PROPOSTA DE SEQUÊNCIA DIDÁTICA DE MÁQUINAS TÉRMICAS NO ENSINO MÉDIO

## PROPOSTA DE SEQUÊNCIA DIDÁTICA DE MÁQUINAS TÉRMICAS NO ENSINO MÉDIO

## Daniel Cataldo Ferreira 1 , Ricardo Fagundes Freitas da Cunha 2

- 1 Colégio Pedro II/Especialização em Ensino de Física, cataldoferreira@icloud.com

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Colégio Pedro II/Departamento de Física, ricardofagundes@cp2.g12.br

## Resumo

O ensino de física praticado hoje, na maioria das escolas de ensino médio, tem se mostrado muito mecanizado, centrado na memorização de fórmulas e fixação de conteúdo através de exercícios repetitivos, ao invés de valorizar a discussão, a pesquisa e a criatividade. Como tem sido constatado, o uso de metodologias expositivas e monológicas, com o uso de linguagens distantes do mundo em que o aluno está inserido, levam a um desinteresse no aprendizado nas disciplinas ligadas às ciências da natureza. Diante deste quadro, o objetivo deste trabalho é apresentar uma proposta de sequência didática (SD) centrada nos estudantes abordando o conteúdo de máquinas térmicas. Essa SD é preenchida por atividades colaborativas e aula com a metodologia ativa Peer Instruction, encerrando com a elaboração de mapas conceituais pelos estudantes. Pretende-se aplicá-la em novembro em uma turma de 2º ano do ensino médio em uma escola particular na cidade do Rio de Janeiro.

Palavras-chave : Sequência didática; Peer Instruction ; Mapa conceitual.

## Introdução

Professores que trabalham com o ensino básico de física, tanto em escolas públicas quanto em escolas privadas, encontram dificuldades para elaborar e desenvolver uma prática pedagógica que faça sentido para os estudantes, inserindo-os no centro do processo de ensino e aprendizagem.

Nessa perspectiva, segundo Zabala (1998), quando às condições para que o processo de aprendizagem se desenvolva são insuficientes ou não estão presentes, a aprendizagem que se realiza é mais superficial e, no limite, pode ser uma aprendizagem mecânica, caracterizada pelo escasso número de relações que podem ser estabelecidas com os esquemas de conhecimento presentes na estrutura cognitiva e, portanto, facilmente submetida ao esquecimento. Sendo assim, é importante que se busque meios que os façam serem inseridos no processo educacional, com protagonismo na própria aprendizagem, para que o assunto abordado nas aulas de fato tenha maior significado.

O autor aponta que as Sequências Didáticas (SD) cujas atividades são planejadas de modo a privilegiar o processo de construção do conhecimento, colocando o aluno no foco das atividades e propiciando maior interação entres os estudantes e maior grau de liberdade, são estratégias didáticas capazes de proporcionar não somente uma maior aprendizagem cognitiva, mas também aprendizagem procedimental e atitudinal dos estudantes. Zabala defende ainda que uma sequência didática deve: Determinar os conhecimentos prévios dos

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

alunos em relação a situação de aprendizagem; provocar conflitos que estabeleçam relações entre os conhecimentos intuitivo e os novos conteúdos a serem trabalhados; promover uma atitude favorável do aluno, para que fiquem motivados para o estudo dos conteúdos propostos (ZABALA, 1998 apud AGASSI et. al., 2018).

Dessa forma, este trabalho é um recorte do trabalho de conclusão de curso de Ferreira (2023), fruto de estudos que buscaram desenvolver uma SD para alunos do ensino médio que estejam estudando máquinas térmicas e refrigeradores. Entretanto, alguns aspectos pontuais da SD aqui apresentada se diferem de sua primeira versão, fruto do amadurecimento do trabalho.

## Pressupostos Teóricos

O referencial utilizado nessa discussão foi A Prática Educativa: Como ensinar, de Antoni Zabala, referência no tema. Segundo o autor, sequências didáticas 'são um conjunto de atividades ordenadas, estruturadas e articuladas para a realização de certos objetivos educacionais, que têm um princípio e um fim conhecidos tanto pelos professores como pelos alunos' (ZABALA, 1998, p. 18).

Nesse sentido, se o objetivo do professor é a aprendizagem de conteúdo, por exemplo, a sequência de ensino contará essencialmente com aulas expositivas e monológicas ( lectures ), dentro do modelo educativo tradicional. Contudo, se a visão de ensino do docente for voltada para a formação integral, cidadã, do estudante, a SD deve ser permeada com atividades que trabalhem as mais diversas habilidades educacionais como construção de pensamento crítico, capacidade de argumentação e trabalho em grupo, criatividade, identificar e resolver problemas, entre outras.

