OS GRAUS DE LIBERDADE INTELECTUAL DO ALUNO E O PROCESSO DE CONSTRUÇÃO DE UM AR CONDICIONADO CASEIRO: UMA PROPOSTA DIDÁTICA PARA O ENSINO DE TERMODINÂMICA

## OS GRAUS DE LIBERDADE INTELECTUAL DO ALUNO E O PROCESSO DE CONSTRUÇÃO DE UM AR CONDICIONADO CASEIRO: UMA PROPOSTA DIDÁTICA PARA O ENSINO DE TERMODINÂMICA

## Patrícia Ferreira de Souza , Mateus Gervasio Brandão , Sheila Gonçalves do 1 2 Couto Carvalho 3, Luiz Gonzaga Genovese4 .

- 1 UFG/Instituto de Física, patricia.souza013@hotmail.com
- 2 UFG/Instituto de Física, mateusgervasio@yahoo.com
- 3 Universidade Federal de Goiás/ Instituto de Física. sgcouto@ufg.br
- 4 Universidade Federal de Goiás/Pós-Graduação em Educação em Ciências e Matemática/Instituto de Física, lgenovese@ufg.br

## Resumo

Experiências no ensino de física são muito propaladas, na mesma intensidade que são empregadas e realizadas de forma demonstrativa como se fossem uma 'receita de cozinha', seja no ensino básico ou no ensino superior. Diante dessa situação, o presente trabalho tem como objetivo sugerir uma proposta experimental que sinalize a possibilidade de transformar as aulas experimentais demonstrativas em uma atividade participativa e reflexiva para aqueles que as cursam. Neste sentido, apresentamos uma proposta de experimento: a construção de um Ar Condicionado Caseiro no grau I de liberdade (ou seja, o professor apresenta o problema experimental, a solução e os meios para alcançar o resultado esperado. Ao aluno cabe a analise dos resultados) que, posteriormente, é transformada em um experimento de grau IV de liberdade (ou, em outras palavras, o docente somente apresenta o problema enquanto ao aluno cabe buscar meios para soluciona-lo e apresentar os resultados). Para realizar essa transformação, realizamos mudanças na estrutura de um roteiro experimental de grau I, no qual, as seções materiais utilizados, montagem e funcionamento do Ar Condicionado Caseiro (ACC) foram modificadas, bem como a fim de propiciar mais liberdade, participação e reflexão para o aluno.

Palavras-chave : experimentação; graus de liberdade; ensino de ciências.

## Introdução

É comum encontrar professores de física que apresentam dificuldades para ensinar determinados conteúdos a seus alunos de maneira prazerosa, significativa e contextualizada:

'Muitas são as críticas que costumam ser feitas ao currículo de Física do Ensino Médio em nossas escolas. Talvez a mais contundente seja o seu desligamento da realidade vivencial do aluno, o que tem como consequência a produção de textos e materiais didáticos tão ou ainda mais desligados dessa realidade' (ERTHAL; GASPAR, 2006, p. 346).

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Também é frequente professores e alunos indicarem que a física é uma disciplina difícil de ser ensinada e aprendida (BONADIMAN; NONENMACHER, 2007). Entendimento que serve de justificativa para explicar o desânimo e desinteresse dos alunos nas aulas de física e outras ciências. Porém, intrinsecamente indica um quadro de crise no ensino de ciências (FOUREZ, 2003; POZO; CRESPO, 2009). Uma das alternativas para o encaminhamento desta situação e, portanto, de uma mudança do comportamento e entendimentos dos alunos e professores sobre a física e a experimentação seria a inserção da experimentação por meio de experimentos de baixo custo no ensino da disciplina física (SANTOS; PIASSI; FERREIRA, 2004).No entanto, o que prevalece é a construção e o uso de propostas experimentais de baixo custo numa perspectiva demonstrativa ou fechada que é guiada por uma sequência de procedimentos na forma de cookbook ('livro de receitas').

