APLICAÇÃO DO CADERNO DE ATIVIDADES ''A GELADEIRA" PARA O ENSINO DE TERMODINÂMICA

## APLICAÇÃO DO CADERNO DE ATIVIDADES 'A GELADEIRA' PARA O ENSINO DE TERMODINÂMICA

## Ívina Carlos Assis , Adriana Gomes Dickman 1 2

1 Instituto Federal do Ceará (IFCE)/Departamento de Ensino /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 apresenta-se o processo de aplicação de um produto educacional, para alunos do segundo ano do Ensino Médio, visando o ensino de conceitos da Termodinâmica por meio do estudo dos refrigeradores domésticos. A proposta de ensino aborda o tópico máquinas térmicas, cujo roteiro de aula envolve o uso de uma animação e experimentos. As etapas foram fundamentadas nos três momentos pedagógicos de Delizoicov: Problematização inicial, caracterizada por conhecer e compreender o que os alunos sabem, bem como a posição dos mesmos frente ao assunto abordado; Organização do conhecimento, momento destinado a estudar sistematicamente os conteúdos necessários para a compreensão do tema; e Aplicação do conhecimento que se destina a capacitar o aluno na utilização do conhecimento que vem sendo adquirido. O produto foi aplicado numa turma de 32 alunos do Ensino Médio. Dados coletados por meio de um questionário pós-teste mostraram um resultado positivo, indicando que o material usado e a metodologia despertaram o interesse do aluno. Assim, acreditamos que uma abordagem contextualizada dos conteúdos pode contribuir para a aprendizagem escolar.

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

## Introdução

A ideia de um ensino centrado na construção do conhecimento remete os professores a refletirem sobre sua prática em sala de aula e como uma aula deve ser estruturada. Os objetivos a serem atingidos no Ensino Médio, de acordo com os PCN (BRASIL, 2000, p.10) são:

A formação da pessoa, de maneira a desenvolver valores e competências necessárias à integração de seu projeto individual ao projeto da sociedade em que se situa; O aprimoramento do educando como pessoa humana, incluindo a formação ética e o desenvolvimento de autonomia intelectual e do pensamento crítico; A preparação e a orientação básicas para sua integração ao mundo do trabalho, com as competências que garantam seu aprimoramento profissional e permitam acompanhar as mudanças que caracterizam a produção de nosso tempo; O desenvolvimento das competências para continuar aprendendo, de forma autônoma e crítica em níveis mais complexos de estudos.

Assim, é importante que o professor entenda a importância de se trabalhar situações do dia-a-dia em sala de aula, buscando o conhecimento científico para explicá-las, e que, por sua vez, o aluno seja capaz de relacionar o conhecimento científico com sua vida. Os Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 2000)

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ressaltam que a aprendizagem na área de Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias implicam 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 as Orientações curriculares para o Ensino Médio,

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. Na escola, uma das características mais importantes do processo de aprendizagem é a atitude reflexiva e autocrítica diante dos possíveis erros. Essa forma de ensino auxilia na formação das estruturas de raciocínio, necessárias para uma aprendizagem efetiva, que permita ao aluno gerenciar os conhecimentos adquiridos (BRASIL, 2006, p.45).

Apresentamos neste trabalho um produto educacional que consiste em um material didático composto por um caderno de atividades que permite trabalhar a geladeira e seu funcionamento juntamente com conteúdos informativos, integrando a utilização de tecnologias, textos e experimentos. As atividades foram desenvolvidas baseadas nos três momentos pedagógicos de Delizoicov: Problematização inicial, Organização do conhecimento e Aplicação do conhecimento. (DELIZOICOV; ANGOTTI; PERNAMBUCO, 2011).

O primeiro momento tem início com um texto introdutório 'O que sabemos sobre a geladeira e seu funcionamento' (PAULA; PRADO, 1998), que serve para fornecer aos alunos uma visão geral sobre o assunto. Nele são citadas a importância de objetos e aparelhos que fazem parte de nosso dia-a-dia, que serve para contextualizar e problematizar situações relativas ao tema abordado.

No segundo momento, os conhecimentos necessários para compreensão das situações iniciais são estudados de forma sistematizada com o uso da animação: A Geladeira , 1 problemas de lápis e papel, textos e questionários. Mostra-se a animação e posteriormente os textos informativos do material de apoio como forma de trabalhar mais detalhadamente o assunto. A animação é dividida em quatro tópicos (Introdução, A geladeira, Etapas de funcionamento e Economizando energia) de forma que no final de cada tópico faz-se uma pausa para explicação e discussão do que foi apresentado.

