ENSINO DE CONCEITOS TÉRMICOS: Proposta de um meio para se chegar a uma aprendizagem significativaC

## ENSINO DE CONCEITOS TÉRMICOS: Proposta de um meio para se chegar a uma aprendizagem significativa

## Vitor Cardoso Castro Brasil* Nelson de Oliveira Silva **

*Instituto Federal de Educação, ciência e Tecnologia do Estado do Amazonas - IFAM

(vitorcardoso.br@gmail.com)

** (nelsonoliveiraslv@gmail.com)

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Estado do Amazonas - IFAM

## RESUMO

Ministrar física no ensino fundamental caracteriza-se um desafio e tanto. Existe um universo conceitos físicos que apresentam extrema importância, e ao mesmo tempo, um conflito com o senso comum. Os escolhidos para este trabalho são: calor e temperatura. Estes geralmente são expostos aos alunos em situações que visam contextualizá-las a fim de que o aluno possa internalizar tais definições, porém, na maioria das vezes o resultado é uma enorme lacuna entre a diferença de calor e temperatura, e consequentemente como podemos perceber a manifestação destes em outros fenômenos. Neste trabalho, pretendemos abordar uma proposta de ensino a respeito destes conceitos térmicos, permitindo que o aluno possa passar pelo processo de construção da definição para depois vê-la em diversas abordagens. Para isso, faremos uso de uma sequência de passos amparada pelo processo de construção da aprendizagem significativa proposta pelo Doutor e Pedagogo Júlio César Furtado dos Santos.

Palavras-Chave : Calor, Temperatura, ensino de física, aprendizagem significativa.

## INTRODUÇÃO

Em uma disciplina de estágio realizada por um dos autores, foi verificada a inconsistência de diversos conteúdos de física contidos nos livros didáticos de ensino fundamental. Apesar de serem livros de ciências editados e revisados, não conseguimos acreditar o porquê de tais inconsistências. Também não queremos cometer injustiças aqui, pois estas inconsistências não se tratavam de erros grotescos, mas sim de abordagens mal elaboradas ou muitas das vezes desconexas dos demais tópicos.

Tais conceitos ( calor e temperatura ) parecem tão simples do ponto de vista prático e do senso comum, porém os mesmos guardam um mar de confusões que muitos até nem acreditam que houvesse. De acordo com Lewis e Linn (apud Da Silva, Laburú, Nardi, 2008, p.384): 'até mesmo PhD's em física e química tiveram dificuldades em explicar a diferença entre calor como energia e temperatura'. Neste mesmo texto citado acima, os autores mostram que até mesmo livros do ensino médio que devem apresentar um maior rigor na abordagem do sentido físico do fenômeno, apresentam princípios inadequados no tocante à conceituação de calor, e até mesmo com a afirmativa sobre o calor contido em um corpo .

Por este motivo nosso trabalho vem apresentar uma sugestão de ensino destes conceitos térmicos tão importantes na construção e compreensão de

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23 a 27 de janeiro de 2017

diversos fenômenos da termodinâmica e que sustentam boa parte dos capítulos dos livros de ciências da segunda etapa do ensino fundamental.

Para a construção de tal proposta, iniciaremos pela abordagem dos conceitos de calor e temperatura, em que situações ocorrem estes processos, como eles conversam entre si, e, em que situações podem ocorrer essa conversa. Discutiremos situações em que cada um ocorre, baseando-se em exemplos simples, um pouco abstrato, porém, tornam a compreensão da nossa proposta bastante clara e evidente.

Em suma o foco do presente artigo é fornecer para o professor de ciências, um meio para ensinar os conceitos de calor e temperatura, uma vez que estamos imersos

numa sociedade em que se convive com a supervalorização do conhecimento científico e com a crescente intervenção da tecnologia no dia a dia, não é possível pensar na formação de um cidadão crítico à margem do saber científico (BRASIL, 1998, p.21).

