Uso do Peer Instruction aliado a aula expositiva e experimental para ensino de Máquinas Térmicas

## USO DO PEER INSTRUCTION ALIADO A AULA EXPOSITIVA E EXPERIMENTAL PARA O ENSINO DE MÁQUINAS TÉRMICAS

Alerf de Paula Dornel , André Maurício , Gabriel Mattos Rocha , João Célio 1 2 3 Basilio 4, Robson Leone Evangelista 5 .

- 1 Instituto Federal do Espírito Santo /Física/ alerfpdornell@hotmail.com
- 2 Instituto Federal do Espírito Santo /Física/ andrembas38@gmail.com

## Resumo

O presente artigo foi uma proposta de projeto realizado com alunos do 2ºAno do ensino Médio/Técnico, da Instituição Federal do Espirito Santo - IFES, campus Cariacica, cuja proposta foi montar uma aula expositiva e experimental, dinâmica e atrativa aliada à metodologia do Peer Instruction (PI), para ensino e aprofundamento da Disciplina de Física, no seguimento Termodinâmica. As atividades ocorreram num período de dois meses, entre revisão de Literatura, planejamento, conversas com o professor regente da turma, etc., culminando em uma única aula em sala. O enfoque de tal trabalho foi a utilização de metodologias ativas no ensino. Inicialmente foi realizada apresentação do conteúdo da matéria em curso usando slides e uma didática tradicional. Assim, seguindo foi usado um método conhecido como Peer Instruction (instrução pelos colegas) juntamente a exposição de um experimento de Máquinas Térmicas, onde cada aluno usando plaquinhas respondeu a perguntas conceituais do assunto, fazendo a avaliação das porcentagens de acertos alcançadas, cada aluno foi realocado em grupos onde defenderam o que entenderam e por que deram a resposta a questões anteriores, sendo assim realizado novo teste. Para coleta de dados foi utilizado o Plickers, o que forneceu um resultado em um intervalo de tempo bem curto, facilitando todo processo. Após fazer a coleta de todos os dados foi possível ver que o Peer Instruction possa ser um método de ensino, que promove interação entre alunos, professor e conteúdo, diminuindo as dificuldades encontradas no ensino de Máquinas Térmicas para alunos do ensino médio, o que aconteceu por conta da intervenção metodológica realizada.

Palavras-chave : Peer Instruction, Maquinas Térmicas,

## Introdução

Este projeto tem como objetivo o relato de uma experiência didática no ensino de Máquinas Térmicas em turmas 2º série de nível médio, utilizando o método Peer Instruction (PI), ou Instrução por Pares, associado a um experimento em sala de aula. Descreve-se a elaboração do material didático, o contexto de implementação, os resultados obtidos em relação à aprendizagem do conteúdo e às

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atitudes dos alunos frente ao método; que se mostra com aspectos positivos. O estudo foi realizado com uma turma (formado por meninos e meninas entre 14 e 16 anos) de segundo ano do Ensino Médio do curso técnico integrado de Administração de uma escola pública federal no Estado do Espírito Santo. Ao longo de uma sequência didática sobre a Segunda Lei da Termodinâmica, especificamente a introdução do conceito de Máquinas Térmicas. Neste estudo, as discussões entre os colegas se mostraram frutíferas, propiciando a participação ativa dos alunos e levando à convergência para a resposta correta. Com os resultados obtidos sendo positivos, poder-se-á inferir que a metodologia pode ser aplicada com sucesso no contexto de uma sala de aula de ensino médio. Cabe ressaltar que a adoção do PI pode ser feita de modo complementar às atividades de resolução de problemas, voltadas para o ensino.

## Fundamentação Teórica

## Peer Instruction

Um dos maiores problemas no ensino da Física em nível introdutório é o fato de que os alunos relutam a desconstruir suas concepções prévias sobre a Física. Isto leva a um fato curioso: a grande maioria dos alunos aprende a responder às questões do modo que o professor ensina, mas sem realmente compreender o que é ensinado. O Peer Instruction (PI) é uma metodologia de ensino que tem o objetivo de proporcionar aos alunos a compreensão dos fatos e teorias físicas, em vez de simples memorização de fatos e aplicação algorítmica de equações à resolução de problemas [Mazur 1997]. Ele se baseia na discussão entre colegas sobre respostas dadas a problemas conceituais propostos de um determinado assunto. Eric Mazur, o Professor da Universidade de Harvard foi o criador da PI, vale a pena reproduzir as observações de Mazur sobre o que o levou a criar o método de PI, descritas em seu livro [Mazur 1997]:

'Em 1990, entretanto, me deparei com uma série de artigos por Halloun e Hestenes que realmente abriu meus olhos. Como é bem sabido, os estudantes entram em seu primeiro curso de Física com crenças e intuições fortes sobre fenômenos físicos comuns. Estas noções são derivadas de experiência pessoal e influenciam as interpretações dos estudantes sobre materiais apresentados no curso de nível introdutório. Halloun e Hestenes mostraram que a instrução convencional de pouco adianta para mudar estas concepções de ''senso comum''.