## Referencial Teórico

Segundo a proposta apresentada por Carvalho (2010), as atividades experimentais podem ser enquadradas em cinco graus de abertura. Esses graus podem ser vistos na tabela a seguir:

Tabela 1: Graus de liberdade do professore do aluno em aulas de laboratório de Física. Na tabela a letra P refere-se a professor e a letra A a aluno.

Fonte Coleção de ideias em ação. Ensino de Física/ (Carvalho 2010, pág. 55)

No grau I de liberdade, o professor entrega para o aluno o problema, as hipóteses, o modo como fazer esse trabalho, a conclusão e o aluno apenas fará a obtenção dos dados. O que esquematiza bem a aula do tipo 'receita de cozinha', em que o aluno segue todos os passos que o professor apresentou. No grau II de liberdade, o professor também entrega o problema aos alunos, as hipóteses, o plano de trabalho e cabe ao aluno apenas obter os dados e tirar suas conclusões sobre esses dados. Já no grau III, o professor entrega o problema e as hipóteses e todo o resto fica a cargo do aluno, onde o professor convida esse aluno a obter um plano de trabalho para a obtenção dos dados e as conclusões a respeito desses dados. No grau IV de liberdade, o professor entrega o problema ao aluno e toda a parte intelectual e operacional é desenvolvida pelo aluno. Enquanto no grau V, todo o trabalho é realizado pelo aluno, desde encontrar um problema a ser estudado até encontrar um modo de como solucionar esse problema.

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Baseados em tais entendimentos (CARVALHO, 2010) apresentaremos num primeiro momento uma proposta experimental para a construção de um ACC na forma de uma 'receita de bolo' típica do grau I. No segundo momento propomos algumas questões e problemas, para que a mesma proposta (construção do ACC) se torne uma proposta de grau IV, objetivando um maior, envolvimento dos alunos com a atividade experimental e consequentemente com as aulas de física.

## Contexto de Construção da Proposta de Experimentação na Disciplina de Didática para o Ensino de Física

O presente trabalho é decorrente das atividades desenvolvidas na disciplina de Didática para o Ensino de Física (DEF) do curso de licenciatura em Física da Universidade Federal de Goiás. O professor iniciou seus alunos de DEF num trabalho de investigação. Mais especificamente, na construção de propostas experimentais de baixo custo que rompessem com a visão demonstrativa e/ou fechada da experimentação. Dentro deste contexto surgiu a ideia de transformar uma proposta experimental fechada de ar condicionado caseiro de grau I para uma de grau IV.

É necessário indicar que a imersão dessa proposta se deu no decorrer das atividades desenvolvidas na disciplina DEF, que nos guiou por meio da ideia de que os alunos poderiam obter uma formação mais significativa ao se apropriarem e desenvolverem o papel de autores e atores principais das suas próprias práticas. A disciplina promoveu leitura, construção de resumos, resenhas e debates dos textos de referencia (BRONOWSKY, 1982; MENEZES, 1988; CANAVARRO, 1999; CACHAPUZ et al., 2000; CARVALHO; GIL-PÉREZ, 2006; SANTOS; 2007; ...).

## A Importância de materiais de baixo custo

A utilização de materiais de baixo custo para a experimentação de fenômenos físico nas escolas se deve, ao menos, a duas potencialidades. A primeira é a capacidade de promover a curiosidade dos alunos. A segunda, é dar encaminhamento a problemas estruturais das escolas já que em muitos casos não possuem espaço físico, financiamento adequado, bem como instrumentos dedicados à experimentação de fenômenos físicos. Por esses motivos e a fim de facilitar a construção ACC é que decidimos trabalhar com matérias de baixo custo, assim qualquer aluno de instituição pública ou privada poderia realizar esta atividade.

E por estes e outros motivos não mencionados, escolhemos justamente um ACC, já que o aparelho de ar condicionado é muito usado pela sociedade que desfruta do mesmo, mas que em sua maioria não conhece seu funcionamento e muito menos a forma como a física atua no mesmo, além disso, como a maioria dos estudantes de escolas publica são de classe baixa ou classe média, muitos não o tem em suas residências, tendo acesso ao mesmo somente em ambientes públicos. Assim, não ao acaso apresentaremos um aparelho de refrigeração, sustentável e de baixo custo. Um experimento e objeto que segue as leis da termodinâmica, explorando conceitos de trocas de calor e em especial o de convecção.

