UMA PROPOSTA DE SEQUÊNCIA DIDÁTICA PARA A TERMODINÂMICA PARA O ENSINO MÉDIO

## UMA PROPOSTA DE SEQUÊNCIA DIDÁTICA PARA A TERMODINÂMICA PARA O ENSINO MÉDIO

Izabela Talita de Sales , José Luiz Matheus Valle 1 2

## Resumo

Este trabalho apresenta a proposta de uma sequência de ensino para Termodinâmica para o Ensino Médio como o produto de dissertação dentro do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física. A motivação para a elaboração desta sequência vem da necessidade de se produzir material didático para o Ensino Médio, especialmente para a Escola Pública, que dê ao professor a possibilidade de, de forma harmoniosa, trabalhar ao mesmo tempo com aspectos teóricos e experimentais em Termodinâmica. Esta necessidade vem, dentre outros fatores, do fato que os programas de ingresso para as Universidade Públicas e o ENEM apresentam frequentemente concepções bastante distintas, levando enorme dificuldade para os professores em sala de aula. Com isto, espera-se que as aulas tornem-se mais dinâmicas e com maior engajamento dos alunos, possibilitando um aprendizado mais significativo tanto do ponto de vista conceitual quanto na capacidade de resolução de problemas. Os objetivos educacionais estipulados tanto para a sequencia como um todo quanto para cada atividade/aula específica são construídos a partir da Taxonomia de Objetivos Cognitivos de Bloom.

Palavras-chave : Ensino Médio, Termodinâmica, Taxonomia de Bloom

## Introdução

Um dos principais obstáculos no ensino de Física no ensino médio se refere ao volume e diversidade de conteúdo constante nos editais dos diversos processos de avaliação e ingresso nacionais. Com efeito, as Instituições de Ensino Superior que ainda mantêm programas de ingresso próprio estruturam seus programas de forma muito diferente do programa no Exame Nacional de Ensino Médio (ENEM). Enquanto este busca uma avaliação mais conceitual e baseada em competências e habilidades amplas, aqueles se estruturam em torno de conteúdos específicos, embora se possa perceber uma convergência paulatina entre as questões do programas de ingresso e do ENEM. Os professores acabam se perdendo em meio a tanta cobrança: os alunos precisam dos conteúdos listados nos programas de ingresso nas universidades, a escola exige que seja cumprido todo o edital e as universidades, apesar de sempre proporem debates acerca do assunto em seus cursos de licenciatura, permanecem batendo na mesma tecla. Esta armadilha certamente prende a maioria dos professores do ensino médio, tornando-os

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23 a 27 de janeiro de 2017

reprodutores e por que não repetidores do conteúdo. Para o aluno, a física apresentada pelo professor, acaba se tornando um emaranhado de fórmulas que por muitas vezes são memorizadas sem a devida explicação conceitual. É preciso quebrar de alguma forma essa cultura que valoriza conteúdos e despreza a discussão e o raciocínio especialmente na física, uma disciplina que tem o poder de despertar no aluno a curiosidade, a investigação e analise critica de eventos.

Neste trabalho, propomos uma sequencia didática que é estruturada de forma a despertar no aluno o interesse na construção teórica dos conceitos e relações matemáticas abordadas em Termodinâmica, a partir de observações experimentais ou através de perguntas intrigantes que priorizem o ato de pensar. Se o aluno constrói o conhecimento baseado nas observações de fenômenos, levantamento de hipóteses, questionamentos, pré concepções, temos ai, um aluno questionador, apto a tratar informações e desenvolver questões envolvendo as teorias estudadas com mais autonomia.

## A taxonomia de objetivos cognitivos de Bloom

A Taxonomia de Objetivos Cognitivos de Bloom é um referencial para classificar afirmações do que esperamos que os estudantes aprendam como resultado da instrução e foi concebida por um grupo de psicólogos liderados por Benjamin S. Bloom, que tinha como objetivo inicial facilitar a troca de itens em testes entre professores de várias universidades americanas. A taxonomia foi inicialmente publicada em 1956 (BLOOM, 1956) e foi submetida a uma grande revisão em 2001 (a taxonomia revisada) (ANDERSON, 2001). Esta revisão tornou esta taxonomia bastante apropriada para que o professor possa planejar seus objetivos educacionais (FERRAZ, 2010 ).

Nesta revisão, os objetivos educacionais foram estruturados de tal forma que cada um é descrito por um verbo de ação que indica o processo cognitivo e um substantivo, relacionado ao conhecimento. Estas duas dimensões independentes dão um caráter bidimensional à taxonomia.

