Inserção da História e Filosofia da Ciência no ensino médio: uma proposta para o ensino da Termodinâmica

## INSERÇÃO DA HISTÓRIA E FILOSOFIA DA CIÊNCIA NO ENSINO MÉDIO: UMA PROPOSTA PARA O ENSINO DA TERMODINÂMICA

## José Eduardo Silva Sousa 1 , Manoel Felix Pessoa dos Santos 2

1 Universidade Federal de Pernambuco, edu.tec15@gmail.com

2 Universidade Federal de Pernambuco, manoel.pessoa@ufpe.br

## Resumo

O ensino de Física envolvendo a História e Filosofia da Ciência ainda é pouco explorado por professores da educação básica. Devido ao atual contexto escolar, em geral, as aulas consistem em memorização de fórmulas, definições e aplicações para resolução de questões, visando às provas de vestibulares. Diante deste quadro, é notável a necessidade de debates em sala que proporcionem a reflexão e olhar crítico para o modo como a Ciência é produzida e seus impactos na sociedade. Neste trabalho, foi proposto um plano de aula no qual estava presente elementos que promoveram o trato de temáticas relacionadas com a HFC. A atividade foi desenvolvida com turmas do 2º ano do ensino médio, abordando os conteúdos referentes às máquinas térmicas. Durante o momento das aulas, houve o diálogo com os estudantes e a explanação sobre assuntos que estavam associados com outras disciplinas escolares, a fim de que fosse possível apresentar o caráter interdisciplinar da produção científica. A partir das reflexões provenientes da experiência vivenciada na escola, pôde-se notar que a falta de material didático adequado para se trabalhar HFC no ensino médio constitui um dos principais obstáculos enfrentados pelo docente. Por outro lado, observou-se um maior interesse por parte dos alunos com relação aos conteúdos apresentados, pois, a abordagem histórica e as relações destes últimos com o contexto social possibilitou um melhor entendimento de como os conceitos foram se desenvolvendo ao longo do tempo.

Palavras-chave : Ensino de Física. História e Filosofia da Ciência. Plano de aula. Termodinâmica.

## Introdução

O presente relato expõe uma experiência vivenciada em uma escola de ensino médio da rede pública estadual localizada na cidade de Caruaru - PE, no qual foi proposto um plano de aula de Física abordando elementos do ensino da História e Filosofia da Ciência (HFC), cuja temática central era o estudo da Termodinâmica.

É notável, em nosso contexto escolar, a ausência de discussões na sala de aula que envolvam a HFC. Essa deficiência está presente, na maioria dos casos, em todo período escolar, englobando desde a educação básica até o ensino superior. Dentre os diversos fatores que influenciam para agravar esse quadro, encontram-se a falta de uma formação adequada dos professores sobre o tema em questão e a escassez de materiais didáticos específicos que abordem a dimensão histórica e filosófica dos assuntos. Diante disso, o autor reforça:

As principais dificuldades surgem quando pensamos na utilização da HFC para fins didáticos, ou seja, quando passamos dos cursos de formação inicial para o contexto aplicado do ensino e aprendizagem das ciências. Alguns desses problemas, enfrentados por professores do nível médio, são também conhecidos por pesquisadores da área: a falta de material pedagógico adequado, assim como as dificuldades de leitura e interpretação de texto por parte dos alunos. (MARTINS, 2007, p. 115).

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Com relação aos professores, a situação se agrava quando alguns são destinados a lecionar uma disciplina na qual não tem formação específica, fazendo com que o mesmo reproduza uma forma de ensinar que não vai além da absorção de conteúdos, pois, em geral, os educadores 'tem uma ideia muito estereotipada sobre o que seja ciência, seu funcionamento e o valor intrínseco e extrínseco do conhecimento que ela produz' (OLIVEIRA, 2002).

A respeito do ensino de Física, é comum encontrar na educação básica modelos de aulas tradicionais cuja tendência é fazer com que os alunos memorizem fórmulas matemáticas para resolução de questões. Uma abordagem desse tipo faz com que os sujeitos envolvidos no processo de aprendizagem deixem de compreender aspectos importantes da natureza dessa ciência, além de restringir o aprendizado a um grupo limitado de discentes, como é notado pelos autores:

O formalismo matemático, a observação, a experimentação, os conceitos, as Leis, as teorias, a filosofia, a história, a epistemologia, a tecnologia, são exemplos de formas do conhecimento físico que podem possuir afinidades com diferentes alunos. […] O ensino de Física, ou de qualquer outra área do conhecimento, que seja oferecido segundo uma única perspectiva, por exemplo, o formalismo (ou 'formulismo'?) conceitual e a solução de problemas, corre o risco de não conseguir estabelecer um diálogo profícuo com boa parte dos alunos. (PINTO e ZANETIC, 1999, p. 8).