## Objetivos

Diante do exposto acima, propomos o ACC como um experimento voltado a alunos do ensino médio, que inicialmente apresenta o laboratório de grau I. Após a

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aplicação do experimento, o discente poderá desenvolver suas habilidades aplicando novos materiais no experimento que permitirão uma mudança de níveis de liberdade, de forma que o professor proponha questões que instigam os alunos a encontrarem novas descobertas em seus conhecimentos. Segundo Carvalho (2010):

Desejamos que essas atividades deem oportunidade para que alunos, mesmo não conscientemente, superem as concepções empírico indutivista da ciência. Podemos observar esse ponto tão importante observando se os alunos, ao procurem resolver questões (experimentais) propostas pelos professores, levantam hipóteses a partir de seus conhecimentos prévios, submetendo essas hipóteses a provas. (CARVALHO, 2010 p. 58)

## Materiais para construção do ACC

- · Caixa de isopor ou Caixa Térmica;
- · Gelo;
- · Pedaço de cano de PVC
- · Cola para PVC;
- · Estilete ou Faca (cuidado com o manuseio);
- · Termômetro;
- · Coolers (encontrados em carcaças de computadores inutilizados);
- · Bateria de nove volts (9V).
- *Dica: No You Tube é possível encontrar vários vídeos que sugerem como fazer um ACC.

## Construção do ACC

Com um estilete e a ajuda de um compasso, faça dois furos na caixa de isopor, um no diâmetro do cano e outro no diâmetro do cooler . A seguir, encaixe o cano no furo e use a cola para vedá-lo (opcional), em seguida encaixe o cooler (se quiser, use novamente a cola para fixá-lo). Em seguida, coloque gelo no interior da caixa de isopor. Para colocar o ar condicionado em funcionamento, ligue a bateria de nove volts ao cooler preso à caixa. Pode-se também utilizar o termômetro para medir a mudança de temperatura num pequeno ambiente fechado. Além de estudar qual região possui menor temperatura após o ar condicionado caseiro ter sido ligado, se é aquela próxima ao solo ou aquela próxima ao teto.

- A partir desses passos os alunos já estão aptos para utilizar e estudar o ACC.

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Figura 1: Ar condicionado caseiro

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## Fenômenos Físicos

Neste experimento será analisada uma convecção forçada devido ao ACC. Segundo Sears e Zemansky (2003) convecção é a transferência de calor ocorrida pelo movimento da massa de uma região do fluido para outra região. Exemplos familiares incluem os sistemas de aquecimento de água em residências, o sistema de refrigeração do motor de um automóvel e o fluxo do sangue pelo corpo. Quando o fluido é impulsionado pela ação de um ventilador ou de uma bomba, o processo denomina-se convecção forçada, quando o escoamento é produzido pela existência de uma diferença de densidade provocada por uma expansão térmica, tal como a ascensão do ar quente, o processo denomina-se convecção natural ou convecção livre.

A convecção num gás ocorre quando uma região deste está mais aquecida que outra, assim, sua densidade é menor (está mais leve) na região mais quente e ele sobe (sofre um empuxo, Princípio de Arquimedes), enquanto o gás menos quente, portanto com densidade maior (mais pesado) desce para ocupar o lugar do gás que subiu. Desse modo a energia térmica vai se espalhando por todo o gás. No caso da formação dos ventos ocorre um processo semelhante, sendo que o calor que aquece as massas do ar é o calor irradiado pelo Sol que aquece a superfície da Terra, aquecendo, assim, o ar que está em contato com a superfície. O vento se forma nos movimentos realizados pelas massas de ar quente e frio.