- A dimensão do conhecimento é dividida em quatro subcategorias (KRATHWOHL, 2001 : )
- A Conhecimento factual , os elementos básicos que um estudante deve saber para se familiarizar com uma disciplina ou resolver problemas com eles. É dividida nas subcategorias conhecimento da terminologia e Conhecimento de detalhes e elementos específicos .
- B Conhecimento Conceitual , as inter-relações entre os elementos básicos dentro de uma estrutura maior que lhes permitam funcionar em conjunto. Suas subcategorias são conhecimento de clarificações e categorias, de princípios e generalizações e de teorias, modelos e estruturas.
- C Conhecimento de procedimento s, Como fazer algo; métodos de investigação, e os critérios para o uso de habilidades, algoritmos, técnicas e métodos. Suas subcategorias são conhecimento de habilidades específicas e algoritmos, de técnicas e métodos e de critérios para determinar quando usar procedimentos apropriados.
- D Conhecimento metacognitivo , o conhecimento de cognição em geral, bem como a consciência e o conhecimento da própria cognição. Sua subcategorias

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são o conhecimento estratégico, conhecimento sobre tarefas cognitivas, incluindo conhecimento contextual e condicional apropriado.

A segunda dimensão é a dimensão dos processos cognitivos. Ela é organizada em seis categorias gerais e dezenove subcategorias que descrevem processos cognitivos específicos, indo de processos cognitivos mais simples para os mais complexos. Elas são as seguintes:

- 1 -Lembrar, que é promover retenção do material apresentado basicamente na mesma forma que foi apresentado. Suas subcategorias são reconhecer e relembrar.
- 2 Compreender, que é ser capaz de construir conhecimento a partir de mensagens instrucionais e material apresentado em várias formas. Os processos cognitivos específicos desta categoria são i nterpretar , e xemplificar, r esumir, c oncluir, comparar e e xplicar .
- 3 Aplicar, que é a capacidade de usar o procedimento aprendido em uma situação familiar ou nova, que é organizada em duas subcategorias, executar e implementar .
- 4 Analisar , que significa dividir o conhecimento em partes e pensar como essas partes se relacionam com a estrutura geral.
- 5 Avaliar, que significa fazer julgamentos baseado em critérios ou padrões. Suas subcategorias são v erificar e julgar.
- 6 Criar , que consiste em reunir elementos para criar algo novo. Seus processos cognitivos específicos são fazer hipóteses , planejar e produzir.

## Uma Sequência de Ensino Para a Termodinâmica para o Ensino Médio

Para utilizar a taxonomia de objetivos cognitivos, o professor deve, inicialmente, definir estes objetivos a partir dos processos cognitivos (os verbos) específicos da taxonomia. Embora estes objetivos sejam, em geral, os mesmos que os propostos no livro-texto adotado pelo professor, a formalização através da tabela ajuda o professor a avaliar de forma mais clara que tipo de atitude ele pode esperar do aluno durante a instrução. Desta forma, um professor cujas aulas sejam tipicamente expositivas com resolução de exercícios padrão rapidamente perceberá que suas aulas pouco atingem os processos cognitivos de alta ordem. Criar um ambiente participativo e engajado, seja através de experimentos, tutoriais, debates ou outras atividades similares é que pode levar os alunos a serem capazes de desenvolver toda a sua capacidade.

A sequência é composta por vinte aulas, que é um número adequado para se trabalhar durante um bimestre. Neste número não estão incluídas as aulas para as avaliações. Todos os materiais usados nas experiências são de baixo custo, muitos podendo ser encontrados em casa pelos alunos. As experiências são tradicionais.

A sequência é composta de dois livretos distintos; um, em que cada aula é detalhada, tanto do ponto de vista dos conceitos físicos envolvidos quanto da metodologia proposta para a dinâmica da aula (o material do professor) e outro

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contendo o material específico para os alunos, com espaço para escrever, fazer ilustrações, gráficos, etc (o material do aluno). Esta sequência não dispensa a utilização de um livro-texto, ao contrário, ela pretende ampliar as possibilidades de atuação do professor. Em nosso caso, os livros-texto utilizados foram Doca 2013), ( Ramalho (2015) e Sant'Anna ( 2013).

Abaixo apresentamos um resumo de cada aula.

Aula 1 - Apresentação da ideia de máquinas térmicas. Os alunos devem avaliar a possibilidade da existência de um motor perpétuo.