A ferramenta principal para desenvolver este trabalho é a aprendizagem significativa (AS) de Júlio César Furtado. Este autor faz uma síntese dos principais teóricos da AS, 'Ausubel, Rogers e Coll', e utiliza os princípios comuns aos três teóricos para propor sete passos que o docente deve tomar, a fim de promover AS.

## CALOR E TEMPERATURA

O ramo da física que visa abordar os conceitos de calor e temperatura e que descreve os processos em que podemos observar estes fenômenos é a Termodinâmica. Alguns dos conceitos centrais da termodinâmica são o de temperatura e de calor, onde comumente utilizamos no nosso dia-a-dia para diferenciarmos, mesmo que de forma errônea, algo quente e frio sem ligarmos para a precisão do conceito e como estes podem se manifestar na natureza e em nosso cotidiano.

A termodinâmica possui grande importância no ramo científico, em que suas aplicações vão desde medir a temperatura de um paciente para saber se o mesmo está com febre e detectar quais causas da mesma, até para o estudo de características dos materiais quando submetidos à altas temperaturas, processo este de grande importância para saber que materiais poderemos utilizar para uma dada aplicação que se deseja. Segundo Halliday, Resnick (2012, p.184):

Os exemplos de aplicação da termodinâmica na ciência e na tecnologia são inúmeros. Os engenheiros de automóveis se preocupam com o superaquecimento dos motores, especialmente nos casos dos carros de corrida. Os engenheiros de alimentos estudam o aquecimento de alimentos, como o de pizzas em forno micro-ondas, e o resfriamento, como no caso dos alimentos congelados. Os meteorologistas analisam a transferência de energia térmica nos eventos associados ao fenômeno El Ninõ e ao aquecimento global.

Temos desta forma, a grande importância da termodinâmica para a sociedade, de modo que tal conhecimento científico, à medida que vai sofrendo transformações e modificações através de novas descobertas, criam-se novas

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tecnologias e, por conseguinte, produtos que adentram a sociedade permitindo um modo de vida melhor. Além disse fica claro a grande valia em aprender e compreender como a termodinâmica conversa com a sociedade e de que forma ocorre esta interação.

Neste contexto podemos falar de dois conceitos fundamentais na compreensão de fenômenos térmicos: temperatura e calor. Iniciaremos nossa abordagem falando sobre a temperatura. De acordo com Halliday, Resnick (2012, p.184): 'a temperatura é uma das sete grandezas fundamentais do SI. Os físicos medem a temperatura na escala Kelvin, cuja unidade é o Kelvin (K)'. E o conceito de temperatura está ligado intrinsecamente à aquilo que os físicos denominam de: lei zero da termodinâmica. Para entender como esta funciona, vamos supor aqui que temos dois sistemas em separado e isolados do meio exterior por recipientes que não permitem a interação com agentes exteriores, iremos supor também que temos em mãos um termômetro em cada um destes recipientes de forma que possamos visualizar a temperatura de cada um deles para qualquer momento que nos interessarmos. Decorre daí que: supondo que em um dado momento ao olharmos para os recipientes e seus respectivos termômetros, observamos que ambos apresentam um mesmo valor.

Isto nos leva a deduzir que se ambos os termômetros marcam a mesma temperatura é porque ambos os recipientes se encontram a mesma temperatura, e então isso significa que encontram-se em equilíbrio térmico entre si mas ao mesmo tempo em separados. De acordo com Halliday, Resnick (2012, p.185): 'em uma linguagem menos formal, o que a lei zero nos diz é o seguinte: todo corpo possui uma propriedade chamada temperatura '.

Mas afinal, a temperatura é a medida do que? A velocidade é a medida de quão rápido um sistema altera seu comportamento, ou se movimenta. A massa é uma medida da quantidade de matéria de um sistema. Podemos dizer que a temperatura nos dá a medida do grau de agitação interna das moléculas do sistema. De modo que, quanto maior a temperatura deste sistema maior é o grau de agitação das moléculas que o compõem.

