações presentes no universo cultural dos estudantes e relacionados com os conteúdos a serem trabalhados. O referencial teórico para a elaboração do trabalho

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foi os três momentos pedagógicos proposto por Delizoicov et al. (2002) . Complementarmente, foi considerado o fato de que o projeto de aula deve contemplar os aspectos relacionados a: ( i)conhecimentos, ( ii)competências e habilidades e ( iii)atitudes que os alunos devem apresentar antes e depois de terem tido contato com o tema. Foram também discutidas as questões relativas à velocidade com que a remoção dos resíduos ocorre.

Não se discutiu a questão da pertinência de se construir um conhecimento novo no caso de existirem lacunas de conhecimento por parte do aluno, haja vista o fato de que o tema proposto no projeto foge aos conteúdos tradicionalmente abordados no Ensino Médio. Chegou-se à conclusão de que sob o ponto de vista pedagógico, não haveria o menor sentido em se querer que o aluno já possuísse um conjunto prévio de conhecimentos, habilidades e atitudes necessários à contextualização do tema estudado. Aliás, neste cenário, foi decidido que os conteúdos necessários seriam trabalhados durante o projeto, visando minimizar o impacto negativo causado pela existência de lacunas de conhecimento e pela desconexão do projeto com a realidade dos alunos. Partiu-se, portanto, da premissa de que o aluno apresentasse um conjunto mínimo de 'subsunçores' para poder participar de maneira ativa do processo de apropriação dos conhecimentos (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980). A opção pelo Ensino Baseado na Experimentação teve por premissa a questão da contextualização do objeto de estudo. Partindo-se de uma situação concreta, a aprendizagem pode se tornar significativa e podem-se trabalhar aspectos que são potencialmente mais amplos. Foi considerado no contexto deste trabalho que a problematização é essencial no processo de apropriação do conhecimento pelo aluno e que o professor deve atuar como um viabilizador do processo que permite ao aluno construir o conhecimento. Na sequência, foi abordada a questão de como se pode caracterizar adequadamente uma situação problematizadora (MOREIRA, 2010). Os pontos chaves identificados foram: (a)- o professor deve identificar as limitações que o aluno apresenta antes de pensar na situação problematizadora e (b)- o professor deve formular perguntas abertas e indiretas, pois neste procedimento é de fundamental importância o processo de pensar a resposta.

## Análise e Discussão do Relato

Foi definida a seguinte situação contextualizadora: ( i)como avaliar a velocidade com a qual o(s) processo(s) de limpeza do equipamento ocorre(m)? e (ii)seria possível gastar menos água se o processo de limpeza fosse conduzido mais rapidamente?

No Quadro 1 são apresentadas as competências, habilidades e atitudes que foram previamente trabalhadas e desenvolvidas pelos alunos durante o transcorrer do projeto e que servem de suporte para a abordagem CTSA.

Os resultados obtidos com os experimentos são apresentados na Figura 2. Foi utilizado o pH da água de limpeza como variável do processo que permitiu o acompanhamento da limpeza do trocador de calor. Foram testadas diferentes vazões de água de limpeza, de modo a permitir uma análise mais ampla do cenário contextualizado. O pH foi medido por meio de um medidor de pH, disponível na UFU, tipicamente utilizado em aulas de laboratório de Química.

Os dois temas propostos como situação contextualizadora focam o entendimento de que as velocidades com que o processo de limpeza ocorre são

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significativamente diferentes entre si, dependendo da vazão de água utilizada e, também, da questão de que o volume de água gasto varia com o valor da vazão e com o tempo de operação. Outro conceito interessante que também foi abordado na situação contextualizadora adotada foi o conceito de incerteza que afeta os valores medidos. No cotidiano, muitas vezes não se presta atenção a este aspecto, que se não for adequadamente analisado pode contribuir para consolidar no estudante a ideia de que o instrumento utilizado na medição está sempre correto e de que não existem erros de medição (SASSERON; CARVALHO, 2010).

Quadro 01: Competências, habilidades e atitudes desenvolvidas

Figura 2: Velocidade de variação do pH

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As análises dos resultados experimentais coletados foram incentivadas a partir de questionamentos feitos pelo professor e por processos de busca (dirigida) de resposta, visando à consolidação da atitude de buscar o conhecimento junto aos alunos envolvidos.

As questões postas permitiram trabalhar os conceitos de velocidade do processo de limpeza, de vazão de água empregada e de volume de água gasto no processo. Complementarmente, permitiu identificar de maneira qualitativa os processos envolvidos na transmissão de calor (condução e convecção, essencialmente), compreender os efeitos da troca de calor (variação da

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temperatura). Adicionalmente, foi trabalhada a questão de como se deveria proceder para avaliar possíveis erros de medição cometidos durante o experimento, pois levou o grupo a discutir de maneira ampla a questão de como proceder para verificar a ocorrência de erros de medição e/ou constatarem que o elemento sensor usado poderia apresentar erros de medição, contribuindo, portanto, para a aquisição de novas competências.