## Transformando a proposta de laboratório de grau I em grau IV

Após o estudo e reflexão do aluno acerca dos conteúdos estudados e do primeiro contato com o experimento (ACC), acreditamos que seja o momento para o aluno avançar em seu estudo e começar a ser mais crítico e incisivo no processo da construção cientifica. Para tanto, o aluno precisa analisar o experimento que construiu seguindo os passos do grau I de liberdade, e sugerir as alterações que podem ser realizadas para aperfeiçoar o experimento. Deste modo, seriam necessários que questionamentos e testes fossem realizados para inovação do

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ACC. Para estimulo do aluno sugerimos que o professor provoque os discentes com questionamentos como por exemplo: realizar trocas de materiais, transformar o ACC em um aquecedor, levantar hipóteses sobre as mudanças da mecânica do funcionamento do experimento, questionar com os alunos se aquele de fato é o melhor método de funcionamento do experimento, realizar debates em grupos para o enriquecimento de ideias entre outros.

Acreditamos que dessa forma o aluno pode ser capaz de desenvolver de forma mais eficaz e duradoura sua capacidade de investigação e criação de novas ideias. Sendo que ao final do trabalho o mesmo terá suas próprias conclusões a respeito do ACC. Assim ao final do trabalho (com o grau IV) e após as expectativas e tentativas de realização do 'novo experimento' espera-se que o educando adquira características importantes no processo de crescimento e amadurecimento científico, como por exemplo, argumentação a partir dos dados obtidos, construção de justificativas que expliquem como o processo de experimentação foi realizado, no compromisso em realizar uma atividade escolar, criticidade em relação a como o professor propõe trabalhos, entre outros.

## Conclusão

Os questionamentos por parte de alunos e professores sejam elas em relação a problemática associada, a temática da experimentação, a possibilidade de mudança das matérias empregadas, o modo de construir o experimento, a elaboração de hipóteses sobre resultados esperados, e a forma como os discentes vão conduzir explicação do fenômeno são questões fundamentais para que conforme propõem Carvalho (2010) sejam alcançados a mudança de graus no experimento que enriquece o processo de aprendizagem. Se a interação entre professores e alunos for alcançada, acreditamos que está 'nova' proposta de ensino pode ajudar muitos educadores de física, a proporem aulas mais dinâmicas e abertas e que, acima de tudo, coloquem o estudante em lugar de destaque, de forma que o mesmo possa fazer reflexões, observações, montagens e conclusões com mais criticidade em experimentos associados às diversas áreas de conhecimento.

## Referências

BONADIMAN, H.; NONENMACHER, S. O gostar e o aprender no Ensino de Física: uma proposta metodológica. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 24, n. 2, p. 194-223, 2007.

BRONOWSKI, J. Um sentido do futuro. Brasília: Ed. Universidade de Brasília, 1982.

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

CANAVARRO, J. M. Ciência e Sociedade . Coimbra: Quarteto Editora, 1999.

CARVALHO, A. M.; GIL-PÉREZ, D. Formação de professores de ciências: tendências e inovações. São Paulo: Cortez Editora, 2006.

CARVALHO, A. M. P. As práticas experimentais no ensino de Física. In: CARVALHO, A. M. P. (Org.). Ensino de Física . São Paulo: Cengage Learning, 2010.

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ERTHAL, J. P. C; GASPAR, A. Atividades experimentais de demonstração para o ensino da corrente alternada ao nível do Ensino Médio. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 23, n. 3, p.345-359, dez. 2006.

FOUREZ, G. Crise no Ensino de Ciências? Investigações em Ensino de Ciências. v. 8, n. 2, p. 109-123, 2003.

MENEZES, L. C. Vale a pena ser físico? São Paulo: Moderna, 1988.

POZO, J. I.; CRESPO, M. A. A aprendizagem e o ensino de ciências: do conhecimento cotidiano ao conhecimento científico. Porto Alegre: Artmed, 2009.

SANTOS, E. I.; PIASSI, L. P. C.; FERREIRA, N. C. Atividades experimentais de baixo custo como estratégia de construção da autonomia de professores de física: uma experiência em formação continuada. In: Atas do IX Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Física , Jaboticatubas, out. de 2004.

SANTOS, W. L. P. Educação científica na perspectiva de letramento como prática social: funções, princípios e desafios. Revista Brasileira de Educação , v. 12, p. 474-492, 2007.

SEARS, F.; ZEMANSKY, M. Física 2 . São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2003.

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