Muitas vezes, os estudantes sabem recitar uma lei ou equação, e a maioria deles consegue aplicá-la em problemas numéricos. Mas com uma análise mais cuidadosa, no entanto muitos não compreendem de fato o que esta lei representa ou significa. Quando percebeu isso, Mazur pensou: ''Não os meus estudantes!''. Intrigado, decidiu testar a compreensão conceitual de seus estudantes, assim como a dos estudantes do curso de Física de Harvard criando assim o PI.

O método PI pode ser representado pelo fluxograma esquematizado na Figura 01.

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Figura 01: Fluxograma esquematizando a dinâmica de uma aula com Peer Instruction (traduzido e adaptado de [Mazur 1997]).

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Para que as respostas dos testes sejam obtidas da maneira mais rápida possível um aplicativo chamado Plickers será utilizado. Tal aplicativo dá a porcentagem de acertos da sala por meio de um celular e folhas resposta, que utiliza de desenhos mais conhecidos como QRcodes para a obtenção das respostas de cada um, dando o posicionamento dos alunos que acertaram. Com isso há uma facilidade no momento da separação de grupos para a discussão e na obtenção das estatísticas para a continuidade da aula.

## Desenvolvimento e Aplicação

A atividade foi desenvolvida em conjunto com o professor orientador regente da turma. Anteriormente à aula, foi pedido que os alunos da turma fizessem uma leitura do assunto contido no livro texto e um resumo sobre o conteúdo de máquinas térmicas presente no livro texto, assim tendo seu momento de estudo prévio, para que o Peer Instruction (PI) fosse, assim, aplicado. Após esse primeiro momento, foi ministrado uma única aula para a aplicação da metodologia. Na primeira parte da aula, uma explanação do conteúdo foi feita, de forma expositiva utilizando slides com desenhos, fotos e relações contidas no conteúdo de Máquinas Térmicas para uma melhor compreensão por parte dos alunos. A explanação começou com uma breve introdução histórica do conteúdo, uma breve explicação da segunda Lei da Termodinâmica, do que é uma Máquina Térmica e do que a mesma faz, foi expressa as relações que indicam os acontecimentos dentro de uma máquina térmica, como funcionam os refrigeradores e o que é e como se calcula o rendimento de uma máquina térmica. Ainda na primeira parte da aula, um experimento foi usado. Tal experimento é uma rústica representação do que é uma máquina térmica (baseada no Modelo de Heron), onde uma lata fechada é furada em dois extremos de maneira que o ar saia em direções opostas, assim quando água for colocada em seu interior e colocarmos a lata em contato com o fogo, a água entrará em ebulição se transformando em vapor d'água, onde o mesmo é expelido pelos buracos, fazendo com que a lata gire e o vapor quente passe calor para o ar que está envolta da lata. Com isso foi mostrado de forma prática o funcionamento de uma máquina térmica,

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explicando parte por parte do experimento, mostrando o trabalho produzido, a quantidade de calor recebido pela máquina e a quantidade de calor cedido pela máquina.

Figura 02: Máquina Térmica utilizada, fonte: Acervo Pessoal.