No último momento, os alunos irão aplicar o conhecimento adquirido, ou seja, diante de uma geladeira, eles devem ser capazes de descrever suas partes, bem como seu funcionamento. Com o intuito de verificar se os alunos conseguiram utilizar os conhecimentos trabalhados em novas situações, propõe-se um roteiro, no qual é sugerida a realização de duas atividades experimentais, sobre expansão e compressão de um líquido e trabalho mecânico, além de quatro atividades de fixação, salientando as trocas de calor de um sistema, resultando na realização de trabalho. No final das atividades são retomadas as questões da problematização inicial, para verificar se houve mudanças nas respostas ou se seria possível

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1

A

animação

está

disponível

no

endereço:

http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/ 17467. Acesso em 28/02/2013.

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responder a algumas perguntas que eventualmente não puderam ser completamente compreendidas naquele momento. Maiores detalhes na elaboração do produto educacional podem ser encontrados em Assis (2013) e Assis e Dickman (2015).

## Metodologia de aplicação do Caderno de atividades

Apresenta-se nesta seção o processo de aplicação do produto educacional, na forma de um Caderno de Atividades, e análise dos dados obtidos por meio do questionário da problematização inicial e questionário pós-aula aplicados aos alunos. A escolha não foi feita por turma, e sim, pelo conteúdo Termodinâmica, que de acordo com o currículo do CBC deve ser trabalhado no segundo ano do ensino médio. Assim, participaram da pesquisa 32 alunos de uma turma do segundo ano do ensino médio de uma escola estadual de Ipatinga. Essa turma apresenta um comportamento e participação regular, sabe ouvir e respeitar, porém, mostra rendimento insuficiente, 14 alunos são repetentes. Para minimizar as dificuldades da turma foi sugerido o acompanhamento com o pedagogo da escola, além de ter sido proposto um trabalho diferenciado através de projetos, discutindo o conteúdo de forma contextualizada, com aula de reforço para os casos mais críticos.

Na primeira aula, começou-se com a problematização inicial, na qual a turma separada em pequenos grupos leu o texto introdutório, discutiu e respondeu a dois questionamentos, mostrados no quadro 1, a respeito do refrigerador doméstico.

## Quadro 1. Questões da problematização inicial.

- 1. Mais ou menos em que época foi inventada a geladeira? O primeiro modelo tinha o mesmo princípio de funcionamento das geladeiras atuais?
- 2. Baseando-se apenas em sua memória ou conhecimento que você já tem sobre o assunto, tente descrever todos os aspectos relativos à estrutura e ao funcionamento de uma geladeira doméstica.·.

## Fonte: Elaborado pelos autores.

Na segunda aula foi feito um apanhado dos resultados dos grupos sistematizando-os para a turma. É interessante observar que apesar de tratar-se de uma turma fraca, todos quiseram participar nos questionamentos e relatar seus conhecimentos sobre o assunto. Nesse primeiro momento, caracterizado por conhecer e compreender o que os alunos sabem, bem como posição dos mesmos frente ao assunto abordado, é importante que a postura do professor se volte mais para questionar e lançar dúvidas sobre o assunto.

A organização do conhecimento foi feito por meio da interação dos alunos com a animação 'A geladeira', discutindo as questões propostas inicialmente e relacionando-as com textos informativos sobre o histórico das máquinas térmicas, o funcionamento e partes da geladeira, a primeira e a segunda lei da termodinâmica, as expansões adiabáticas e impacto ambiental com o advento da geladeira. Para compreensão do fenômeno, recomendou-se estudar conceitos da Termodinâmica, como: calorimetria, mudanças de fase, transferência de calor (sobretudo a

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convecção térmica) e máquinas térmicas. Após interagir com a animação, foram feitos questionamentos relacionados ao funcionamento do refrigerador, tipo de situações que comprometem o funcionamento do mesmo, características do gás utilizado e como se dá o processo de troca de calor.