Por outro lado, calor não está relacionado a propriedades do corpo ou de um sistema. Relaciona-se sim, com a temperatura, porém não devemos confundilos. Vamos supor agora que possuímos dois sistemas interagindo conforme descrito abaixo:

Figura 1: sistemas com uma parede diatérmica trocando energia.

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Temos um sistema à esquerda em que o grau de agitação das moléculas é maior (maior temperatura) e, à direita, outro sistema, em que é menor a temperatura.

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Supomos também que a parede que os une é diatérmica (permite a troca de energia). Então poderemos constatar uma transferência de energia de um lado para o outro devido à diferença de temperatura entre os sistemas, sendo que esta energia fluirá do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. A essa transferência de energia que ocorre quando temos uma diferença de temperatura damos o nome de calor . De acordo com Silva e Laburú (2008, p. 389)

um corpo não tem calor, tem energia; mas quando se transfere parte dessa energia numa situação de diferença de temperatura, refere-se a ela como a quantidade de calor transferida'.

A esta energia que o corpo possui, denominamos de: energia interna.

Podemos observar agora que tais definições estão intimamente interligadas, e que tal discussão nos leva a um novo mundo idealizado e construído por cientistas de renome. Ficam claro aqui a notoriedade do assunto e sua importância para a compreensão de diversos fenômenos que temos contato em nosso dia-a-dia.

## APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA

Para Ausubel, a AS 'se caracteriza pela interação entre conhecimentos prévios e conhecimentos novos, e que essa interação é não literal e não arbitrária (MOREIRA, [2012], p.2)'. A forma em que esta interação ocorre é através do 'novo conhecimento, potencialmente significativo, e algum conhecimento prévio, especificamente relevante, o chamado subsunçor, existente na estrutura cognitiva do aprendiz (MOREIRA, [2012], p.2)'.

Na visão de César Coll, esta interação depende do propósito do aluno, ou seja, do por que este aluno quer aprender (SANTOS 2013). Considere os alunos de pré-vestibular, o foco destes é passar no vestibular, ou seja, a intenção de aprender esta vinculada à realização de um objetivo, por isso é comum ver alunos estudando conteúdos de física, por exemplo, sem fazer associações, como se não houvesse relações entre os assuntos estudados. Coll chama isto de aprendizagem superficial. Há ainda a aprendizagem profunda, onde 'existe a intenção de compreender e a forte interação do conteúdo. Ocorre a relação de novas ideias com o conhecimento anterior e a relação de conceitos com a experiência cotidiana. (SANTOS, 2013, p. 60)'.

Carl Rogers da um direcionamento humanista para a AS. Segundo o teórico deve haver uma relação entre os projetos pessoais e o conteúdo com que se aprende; o ambiente escolar deve ser complacente e incentivador; deve haver ausência de julgamentos e avaliações; a intermediação entre os conhecimentos prévios e novo conhecimento, deve ocorrer principalmente através de problemas práticos, pessoais, sociais, morais, filosóficos e problemas de pesquisa; a aprendizagem é mais eficiente quando há um sentimento especial com o que será apreendido, estes fatores deve possibilitar que o aluno progrida (SANTOS 2013).

Portanto, promover a AS é relativo ao teórico. Entretanto, há uma característica onipresente nas teorias que visam a AS, 'é preciso haver um movimento de dentro para fora, por parte do indivíduo que aprende, com relação ao objeto de conhecimento (SANTOS, 2013, p. 62)'. Seja a utilização dos subsunçores

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para fazer associações com o novo conhecimento (Ausubel), ou, a intenção em que o aluno tem em aprender (Coll), e ainda, a relação entre o conteúdo, ambiente de estudo e o sentimento pelo o que se aprende (Rogers), deve haver sempre um relação subjetiva de quem aprende com o que se aprende.

- O professor, Júlio César Furtado dos Santos; graduado em Geografia, Pedagogia e Psicologia, Mestre em Educação pela UFRJ e Doutor em Ciências da Educação pela Universidade de Havana, Cuba; fornece sete passos com o objetivo de construir (ou reconstruir) o conhecimento visando atingir a AS, principalmente levando em consideração que a

aceleração das mudanças e das inovações trouxe um problema de natureza essencialmente educacional: o modelo de aprendizagem comportamental não é mais suficiente para aprender o mundo, da forma como ele vem se apresentado (SANTOS, [2013], p.1).