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Na segunda parte da aula foram apresentadas questões para que os alunos pudessem respondê-las, assim seria medido o nível dos alunos quanto ao assunto já apresentado e explicado em sala de aula, para tal questionário as perguntas foram feitas em uma ordem já pensada anteriormente da mais fácil para a mais difícil, onde as respostas eram conceituais e de acordo com o conteúdo abordado, assim a metodologia do PI poderia ser colocada em prática. As questões foram colocadas aos alunos em partes, de maneira que a primeira questão era projetada e um tempo era colocado para que os alunos pudessem respondê-la, após a resposta dos alunos, o aplicativo Plickers era utilizado para a coleta das respostas dos alunos, com as respostas já armazenadas no aplicativo, tinha-se em menos de 30 segundos estatísticas sobre o rendimento da sala na questão aplicada, onde a partir disto era colocada em pratica à metodologia PI, em que caso os alunos atingissem 60% ou mais, se prosseguia para próxima questão, caso os alunos obtivessem uma estatística de acerto entre 60% e 30% eram distribuídos em grupos para conversar e abaixo de 30% a parte da matéria relacionada a tal questão iria ser reexplicada de uma maneira diferente. Assim, na primeira questão o índice de acerto foi muito satisfatório, a resposta foi abordada e explicada e então a segunda questão foi colocada aos alunos, nesta os alunos obtiveram um rendimento de 60% onde foi tratado como satisfatório, porém a resposta foi relatada e retrabalhada com um pouco mais de calma. Na terceira questão o resultado estatístico estava entre 60% e 30% e então a instrução por pares pôde acontecer, de maneira que a sala foi dividida em grupos de alunos, todos de pé e debatendo sobre a resposta correta a fim de chegar a um denominador comum no grupo, os professores na aula estavam interagindo com os alunos nos debates dos grupos, percebendo seus duvidas e questionamentos e os questionando de maneira a leva-los a um senso comum e correto, assim fez-se novamente o teste com uma nova questão sobre a mesma secção do conteúdo e constatou-se um acerto satisfatório. Logo após, encerrou-se a aula agradecendo aos alunos pela participação e ao professor pelo espaço concedido.

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## Análise dos dados

A partir da aplicação da Metodologia didática (aula expositiva e experimental), notamos que ela proporcionou um resultado satisfatório, tendo em vista que a grande maioria dos alunos participantes se dedicou com empenho, envolvendo-se nas atividades. A construção do conhecimento ocorreu passo a passo e a relação de diálogo entre professor e aluno, junto com a metodologia empregada, ajudou essa construção. A orientação do professor ao aluno pela busca de conhecimento prévio, através de resumos (da matéria, usando o livro-texto) feitos em casa foi muito importante, o que ajudou na qualidade do conteúdo proposto a eles, além de proporcionar o comprometimento dos grupos na atividade, que se deu com sucesso. As apresentações do tema no espaço da sala de aula foram muito satisfatórias. Os alunos demonstram interesse pela atividade, todos participaram ativamente das discussões e enxergando na apresentação e nos recursos experimentais uma alternativa de aprendizagem. Utilizou-se uma atividade que envolvia um experimento, pois o uso desse recurso chama a atenção do aluno, principalmente por se tratar de um material simples, com visual agradável, permitindo que o aluno seja crítico, com perguntas que vão além do que a teoria mostra. O conhecimento vai se formando e ganhando importância com a participação do aluno, e o prazer em participar, de descobrir algo novo, possibilita aos alunos enxergarem a Física que os rodeiam. Já na segunda parte da aula, questionários conceituais foram aplicados a fim de verificar a absorção do conteúdo. Assim seguindo a sequência proposta pela metodologia (PI). A seguir apresentamos os resultados, obtidos em pouco tempo com o uso do Plickers. A utilização deste, também agradou e despertou o interesse dos alunos, haja vista que era um algo novo para eles. E praticidade em recolher as respostas e gerar gráficos dos resultados e em pouco tempo foi uma ótima ajuda.

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Figura 03: Resultado obtido após aplicação da Questão 1, fonte:Acervo Pessoal

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Percebemos um grande número de acertos (Figura 03), o que seria satisfatório. Assim podendo passar para próxima questão.

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Figura 04: Resultado obtido após aplicação da Questão 2, fonte:Acervo Pessoal

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Um resultado satisfatório (Figura 04), mas podemos perceber que houve agora uma variação em números de acertos. Ainda assim, uma nova questão foi abordada.

Figura 05: Resultado obtido após aplicação da Questão 3, fonte:Acervo Pessoal

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Agora, com um resultado não satisfatório (Figura 05), a divisão da sala em grupos para discutirem a questão foi necessária, de forma que ficassem nos grupos pessoas que acertaram e que erraram. Isso mostrou ainda mais o interesse dos alunos, por realmente discutirem as respostas e procurarem entender qual era a resposta certa e além de tudo o porquê de ela estar ou não correta. Como sequência do PI, uma nova questão conceitual foi aplicada, similar a anterior e por resultado, o número de acertos elevou-se muito (Figura 06), mostrando o resultado de deixar os alunos conversarem em grupos sobre as questões.

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Figura 06: Resultado obtido após aplicação da Questão 3.1, fonte: Acervo Pessoal.