A última etapa, décima aula, destinou-se a capacitar os alunos a aplicar o conhecimento adquirido. O professor retomou as questões da problematização inicial, fez alguns questionamentos sobre funcionamento, mau uso, relacionando o tema com outras áreas do conhecimento para verificar o quanto o aluno assimilou o conteúdo. Foi solicitado que os alunos fizessem um painel resumindo o processo de funcionamento da geladeira, com imagens de cada parte do dispositivo e a descrição do que ocorre. Discutiu-se com os alunos os hábitos que precisam ser adotados para economia de energia, como: não colocar roupa para secar na parte traseira da geladeira, não deixar a porta aberta, não colocar comida quente dentro da geladeira. Foram realizados também dois experimentos e problemas envolvendo 2 Máquinas Térmicas.

## Análise dos resultados

A problematização inicial foi aplicada antes das discussões a respeito do tema, os 32 alunos foram divididos em seis grupos, identificados por G1, G2, etc.

Em relação à primeira pergunta do pré-teste, sobre a estimativa da época em que a geladeira foi inventada, todos os grupos entrevistados relataram que foi em meados do século XIX, com a exceção de um grupo que citou 1982. A invenção do princípio do processo de resfriamento realmente ocorreu no século XIX, enquanto que a primeira geladeira doméstica foi produzida somente em 1913.

Todos os grupos mencionaram que o princípio de funcionamento da geladeira original não é o mesmo do que o atual, em função do avanço da tecnologia ou de técnicas para economia de energia. Isto mostra o desconhecimento dos alunos sobre o funcionamento de máquinas térmicas, que apesar da evolução tecnológica, continuam com o mesmo princípio de funcionamento. Algumas respostas ilustram estas ideias: ' A época é 1890. Não, porque naquela época não existia muita tecnologia' (G2); 'Mais ou menos em 1823. Não, a geladeira de hoje é muito melhor' (G3); 'Em 1890. Não porque hoje os refrigeradores são mais econômicos' (G1).

Na segunda questão, em que é solicitada a descrição de todos os aspectos relativos à estrutura e ao funcionamento de uma geladeira doméstica, baseando-se apenas na memória ou conhecimento que se tem sobre o assunto, constatou-se que quatro grupos descreveram aspectos relativos à estrutura da geladeira e nenhum

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grupo conseguiu explicar o processo de funcionamento do refrigerador doméstico, como ilustram algumas das respostas:

Tem uma estrutura de 1 metro e 70 cm de altura, tem congelador, porta ovos, caixa de legumes, compartimento para alimentos, algumas tem filtro, é de metal, tem motor para seu funcionamento, tem porta, algumas descongelam automaticamente e outras tem um botão próprio para isso, tem porta enlatados, os pés, o cabo para ligá-la, ela tem luz e precisa de energia para seu funcionamento (G1); Ela é retangular, feita de aço, o motor faz a geladeira ficar com o ar frio e tem um gás (G4); Utiliza um gás no interior de sua tubulação e precisa de energia para funcionar (G3).

Quatro grupos afirmam que a geladeira precisa de energia elétrica para funcionar; os grupos G1, G4, G5 e G3 mencionam partes da geladeira como congelador, gás e motor, que serão discutidas nas atividades. A resposta do grupo G2 é vaga, ao mencionar 'vários níveis de funcionamento', sem especificá-los.

De acordo com os dados da pesquisa inicial, percebe-se que a grande maioria dos participantes sabe pouca coisa a respeito do funcionamento dos refrigeradores domésticos. Contudo, entende-se que a maioria dos alunos apresentou uma noção com relação à época em que a geladeira foi inventada, porém, a familiaridade é maior com aspectos estruturais da geladeira.

- O questionário pós-teste, quadro 2, foi aplicado na aula final, após a etapa de Aplicação do conhecimento. O questionário apresenta questões que permitem analisar o resultado da aplicação das atividades que compõem o produto educacional (Caderno de atividades), se o conteúdo foi assimilado (questões 1, 4 e 5) e qual a avaliação dos alunos com relação às aulas e material utilizado (questões 2 e 3). Ele foi aplicado na forma de avaliação, individual, sem consulta a livros e cadernos, para que de fato pudéssemos verificar quais alunos assimilaram o assunto e a eficiência de nosso produto educacional. Na discussão dos resultados obtidos optou-se por utilizar à letra A seguida por um número (de 1 a 32) para identificar os alunos, pois neste caso as respostas são individuais.

## Quadro 2: Perguntas do questionário pós-teste.

- 1) Mais ou menos em que época foi inventada a geladeira? O primeiro modelo tinha o mesmo princípio de funcionamento do que o modelo atual?
- 2) Qual a sua opinião sobre os assuntos discutidos na aula? Justifique.
- 3) Como você avalia a aula dada e o material utilizado pelo professor? Justifique.
- 4) Baseando-se apenas em sua memória ou conhecimento que você já tem sobre o assunto, tente descrever todos os aspectos relativos à estrutura e ao funcionamento de uma geladeira doméstica.
- 5) Como a utilização dos refrigeradores pode contribuir para o aquecimento global?