Os sete passos são:

- 1. Dar sentido ao conteúdo: toda aprendizagem parte de um significado contextual e emocional;
- 2. Especificar: após contextualizar, o educando precisa ser levado a perceber as características específicas do que está sendo estudado;
- 3. Compreender: é quando se dá a construção do conceito, que garante a possibilidade de utilização do conhecimento em diversos contextos;
- 4. Definir: significa esclarecer um conceito. O aluno deve definir com suas palavras, de forma que o conceito lhe seja claro;
- 5. Argumentar: após definir, o aluno precisa relacionar logicamente vários conceitos e isso ocorre por meio do texto falado, escrito, verbal e não verbal.
- 6. Discutir: nesse passo, o aluno deve formular uma cadeia de raciocínio pela argumentação.
- 7. Levar para vida: o sétimo e último passo da (re)construção do conhecimento é a transformação. O fim último da aprendizagem significativa é a intervenção na realidade. Sem esse propósito, qualquer aprendizagem é inócua. (SANTOS, 2013, p. 73).

Em se tratando de conceitos térmicos e como os mesmos podem ser abordados, visando uma aprendizagem significativa, propomos a metodologia a seguir.

## METODOLOGIA

- É necessário ressaltar a priori, que por serem sete momentos a serem realizados, não necessariamente significa que devem ser composto por sete aulas, ou sete atividades em separados visando atingir todos os passos. Estes momentos são propostos para que se sigam aquilo que corresponde a cada um. O momento: sentir , é apenas para nortear como a abordagem deverá ocorrer e para mostrar ao professor o que deve ser realizado de início. Podemos tomar estes sete passos como um guia. Porém quando o professor parte para o segundo momento: perceber, não precisa ser na próxima aula, basta apenas que ele tenha concluído o

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primeiro momento, e ter a clara noção de que seus alunos responderam bem ao primeiro momento, para somente assim poder passar para o segundo passo.

Para que possamos abordar conceitos térmicos em um primeiro momento, que é caracterizado por uma abordagem na sua totalidade, propomos que o professor aborde um tema de grande divulgação, que atualmente tem-se falado muito nele: aquecimento global . Fica claro aqui que não se deve abordar o que é especificamente o aquecimento global, para que o aluno não seja levado a pensar que o objeto de estudo é este. Mas propomos este tema, pois ele está sendo sempre apresentado nas mídias em geral, com reportagens, fotos, discussões acerca da poluição, entre outros. Dado que este é um tema de grande proximidade, o professor pode discutir os efeitos da poluição da atmosfera, o derretimento das geleiras nos polos, onde esses são assuntos ligados ao aumento de temperatura no planeta e, por conseguinte, a transferência de calor entre a superfície e a atmosfera.

No segundo momento: perceber , propomos aquilo que leva o objeto da sua totalidade para apresentar as suas especificidades. Para isso, propomos trabalhar uma simulação computacional do programa Phet disponível em um site da internet , 1 com endereço disponível na nossa nota de rodapé abaixo. A seguir ilustramos o ambiente Phet proposto:

Figura 2: simulando a transferência de energia

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Neste simulador denominado: formas de energia e suas transformações , podemos trabalhar como a temperatura de um material pode aumentar, podemos pegar um material no caso da figura, utilizamos um bloco de ferro, ativamos a caixa correspondente à: símbolo de energia . Isso nos permite mostrar para o aluno o que ocorre no ínfimo da matéria quando aquecemos ou resfriamos um material. Nesta figura fica claro também como ocorre a transferência de energia de um sistema para outro a partir de uma diferença de temperatura ( calor ). Se clicarmos em resfriar e segunda o botão para baixo, perceberemos o fluxo de calor saindo do bloco de ferro e entrando no balde com gelo. Quando esta percepção de temperatura e calor é atingida por parte dos alunos, fica fácil ir para o próximo passo, e dependendo de como ocorrer a interação dos alunos com a simulação, isso pode ocorrer simultaneamente, pois quando o aluno percebe, a compreensão vem a partir da interação do aluno com o modelo computacional.