Como uma alternativa para tornar o ensino de ciências mais atraente e próximo da atividade científica, a inserção de elementos da História e Filosofia da Ciência nos planos de aulas do ensino médio pode ser pensada como 'estratégia didática facilitadora na compreensão de conceitos, modelos e teorias' (MARTINS, 2007), pois:

[...] a HFC surge como uma necessidade formativa do professor , na medida em que pode contribuir para: evitar visões distorcidas sobre o fazer científico; permitir uma compreensão mais refinada dos diversos aspectos envolvendo o processo de ensino-aprendizagem da ciência; proporcionar uma intervenção mais qualificada em sala de aula. (MARTINS, 2007, p. 115).

Tomando como referência teórica os estudos sobre o ensino envolvendo a HFC, o presente trabalho tem como objetivo proporcionar uma reflexão a respeito da temática em questão, tendo como objeto de análise uma experiência vivenciada a partir de aulas de Física ministradas com o auxílio de um plano de aula elaborado sob o viés histórico e filosófico dos conteúdos.

## Metodologia

A atividade proposta foi realizada em uma escola estadual situada na cidade de Caruaru-PE. A instituição possui uma boa estrutura física, apresentando salas de aulas grandes (as dimensões são convenientes para o quantitativo de alunos) com boa luminosidade e ventilação adequada. Foram selecionadas as turmas do 2º ano C e D para a experiência envolvendo o plano de aula. Cada turma é composta por aproximadamente quarenta alunos, em quantidade proporcional de jovens do sexo masculino e feminino. O professor da disciplina de Física é formado na área de engenharia civil e geralmente ministra suas aulas de forma tradicional utilizando a lousa, dando ênfase aos conteúdos, propondo, algumas vezes, atividades diferenciadas mas que possuem como finalidade a apreensão dos conceitos estudados, tendo pouca relação com o contexto histórico e filosófico de tais assuntos.

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O planejamento que serviu como base para conduzir a aula envolvendo elementos da HFC foi elaborado com intuito de se trabalhar as temáticas de máquinas térmicas, assunto que faz parte dos tópicos sobre o estudo da Termodinâmica. É importante citar que o professor já havia discutido com as turmas alguns conceitos pertinentes para a compreensão do tema, como o estudo dos gases, Leis da Termodinâmica que abordam as transformações de energia e a definição de calor.

Após uma apresentação inicial sobre mim e sobre como seria conduzida a discussão a respeito do tema, foi introduzido o conteúdo através de slides que elencavam alguns fatores históricos e sociais que influenciaram diretamente para o desenvolvimento dos estudos das máquinas térmicas, como a crescente busca por carvão mineral em minas subterrâneas na Inglaterra do séc. XVII com o consequente desenvolvimento e aperfeiçoamento dessas máquinas, bem como a necessidade cada vez maior da utilização de máquinas a vapor devido a indústria que surgia naquela época. Nesse momento, houve a interdisciplinaridade com a disciplina de História e os alunos puderam relembrar algumas características do contexto da revolução industrial na Inglaterra.

Vale ressaltar que a explanação em sala de aula não foi completamente expositiva no sentido de monólogo, mas com frequência era aberto o diálogo para os alunos interferirem e opinarem na medida em que se ia progredindo com o estudo do tema. Essa forma de conduzir a aula possibilitou alguns discentes participarem fazendo perguntas e contribuindo com exemplos.

Situados historicamente do contexto de desenvolvimento dos estudos sobre as máquinas térmicas, esquematizou-se na lousa um diagrama que representasse o funcionamento desta, identificando as principais características e conceitos envolvidos. Após ser apresentado o modelo teórico, discutiu-se com os alunos exemplos reais e atuais de máquinas térmicas que eles conheciam. O debate levou a exemplos como o motor de um carro e o aparelho de ar-condicionado. Em seguida, foi trabalhado o cálculo do rendimento/eficiência de uma máquina térmica/refrigerador. Os cálculos propostos não eram apresentados de maneira completamente abstrata, pois, já haviam sido discutidos, nos exemplos citados pelos alunos, alguns pontos sobre o rendimento de uma máquina.