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Temos plena consciência que essa metodologia requer do professor um excelente planejamento em suas ações, porém, é preciso que esses tenham ousadia, discutam, elaborem e desenvolvam atividades que problematizem os conceitos científicos a partir do conhecimento prévio do aluno. Acreditamos que para ocorrer mudanças nas metodologias de ensino, se faz necessário o envolvimento e a participação de todos, para que se superem obstáculos e o mesmo se concretize. Ressaltamos então que, buscar novas estratégias de ensino fazendo uso de metodologias diferenciadas, contribui de forma significativa para o aprendizado dos alunos, possibilitando a construção do conhecimento. Esse encaminhamento pode contribuir para que o aluno perceba na Física uma grande aliada, permitindo que ele tenha um maior envolvimento com a disciplina e, por consequência obtenha uma aprendizagem mais significativa, para além da mera resolução de problemas.

## Considerações Finais

Com essa Metodologia Didática voltada para o ensino de Máquinas Térmicas, esperávamos auxiliar o aluno na superação de algumas dificuldades sobre o ensino da Termodinâmica que constatamos durante sua abordagem, como compreender o funcionamento de uma Máquina Térmica. Devido aos recursos e metodologias empregados, podemos verificar que os resultados foram positivos, pois os alunos demonstraram prazer e interesse nas atividades, refletindo e interagindo como sujeitos participantes do processo ensino aprendizagem. Após a execução desse projeto, percebemos que o uso de recursos e metodologias diferenciadas, proporcionou resultados que se mostraram valiosos para o ensino de Física quando implementamos de modo articulado uma proposta para abordar os conteúdos de Termodinâmica, mais especificamente sobre as Máquinas Térmicas. Foi evidente o interesse dos alunos pelo conteúdo e pelas atividades. O conjunto de experimentos com o próprio Peer Instruction (PI) como recurso didático, além de apresentar o conteúdo de maneira dinâmica e atrativa, permitem uma gama de detalhes que dificilmente seria alcançada na abordagem tradicional. Entendemos que, tanto o PI como experimentos relacionadas com os conteúdos que serão ministrados, apresentaram impactos extremamente positivos que auxiliam na aquisição do conteúdo e na compreensão dos conceitos, por levar o conhecimento de diversas maneiras, alcançando os diferentes formatos de aprendizagem que o aluno possa apresentar. A partir de nossa vivência durante o período que estivemos envolvidos neste trabalho (Projeto), podemos concluir que se trata de um programa

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de caráter prático e transformador, pois possibilita a troca de experiência entre profissionais da mesma área, induz o professor a rever sua prática de sala de aula, cria novas expectativas, e oferece meios que facilita um enfrentamento dos desafios da educação, que está em constante modificação, principalmente por causa das tecnologias presentes cada vez mais nas vidas de nossos alunos. Com a elaboração e implementação desse projeto, esperava oferecer aos alunos a possibilidade de relacionar os conteúdos da Física, com ênfase na Termodinâmica, com os conhecimentos de seu cotidiano, usando uma metodologia diferenciada, promovendo assim um maior interesse pela disciplina. De maneira geral, acreditamos ter atingido o propósito. Como futuros professores, essa forma de trabalhar foi instigadora e desafiadora. Instigadora por levar a reflexão da maneira sobre como trabalhávamos esses conteúdos tradicionalmente e desafiadora por dar a oportunidade de desenvolvimento de uma metodologia diferenciada, que nos permitiu alcançar resultados muito satisfatórios e que agora passarão a acompanhar nossa forma de ensinar.

## Agradecimentos

A Robson Leone Evangelista por nos fornecer sua turma e horários para realização do projeto (planejamento, conversas e aula), nos orientando, e pela leitura crítica do artigo nos permitindo deixar o texto mais claro; Aos alunos do 2º Ano do ensino Médio/Técnico, da Instituição Federal do Espírito Santo - IFES, campus Cariacica, uma vez que sem estes, nada teria sido possível.

## Referências

[Mazur 1997] E. Mazur, Peer Instruction: A User's Manual. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 1997.

[PCN+ 2002] PCN+ ensino médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais Ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília: Semtec, 2002. Disponível em: &lt;http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/CienciasNatureza.pdf.&gt; Acesso em 22/06/2018.

CROUCH, C. H.; MAZUR, E., Peer Instruction: Ten years of experience and results, Am. J. Phys. 69 (9), September (2001).

Plickers. Disponível em: &lt;http://aulaincrivel.com/plickers/.&gt; Acesso feito em 24/06/2018.

Wanis Rogério, Aplicação da metodologia Peer Instruction em salas de aula da rede , pública estadual do Rio de Janeiro. Dissertaçªo de Mestrado Disponível em: &lt;https://app.uff.br/riuff/bitstream/1/4689/1/Rogerio%20Wanis%20%20Disserta%C3%A7%C3%A3o%20Final.pdf &gt; Acesso em 24/09/2018.

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