## Fonte: Elaborado pelos autores.

No que diz respeito à primeira questão, constata-se que a maioria dos alunos entende que os refrigeradores domésticos surgiram em meados do século

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XIX. Como pode ser verificado nas respostas dos alunos: ' Na década 1850 no século XIX' (A13); 'Em 1849 no final do século XIX e início do século XX começou a ser usado. Sim, tinha o mesmo princípio de funcionamento' (A25); '1850, sim, tinham o mesmo princípio só mudou o modelo, mais funcionam com o mesmo princípio' (A2).

Todos os alunos afirmaram que o primeiro modelo do refrigerador tinha o mesmo princípio de funcionamento que o atual. Doze alunos afirmaram que ' Sim, baseia-se na segunda lei da termodinâmica ', enquanto que vinte alunos afirmaram que ' Sim, apesar da evolução o princípio básico continua o mesmo '.

Ao analisar as respostas dos alunos, percebe-se que informações e conceitos referentes ao assunto desenvolvido na aula, foram usados na tentativa de caracterizar a época em que o refrigerador surgiu e sobre as mudanças no seu princípio de funcionamento.

Em relação à opinião dos entrevistados sobre o assunto discutido nas aulas, verifica-se que a maioria (27 alunos) classificou o assunto em muito interessante, importante, proveitoso, ótimo e muito bom, sendo que vários mostraram que entenderam a importância de se conhecer os equipamentos utilizados em casa, como pode ser observado nos seguintes relatos dos alunos: 'Muito interessante. Porque matamos nossa curiosidade e tiramos nossas duvidas sobre a matéria estudada' (A14); 'Muito importante, pois as vezes temos algo em casa e não sabemos o que podem nos beneficiar ou prejudicar e até mesmo como funciona' (A15).

Com relação à avaliação da aula e material usado pelo professor, constatase que todos os alunos avaliaram de maneira positiva o que foi apresentado, inclusive mencionando em alguns casos a importância das aulas experimentais, conforme evidenciado nos exemplos: 'É muito boa a explicação e é bom também o material porque nós não temos este suporte e isso nos ajuda também' (A22); 'Avalio em ótimo. Porque nós só não aprendemos na teoria como também na prática' (A6).

Verifica-se que, após as discussões sobre o assunto abordado na aula, a maioria dos alunos entrevistados (28 alunos) foi capaz de descrever o funcionamento do refrigerador doméstico e todos os aspectos relativos à sua estrutura. Esse dado indica mais um resultado positivo em relação às atividades propostas no produto educacional na etapa de organização do conhecimento. A seguir são mostrados exemplos das descrições feitas pelos alunos.

O compressor comprime o gás para obrigar o mesmo a subir, quando o gás passa pelo radiador ele perde calor para o meio ambiente, ao perder calor, ele se torna líquido, subindo para o evaporador que é a tubulação do congelador. Ao passar pelo congelador, o gás retira calor do congelador e volta ao seu estado gasoso (A5); O motor bombeia o gás até a serpentina onde o gás perde calor para o ambiente, depois ele passa para por uma válvula de descompressão que leva o gás para o congelador, onde rouba calor voltando para o estado gasoso e volta para o motor repetindo o processo (A16).

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É importante mencionar que três alunos mostraram dificuldade em descrever o funcionamento do refrigerador doméstico e os aspectos relativos à sua estrutura, como se verifica nas falas a seguir:

Bom, ela serve para conservar o alimento. (A18); Os aspectos da geladeira são as paredes, a tubulação, o congelador, o condensador, o evaporador, etc. (A11); Aprendi que o motor joga o ar para a tubulação e circula na parte interna (A21).

Pode-se observar que o aluno A11 descreve aspectos da estrutura, porém não fala nada do funcionamento do refrigerador doméstico. A resposta do aluno A30 tem um caráter diferente porque ele preocupa-se mais em analisar a eficiência da geladeira do que propriamente descrever seu funcionamento,

As paredes da geladeira - Quando mais eficiente o isolamento térmico proporcionalmente pelas paredes da geladeira, menor será a necessidade de acionamento do motor e proporcionalmente menor será o gasto de energia elétrica. A tubulação onde circula a substância refrigerante é uma tubulação pintada de preto (A30).