Aula 2 - Atividade Experimental: Sensação Térmica e Temperatura. Um experimento com copos com água a temperaturas distintas para o entendimento que sensação térmica e temperatura não são a mesma coisa. Embora simples, o experimento pode ser o primeiro contato dos alunos com um procedimento experimental.

Aula 3 - Escalas Termométricas. Uma aula expositiva em que o conceito de temperatura é apresentado, bem como as escalas Celsius, Kelvin e Fahrenheit e as transformações entre elas.

Aula 4 - Atividade Experimental: Escalas Termométricas. Os alunos medem temperaturas com um termômetro na escala Celsius e criam uma própria escala em um termômetro sem escala prévia.

Aula 5 - Atividade Experimental: Capacidade Térmica. Os alunos medem a temperatura no aquecimento de duas substâncias - água e álcool - para analisarem como muda a temperatura com o tempo em substâncias diferentes com a mesma quantidade ou a mesma substância em quantidades diferentes.

Aula 6 - Construindo gráficos a partir de dados experimentais. Capacidade Térmica. Os alunos aprendem a trabalhar com papel milimetrado construindo os gráficos Temperatura x Tempo a partir das tabelas de dados obtidas na aula anterior.

Aula 7 - Analisando dados: Capacidade Térmica. A partir das diferentes inclinações das retas traçadas nos gráficos da aula anterior, os alunos podem tirar conclusões relacionando calor absorvido e variação de temperatura, introduzindo-se então o conceito de capacidade térmica.

Aula 8 - Calor Sensível. Aula expositiva que sintetiza o trabalho das aulas anteriores, em que se apresenta a Lei Zero da Termodinâmica e o conceito de calor específico.

Aula 9 - Calor Latente. A partir de um vídeo que mostra o aquecimento da água de sua fase sólida até gasosa, os alunos analisam o comportamento da temperatura em função do tempo, podendo comparar com o que fizeram em sala anteriormente. O conceito de calor latente pode ser apresentado.

Aula 10 - Exercícios sobre Calor Latente. O conceito de calor latente é formalizado e os alunos resolvem exercícios sobre o assunto.

Aula 11 - Atividade Experimental: construindo um calorímetro e medindo calor especifico. Um calorímetro simples é construído e mede-se o calor específico de várias substâncias.

Aula 12 - Propagação do Calor - condução, convecção e irradiação. A partir de questões motivadoras, os alunos discutem de que forma o calor pode se

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propagar. Após a síntese feita pelo professor, são propostos trabalhos para os alunos. O conjunto de trabalhos deve abranger as três formas de condução de calor.

Aula 13 - Apresentação de trabalhos: propagação de calor. Os trabalhos são apresentados e posteriormente o professor pode retornar às questões motivadores apresentadas na aula anterior.

Aula 14 - Resolução de exercícios: propagação de calor.

Aula 15 - Transformações gasosas e o gás ideal. Aula expositiva, em que se introduz as variáveis de estado de um gás e chega-se ao enunciado da Lei dos Gases Ideais.

Aula 16 - Resolução de exercícios: transformações gasosas e o gás ideal. Resolução de exercícios com diagramas PV.

Aulas 17 a 19 -Atividade experimental: transformações gasosas. Experimentos que relacionam as grandezas termodinâmicas pressão, volume e temperatura. Nestas três aulas são realizadas várias experiências tradicionais para que os alunos possam perceber as relações entre as grandezas termodinâmicas. As experiências propostas são experiências em que se muda o volume que pode ser ocupado pela água em uma seringa; outra em que ocorre a expansão do ar quente em um balão; uma terceira em que uma latinha aquecida é colocada dentro de uma bacia com água fria para que amasse e uma outra em que uma vela colocada dentro de uma bacia com água é acesa e tampada com um frasco de vidro.

Aula 20 - Primeira lei da termodinâmica. Uma aula expositiva em que é discutida e apresentada a Primeira Lei da Termodinâmica.

Aula 21 - Resolução de exercícios: Primeira Lei da Termodinâmica.

## A Sequência de Ensino analisada através da Tabela de Taxonomia de Bloom

Geralmente, quando se prepara uma atividade, temos vários objetivos educacionais em mente. Assim, mesmo em uma atividade relativamente simples, como apresentar uma Lei através de uma fórmula, discutir sua aplicação e resolver alguns exercícios podemos atingir vários objetivos educacionais. O detalhamento de cada aula pode ser útil para o professor; entretanto, para uma percepção melhor de um conjunto de atividades, torna-se conveniente observar, para cada aula, qual é o objetivo educacional principal. Em alguns casos podemos considerar mais que um, quando não há uma hierarquia clara entre eles ou desejamos indicar alguma situação específica.