Neste contexto, foi solicitado aos alunos envolvidos no estudo que calculassem os valores das vazões de água de limpeza, utilizando os valores medidos de: (i)variação de nível de água de limpeza coletada em um balde, (ii)do tempo de coleta e (iii)de uma balança de laboratório. Com base nos valores obtidos, realizassem uma investigação de como e por que ocorriam diferenças entre os valores calculados, por meio da leitura de artigos impressos ou disponíveis em sites na internet e discussões com outros colegas, sob a orientação do professor. A investigação orientada teve por premissa permitir aos alunos que percebessem quais seriam os fatores relevantes que estão presentes na determinação das incertezas e que são eles que respondem pelo fato da aparente contradição teórica, contribuindo para uma aprendizagem interdisciplinar e estimulando a capacidade de pensar de maneira integrada.

A determinação da velocidade do processo foi abordada de maneira intuitiva, considerando o formato das curvas de variação do pH. Foi solicitado aos alunos que avaliassem o intervalo de tempo correspondente ao trecho da curva em que a diminuição do valor do pH fosse mais acentuada. A partir da quantificação do intervalo de tempo e da variação do valor de pH foi feito o cálculo da velocidade de variação do pH com o tempo, de maneira similar ao cálculo da velocidade de um corpo em movimento na Mecânica.

O cálculo do volume de água gasto em cada processo de limpeza também foi avaliado de maneira intuitiva. Com base no procedimento utilizado para a medição da vazão e, também, nas curvas de variação de pH com o tempo, foi solicitado aos alunos que avaliassem graficamente o intervalo de tempo necessário para que o valor do pH alcançasse a 'cauda' da curva. Este intervalo de tempo foi assumido como sendo o necessário e suficiente para que a condição de limpeza fosse alcançada, haja vista o fato do valor do pH não mais apresentar variações significativas. A partir das informações anteriormente citadas, foi abordada a questão do cálculo do volume de água gasto, utilizando os princípios elementares de análise dimensional.

Como estratégia didática, foi adotado o uso de um fórum pelos alunos, no qual eles pudessem postar suas pesquisas, registrar suas dúvidas, discussões, conclusões etc. com o objetivo de se ter um registro do processo de apropriação do conhecimento sobre o tema.

Como atividade de generalização da investigação feita, o grupo de alunos teve que elaborar um relato de todo o processo de busca e aquisição do conhecimento adquirido para responder as perguntas feitas, postando tal relato no fórum, com o intuito de estimular o desenvolvimento da habilidade e o hábito de narrar e o uso de tecnologias da informação e comunicação na construção e divulgação do conhecimento científico (PEREIRA et al. , 2011).

Um aspecto não considerado anteriormente diz respeito à questão da criação da empatia entre o aluno e o professor. Em que pese o fato de que o emprego de situação problematizadora apresentar significativa contribuição ao

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processo de aprendizagem, para que o mesmo seja efetivo é necessária a existência de empatia entre as partes envolvidas no processo de ensino e aprendizagem. Isto é, o professor deve ser sensível às necessidades dos alunos, sendo capaz de escutar e entender suas mensagens (JÓFILI, 2002). Somente assim, o processo de apropriação do conhecimento pelo aluno poderá ter êxito.

Com base no que foi desenvolvido neste trabalho, é esperada a mudança de atitude do aluno em sala de aula, da posição de mero expectador para a de ator no processo de construção do conhecimento, fortalecendo a capacidade de escrita narrativa do aluno.

Uma questão que fica em aberto é a dificuldade da problematização de situações levando-se em consideração simultaneamente o conhecimento do aluno e o tempo disponível para se trabalhar este aluno na abordagem CTSA.

## Considerações finais

A solução cooperativa de um problema é o ponto central abordado neste trabalho. O processo de apropriação do conhecimento por parte do aluno é intrínseco às suas características de personalidade.

Os autores sugerem o emprego de recursos de tecnologia de informação e de comunicação no modelo de apropriação do conhecimento por parte do aluno. O emprego de fóruns foi considerado essencial no processo de apropriação do conhecimento. A ideia principal é combater o processo de 'especialização' pelo qual passam muitas das disciplinas ministradas aos alunos do Ensino Médio, levando a um processo de padronização na maneira de trabalhar os conhecimentos e, por consequência, no processo de apropriação destes pelos alunos.

Não se levou em consideração na abordagem desenvolvida neste trabalho as eventuais limitações de infraestrutura da escola e de conhecimentos por parte dos professores.

Os autores sugerem que a iniciativa seja continuada e que a pertinência e aplicabilidade desta proposta sejam debatidas com professores de Física e de Química do Ensino Médio, visando a adequação das mesmas à realidade de sala de aula.

## Agradecimentos

Os autores agradecem à UFU - Universidade Federal de Uberlândia, à PROPP - Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-graduação, ao NUTEC - Núcleo de Pesquisas em Tecnologias Cognitivas, ao Instituto Federal de São Paulo - campus GRU e ao CNPq pelo apoio concedido por meio do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica para o Ensino Médio.

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