Após alguns exemplos envolvendo os cálculos, os alunos foram questionados sobre a possibilidade de existir alguma máquina que operasse com um rendimento de 100%. Partindo da discussão gerada, foram utilizados slides para apresentar o diagrama do Ciclo de Carnot. Neste ponto, procurou-se deixar claro o caráter ideal da máquina de Carnot, abrindo espaço também para uma breve apresentação de como alguns modelos teóricos podem ser estudados e aplicados em situações reais.

Com intuito de abordar mais um exemplo de máquina térmica e tratar novamente sobre a interdisciplinaridade, foi apresentado, com auxílio de slides e de um vídeo curto, o funcionamento de uma usina nuclear. O tema abriu espaço para discutir a presença de usinas no Brasil.

Ao final de toda a discussão sobre máquinas térmicas, construiu-se junto aos alunos a ideia de que os fenômenos estudados ocorriam em determinado sentido no tempo (processos espontâneos). Então, foi apresentada a 2ª Lei da Termodinâmica, seus enunciados e consequências.

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Por fim, como forma de exercitar os conceitos estudados, foi proposta uma atividade para ser realizada em dupla pelos alunos.

## Análise e discussão

O plano de aula trabalhado com as turmas foi construído no intuito de mostrar aos alunos que a Física estudada por eles no âmbito escolar possui relação direta com os fenômenos sociais e culturais de determinado período histórico.

Tratar do contexto social e histórico no qual foi elaborada uma teoria é importante para mostrar que a ciência se desenvolve a partir de diversos fatores que estão além da esfera acadêmica. Além disso, auxilia também na desconstrução do estereótipo de que ela é feita por seres considerados 'gênios', quando é visto que um grande número estudiosos contribuíram para a evolução das ideias científicas. Como afirma Robilotta (1988, p. 18), 'A história ensina a 'relativizar', demole mitos, exibe a construção do conhecimento, insere os indivíduos em um processo, em uma tradição. Além disso, ela pode trazer de volta o fazer da ciência para a esfera das atividades humanas'.

A utilização alternada da lousa e de slides serviu como estratégia didática para a aula não ser conduzida apenas de uma única maneira, o que poderia acarretar o desinteresse e fadiga por parte dos alunos. Questionar os alunos com frequência de forma a gerar o diálogo em sala também serviu para o propósito anteriormente citado.

- A abordagem de alguns tópicos que promoveram momentos de interdisciplinaridade pode ser visto como um aspecto positivo do plano de aula em questão. Tratar da temática das usinas nucleares proporcionou discutir sobre física, química, gestão ambiental, política e tecnologia, revelando outro aspecto importante da natureza científica: a comunicação entre as diversas áreas dos saberes. Esse tipo debate em sala ajuda a combater o problema da fragmentação do saber, visto que 'a extrema compartimentalização do conhecimento em disciplinas isoladas produz nos estudantes a falsa impressão de que o conhecimento e o próprio mundo são fragmentados. Tal visão implica uma formação que acaba sendo, na realidade, uma deformação' (GUERRA, et al, 1998, p. 33). Como ressalta o autor:

[...] a hiperespecialização impede de ver o global (que ela fragmenta em parcelas), bem como o essencial (que ela dilui). Ora, os problemas essenciais nunca são parceláveis, e os problemas globais são cada vez mais essenciais. Além disso, todos os problemas particulares só podem ser posicionados e pensados corretamente em seus contextos; e o próprio contexto desses problemas deve ser posicionado, cada vez mais, no contexto planetário. (MORIN, 2003, p. 13-14).

A atividade realizada no final da aula tinha como objetivo avaliar a compreensão dos alunos sobre os temas abordados. Porém, devido à limitação do tempo, não foi possível completá-la. Esse tipo de estratégia seria limitado no sentido de avaliação, pois, ocorreria de maneira pontual e sem a minha vivência com as turmas. Dessa forma, um acompanhamento continuado com os estudantes não foi possível.