Na última pergunta, refletindo aspectos da aplicação do conhecimento, questiona-se como a utilização dos refrigeradores pode contribuir para o aquecimento global. Percebe-se que a maioria (29 alunos) entende que o gás utilizado na refrigeração pode colaborar para a destruição da camada de ozônio, como pode ser visto nos exemplos a seguir: 'Porque o gás CFC utilizado na geladeira é ofensivo a camada de ozônio e isso prejudica muito' (A22); 'Antigamente o gás CFC era prejudicial a camada de ozônio, hoje o gás usado é o HFC' (A29).

Três alunos responderam de forma confusa, trocando o nome do gás que é prejudicial, ou o objeto do dano, ou simplesmente não respondendo à questão de maneira objetiva: 'O uso do gás HFC é prejudicial a camada de ozônio' (A16); 'Por causa do gás CFC que pode causar danos à geladeira' (A24); 'Necessariamente os refrigeradores podem conservar os alimentos por um longo período' (A10).

De acordo com os dados obtidos, percebe-se que a contextualização da física através dos refrigeradores domésticos e a proximidade do assunto com o cotidiano do aluno contribuíram para o desenvolvimento de uma aula interessante, provocando a participação da maioria dos alunos com o assunto discutido.

## Considerações finais

Neste trabalho foi apresentada a aplicação de uma proposta de ensino sobre máquinas térmicas, juntamente com a discussão do funcionamento da geladeira. A sequência de atividades do produto educacional (Caderno de Atividades) apresentam conteúdos básicos da Termodinâmica de uma maneira atraente e ilustrativa, propiciando assim um maior envolvimento dos alunos nas aulas de Física. Nosso aporte teórico está baseado no desenvolvimento de competências e habilidades descritas nos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (BRASIL, 2000), na Proposta Curricular (CBC) de Física do Estado de Minas Gerais (MINAS GERAIS, 2007) e na Proposta de Ensino de Física para o Ensino Médio constante no livro Física (DELIZOICOV; ANGOTTI, 2003).Analisando o resultado da

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aplicação do produto educacional proposto, percebe-se uma boa assimilação e entendimento do funcionamento do refrigerador doméstico. O material usado e a forma como foi conduzida a aula despertou o interesse do aluno em saber mais sobre a termodinâmica e as máquinas térmicas, mostrando que a abordagem contextualizada a partir do cotidiano pode contribuir para a aprendizagem, principalmente porque a geladeira faz parte do dia-a-dia de todo mundo (POGLIA, 2013). Assim, o produto educacional desenvolvido constitui-se em um diferencial no planejamento e execução das aulas, podendo servir de subsídio e fonte de pesquisa para professores de Física do Ensino Médio. O material propicia momentos de reflexão sobre como a Física tem sido abordada no Ensino Médio, podendo inspirar o desenvolvimento de outras pesquisas que possam contribuir com metodologias alternativas de ensino.

## Referências

ASSIS, I.C. A geladeira: uma proposta de ensino para termodinâmica. 2013. Dissertação (Mestrado em Ensino de Física) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática. Belo Horizonte.

ASSIS, I.C.; DICKMAN, A.G. A geladeira: uma proposta de ensino para termodinâmica. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 21, 2015, Uberlândia (MG). Atas... São Paulo: SBF, 2015.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais (Ensino Médio). Brasília: MEC, 2000.

BRASIL. Orientações Educacionais Complementares para o Ensino Médio, v.2; Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias, MEC/SEB, 2006. Disponível em: https://goo.gl/rP4Jjs. Acesso em: 31/10/2016.

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.

MINAS GERAIS. Secretaria de Estado da Educação. Proposta curricular de física do ensino médio (CBC). Belo Horizonte: 2007. Disponível em: https://goo.gl/TRuXmP. Acesso em 31/10/2016.

PAULA, Helder de Figueiredo; PRADO, Johanna Alida E. Knegt Lopes. Refrigeradores como Máquinas Térmicas. Uma proposta de reformulação do ensino de física para o Ensino Médio. Ano 1998.

POGLIA, Rodrigo; STEFFANI, Maria Helena. O Refrigerador Doméstico Como Instrumento Motivado para o Ensino de Física Térmica. In: Simpósio Nacional de Ensino de Física , 20, 2013, São Paulo. Anais… São Paulo: SBF, 2013.

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