O terceiro momento: compreender , pode ser feito utilizando a própria simulação computacional, pois o professor pode propor atividades que visam o aluno

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trabalhar o aumento e a diminuição da temperatura de cada corpo, como se dá esse aumento/diminuição, se é mais rápido ou devagar na água, no tijolo ou no ferro. Esse momento vai levar o aluno a compreender que diminuir/aumentar a temperatura de um corpo estará relacionado com a estrutura de constituição desse corpo. O aluno será levado a compreender que a estrutura dos corpos em questão (sistemas) contribui para o fenômeno de transferência de energia (calor).

Podemos ressaltar ainda que, neste momento o professor atuará apenas como mediador da atividade, de forma que apenas ele deverá mostrar como o modelo funciona em seu sentido operacional, dar ideias aos alunos de como trabalhar os corpos em questão, movendo-os para um lado ou para outro, como adicionar os termômetros. Com isso, deixamos o trabalho cognitivo nas mãos dos alunos. Todo o processo de construção do saber partirá dele. Neste momento, segundo Santos (2012, p.3): 'é quando se dá a construção do conceito, o que garante a possibilidade de utilização do conhecimento em diversos contextos'.

Em um quarto momento: propomos que o aluno seja levado a definir e argumentar , propomos apresentar aos alunos desafios, ou melhor, atividades que exijam uma maior performance deles. De acordo com Santos (2012, p.3): 'o aluno deve definir com suas palavras, de forma que o conceito lhe seja claro'. Nesta atividade, indicamos que o professor lance mão de reportagens acerca das altas temperaturas registradas no país. A ideia é que os alunos, podendo reunir-se em grupos, analisem os textos, sendo levados a definir antes, para poder realizar tal análise, para poder questionar os textos utilizando de argumentos construídos a partir das definições que realizou sobre calor e temperatura. Recomendamos que o professor utilize uma reportagem, que está na nossa nota de rodapé que fala sobre 2 as ilhas de calor .

Esta reportagem refere-se ao trabalho de um aluno da universidade federal de Pernambuco e aborda os pontos de calor nas mediações e principais pontos da cidade de Recife. Neste, o professor pode trabalhar a relação das figuras com uma maior temperatura no local, o porquê onde há árvores as imagens mostram um tom mais azulado (zona mais fria), e de onde, os pontos avermelhados nas figuras, recebem energia (calor) para ficarem com este tom? Onde está a diferença de temperatura para que ocorra transferência de calor de algum lugar para as pistas de aviação, prédios, ruas que estão apresentando uma maior temperatura.

No próximo passo podemos trazer aos alunos situações em que lhes são familiares, que estejam muito próximas dos mesmos, pois assim fica fácil para o aluno discutir sobre o mesmo e ao apresentar um discurso de tópicos que lhes são cotidianos, ou seja, que lhes sejam presentes no dia-a-dia, é quando o aluno mostra que fez uma intervenção na realidade, ou seja, transformou aquilo que aprendeu.

Neste passo, podemos trazer problemas para que os alunos resolvam e que lhes são bem próximos, tais como: a fenomenologia por trás de: uma panela com água no fogão, uma carne ou frango na churrasqueira, uma roupa no varal, o porquê os frangos e carnes ficam em câmaras frigoríficas nos supermercados entre outros,

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todos estes tópicos permitem que seja criada uma discussão a respeito destes assuntos, e pelo fato destes tópicos lhes serem familiares, toda a discussão será criada utilizando de argumentos baseados em conceitos bem definidos, construídos a partir de uma compreensão sólida daquilo que lhes foi apresentado. Fica fácil ver aqui, que todos os passos ficaram unidos no último momento: transformar .