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## Conclusão

A experiência com as turmas envolvendo o plano de aula contribuiu de maneira significativa para a formação profissional enquanto professor de Física. Antes de ir para a sala de aula, a elaboração do plano já foi um momento formativo importante, pois levou a reflexão de quais características e tópicos da HFC deveriam ser trabalhados com os alunos. Durante essa etapa, ficou claro o caráter parcial do ensino, pois as visões do docente influenciam diretamente suas escolhas na hora de preparar as aulas.

É válido ressaltar que o momento vivenciado na escola foi influenciado por características locais, como o bom comportamento da turma, a quantidade de alunos e o ambiente físico. Tais elementos contribuíram para o relato descrito nesse trabalho e, caso as condições tivessem sido outras, talvez a abordagem envolvendo a HFC promovesse resultados diferentes. Dessa forma, é importante destacar que a os métodos utilizados não devem ser recebidos como um padrão a se seguir, mas como uma possibilidade, pois o ensino precisa ser adequado de acordo com a realidade escolar vivenciada por alunos e professores.

O docente que leciona aulas de Física deve estar disposto a utilizar diferentes estratégias em seu ensino a fim de atingir as múltiplas dimensões dessa ciência que é rica em contexto, teoria e aplicações tecnológicas. Fazer uso da história dos conteúdos e do caráter filosófico das teorias consiste em mais uma das diversas ferramentas para promover o processo de aprendizagem. Porém, deve-se atentar para a escassez de materiais didáticos que supram essa necessidade, sendo necessário que, na maioria dos casos, o próprio professor crie seu material.

Um problema proveniente da falta dos materiais didáticos é o tempo de dedicação que o docente deve dispor para sua elaboração, o que constitui um grande desafio prático, pois, geralmente os profissionais precisam lidar diariamente com uma grande quantidade de alunos e atividades, além de muitas vezes lecionarem em mais de uma escola, aumentando ainda mais a carga de trabalho fora da sala de aula.

Pôde-se notar que incluir elementos da História e Filosofia da Ciência nas aulas de Física auxiliou os estudantes a compreenderem melhor a origem dos assuntos que foram estudados, possibilitando que os mesmos desenvolvessem um olhar crítico para o modo como o conhecimento científico é produzido, bem como os fizeram refletir sobre a influência do contexto histórico-social na Ciência e os impactos desta na sociedade. Tais constatações foram formuladas com base na participação dos alunos durante a aula, pois os mesmos interviam com perguntas sobre o tema abordado e, quando questionados, apresentaram significativa evolução das ideias. Além disso, o frequente envolvimento dos estudantes no decorrer da aula pode ser interpretado como um aspecto positivo, tendo em vista que em aulas tradicionais de Física há pouca ou nenhuma participação dos discentes durante a explanação dos conteúdos.

## Referências

MARTINS, A. F. P. História e filosofia da ciência: há muitas pedras nesse caminho… Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 24, n. 1, p. 112-131, 2007.

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PINTO, A. C., ZANETIC, J. É possível levar a Física Quântica para o ensino médio? Caderno Catarinense de Ensino de Física , v. 16, n. 1, p. 7-34, 1999.

GUERRA, A. et al. A interdisciplinaridade no ensino das ciências a partir de uma perspectiva histórico-filosófica. Caderno Catarinense de Ensino de Física , v. 15, n. 1, p. 32-46 1998.

ROBILOTTA, M. R. O cinza, o branco e o preto - da relevância da história da ciência no ensino da Física. Caderno Catarinense de Ensino de Física , Florianópolis, n. especial, p. 7-22, 1988.

PIETROCOLA, M. A história e a epistemologia no ensino das ciências: dos processos aos modelos de realidade na educação científica . A ciência em perspectiva. Estudos, ensaios e debates . Rio de Janeiro, 2002.

MORIN, E. A cabeça bem-feita 8ª ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2003. .

CASTRO, P. A. P. P. et al. A importância do planejamento das aulas para organização do trabalho do professor em sua prática docente. Revista Científica de Educação , Curitiba, v. 10, n. 10, p. 49-62, 2008.

HALLIDAY, D; RESNIK, R; WALKER, J. Fundamentos de física 8. ed. Rio de . Janeiro, RJ: LTC, 2009 vol 2.

HELOU, R. D.; GUALTER, J. B.; NEWTON, V. B. Física 2 Termologia, Ondulatória, Óptica. 3. ed. São Paulo, Saraiva: 2017.

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