A tabela abaixo mostra os números associados a cada aula em relação ao tipo de processo cognitivo e conhecimento que se objetiva atingir. Nela, notamos que as aulas de carácter expositivo estão associadas a processos cognitivos de ordem mais baixa. As aulas de característica engajadas, particularmente as experimentais, nos possibilitam atingir processos cognitivos mais altos. Embora não estejam assinaladas na tabela, as células associadas ao processo cognitivo lembrar aparecerão em uma análise mais detalhada, seja através da lembrança do significado específico de termos como, por exemplo, Pressão ou de forma conceitual como a Primeira Lei, ou ainda procedimental como a estrutura lógica para a resolução de um problema em Calorimetria. Da mesma forma, não há nenhuma aula em que o Conhecimento Metacognitivo fosse o ponto central da aula. Entretanto,

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tanto em aulas de exercícios ou experimentais é comum notar os alunos comparando suas estratégias momentâneas com situações anteriores. É importante frisar que, dado um certo conteúdo, a dimensão do conhecimento fica geralmente determinada, mas a forma em que os alunos são engajados na atividade é que define o processo cognitivo.

Tabela 01: Tabela de Taxonomia para a Sequência Didática de Termodinâmica.

## Conclusão

Esta sequência didática foi aplicada, na sua íntegra em duas turmas noturnas de ensino regular em uma escola pública de Juiz de Fora e parcialmente em outras duas turmas da manhã de uma outra escola pública da cidade. As quatro turmas tinham de 25 a 30 alunos cada. Em sua grande maioria a faixa etária dos alunos estava entre 16 e 17 anos. Embora não seja o objetivo deste trabalho apresentar e analisar a aplicação da sequência, algo que pretendemos fazer no futuro, algumas ponderações podem ser feitas.

Durante a aplicação da sequencia notou-se um maior interesse em aprender, e os alunos se tornaram mais ativos. A assimilação dos conteúdos tornou-se mais satisfatória, fato verificado de forma qualitativa nas atividades avaliativas (testes e provas bimestrais). Houve também um nítido desenvolvimento na habilidade de construir gráficos, interpretar dados experimentais, manusear instrumentos de medição e manipular escalas de instrumentos de medição diversos.

A participação dos alunos cresceu no decorrer da apresentação da sequência, nos levando a acreditar que o trabalho auxiliou no desenvolvimento da auto estima dos alunos, já que, a cada aula, eles podiam levantar hipóteses, baseadas em suas pré concepções e ficavam mais à vontade para responder as perguntas dos questionários após executarem os experimentos. A habilidade de desenvolver cálculos se apresentou de forma mais positiva e passou a ter um sentido para eles. Os cálculos eram executados e alguns alunos questionavam os resultados, confrontando com a teoria apresentada ao longo das aulas. Uma das turmas em que a sequência foi desenvolvida parcialmente era composta unicamente de alunos repetentes e eles, apesar de não se interessarem de forma expressa em aprender e terem grande dificuldade em calcular e compreender dados experimentais, gráficos e tabelas, executaram as atividades em sala de aula com alegria.

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## Agradecimentos.

Este trabalho foi desenvolvido dentro do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física. I.T. Sales agradece à CAPES pelo fomento através de uma bolsa de Mestrado durante o período de realização deste trabalho.

## Referências

BLOOM, B.S., Engelhart, M.D., Furst, E.J., Hill, W.H., & Krathwohl, D.R. Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals. Handbook 1: Cognitive domain, David McKay, 1956.

DOCA, R.J. e BISCUOLA, G.J. VILLAS BOAS, N; Física I: Conecte, 2. Ed. São Paulo: Saraiva, 2013.

FERRAZ, A.P.C.M e BELHOR, R.V. Taxonomia de Bloom: revisão teórica e apresentação das adequações do instrumento para definição de objetivos instrucionais , Gestão e Produção, São Carlos, (2010) v 17, n2, pg 421-431. 2010.

KRATHWOHL, David R. A revision of Bloom's taxonomy: an overview , em Theory into Practice, volume 41, Número 4, 20. 2001.

FERRARO, N.G., RAMALHO, F., SOARES, P.T.. Os fundamentos da Física, 11 ed. - São Paulo; Moderna, 2015. a

SANT'ANNA, B. Conexões com a Física 2 a 2013

Ed - São Paulo: Moderna,

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