Vale ressaltar que isso não é via de regra, pois o mais importante é fazer com que o aluno compreenda o mundo ao seu redor dando-lhe respostas básicas mais bem fundamentadas para aquilo que lhe é comum. Pois: 'promover a aprendizagem significativa é parte de um projeto educacional libertador, que visa à formação de homens conscientes de suas vidas e dos papéis que representam nelas' (Santos, 2013, p.9).

Nestes dois últimos momentos o professor pode utilizar de construção de experimentos com os alunos, pois a construção irá permitir que o aluno tenha uma maior interação com o objeto de estudo, verifique se o mesmo irá realizar aquilo que ele pretende defender com a experimentação, e fazer com que o aluno ligue o experimento a algum fenômeno que ocorre na natureza, ou até melhor, na sua casa. Isto torna até os últimos momentos bem interessantes, pois quando se constrói algo, se sabe que alma foi colocada ali. Esta é uma forma simples de dizer que o aluno vai conhecer melhor aquilo que irá apresentar, e se o experimento estará ligado ao seu cotidiano, implica que o aluno conseguiu 'transformar' tudo aquilo que aprendeu.

## CONCLUSÕES

Obviamente almejamos que todas as etapas sejam cumpridas com êxito, pois, é através delas que ocorrerá a integralização de novos conhecimentos, e, tendo em vista que a ampliação do saber e a disseminação da ciência estão intrinsecamente relacionadas, e esta por sua vez, é extremamente responsável pela evolução da sociedade, tanto no aspecto tecnológico quanto na evolução do raciocínio humano, esta agregação de novos conhecimentos deve conceder aos estudantes um maior grau de discernimento, contribuição e interação em seu meio social.

É extremamente importante que o docente note as ligações existentes entre os conteúdos e o cotidiano dos alunos para isso é necessário que o professor tenha um olhar mais crítico sobre si e perceba que mudanças são necessárias para atingir o aluno do século XXI, e essas mudanças só podem ocorrer através de práticas do século XXI. Essas práticas podem ter suas bases sustentadas por trabalhos do século passado, como é a proposta de Ausubel, mais o contexto e toda a dinâmica acontecem com práticas do agora. Que visam abrir os olhos dos alunos para o mundo que os cerca agora: rico em tecnologias, formas de aprender, informação, ferramentas para interação. E essas práticas devem ficar claras para o professor.

## REFERÊNCIAS

Aula Inaugural do Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Naturais, Instituto de Física, Universidade Federal do Mato Grosso, Cuiabá, MT, 23 de abril de 2020. Aceito para publicação, Qurriculum, La Laguna, Espanha, 2012.

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BRASIL. SECRETARIA DE EDUCAÇÃO FUNDAMENTAL. Parâmetros nacionais. Ciências naturais: Ensino de quinta a oitava séries . Ministério da Educação. Secretaria de Educação Fundamental - Brasília: MEC (DF), 1998, 138p.

DA SILVA, O. H. M. LABURÚ, C. E. NARDI, R. Reflexões para subsidiar discussões sobre o conceito de calor na sala de aula . Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 25, n. 3, p. 383-396, 2009.

HALLIDAY, D. RESNICK, R. WALKER, J. Fundamentos da física : gravitação, ondas e termodinâmica. 9. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 2012.

Moreira, M.A., Caballero, M.C. e Rodríguez, M.L. (orgs.) (1997). Actas del Encuentro Internacional sobre el Aprendizaje Significativo . Burgos, España. p. 19-44.

MOREIRA, M. A. Organizadores prévios e aprendizagem significativa . Revista Chilena de Educación Científica. Santiago, v. 7, n. 2, p.23-30, out. 2012.

SANTOS, J. C. F. dos. O desafio de promover a aprendizagem significativa . 2012. Disponível em: &lt;http://juliofurtado.com.br/textodesafio.pdf&gt;. Acesso em: out. 2015.

SANTOS, J. C. F. dos. O papel do professor na promoção da aprendizagem significativa . 2013. Disponível em:

&lt;http://www.juliofurtado.com.br/textodesafio.pdf&gt;. Acesso em: out. 2015.

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