- A SD proposta neste trabalho pretende seguir esse segundo objetivo educacional, seguindo uma visão construtivista de ensino. Para isso, Zabala (1998) aponta a necessidade de a SD ter atividades que:
- i) revelem os conhecimentos prévios dos estudantes em relação ao assunto a ser trabalhado;
- ii) tragam o conteúdo de forma mais significativa, apresentando uma conexão com a realidade dos estudantes;
- iii) o grau de complexidade seja adequado à capacidade de compreensão dos alunos;
- iv) representem um desafio tangível;
- v) provoquem conflito cognitivo, de modo a proporcionar aprendizagem dos estudantes;
- vi) motivem a aprendizagem de novos conteúdos;
- vii) permitam o estudante perceber a própria aprendizagem, estimulando a autoestima;
- viii) ajudem a desenvolver habilidades que tornem o estudante mais responsável pela sua aprendizagem, de maneira mais autônoma.

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Uma das diversas possibilidades de se abraçar todos os 8 pontos de atenção listados acima é por meio de uma SD elaborada a partir de aulas baseadas na metodologia ativa Peer Instruction (PI).

Uma aula com a metodologia PI começa com o professor fazendo uma breve explicação sobre um conteúdo e, em seguida, pede para os alunos responderem individualmente uma Questão Conceitual (QC). Se o percentual de acertos for superior a 70%, o professor explica a questão e segue para uma próxima QC ou para uma nova explicação de conteúdo. Se a percentagem de acertos for inferior a 30%, o professor volta à etapa da apresentação teórica, apresentando mais detalhes e observações. Após essa segunda exposição do assunto, o professor irá propor uma nova QC (MAZUR, 2015).

As QC devem ser escolhidas de modo que a maioria das respostas corretas fique entre 30% e 70%, porque é nessa faixa que, após as respostas individuais, os alunos são divididos em grupos, para que discutam entre si (é nessa etapa que se dá a instrução entre pares, tradução mais usada para Peer Instruction ). A premissa é que, no mesmo grupo haverá estudantes com diferentes graus de compreensão, e as interações entre eles causarão conflitos cognitivos, possibilitando a aprendizagem do assunto.

Alguns detalhes de otimização da metodologia PI apresentados em Cunha (2022) justificam a sua escolha para alcançar os objetivos pedagógicos da SD: i) durante a explanação inicial, é interessante que o professor faça uma conexão com a realidade dos alunos, e que a explicação (tanto nessa etapa quanto na resolução das questões com a turma) seja condizente com a capacidade de compreensão dos alunos; ii) a escolha das QC 1 é fundamental para o funcionamento do PI. Como a intenção é que, na etapa anterior à discussão entre pares, o percentual de acertos fique entre 30% e 70%, as questões devem apresentar um desafio tangível; iii) escalonar as QC para aumentar a autoeficácia dos estudantes, motivando-os a continuar aprendendo (MILLER et al. 2015); iv) na etapa de interação entre pares, James e Willoughby (2010) revelaram que, dado o contexto da aplicação do PI, quase 40% das conversas dos alunos nessa etapa são improdutivas, ou seja, não estão discutindo o conteúdo da questão. Um caminho para otimização está no trabalho de Turpen e Finkelstein (2010), mostrando que um dos fatores que impactam nos resultados do PI é a cultura permeada na sala. O professor pode caminhar pela sala, ouvir e incentivar as discussões. Mais discussões produtivas proporcionam o surgimento de mais conflitos cognitivos, e situações sociais com conflitos cognitivos, quando solucionados, promovem progresso cognitivo (DOISE; MUGNY, 1979). É também nessa etapa que, com o tempo, os alunos passam a desenvolver habilidades educacionais como o pensamento crítico, a capacidade de argumentação, colaboração e criatividade, tornando-os mais responsáveis pela própria aprendizagem.

Dessa maneira, das 8 necessidades elencadas por Zabala que as atividades propostas nas SD devem suprir, 7 aparecem nos detalhes de otimização do PI

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listados anteriormente. A exceção está justamente na proposição de uma atividade que revelem os conhecimentos prévios dos alunos que, na SD proposta, é feita logo no 1º encontro, por meio da aplicação de questionário aberto prévio.

Em se tratando da elaboração de mapas conceituais, última etapa da SD, o referencial adotado foi Moreira (1984), que defende o uso de mapas conceituais como instrumento de ensino e de avaliação da aprendizagem. 'Avaliação não no sentido de testar conhecimento e atribuir uma nota ao aluno (...), mas sim no sentido de se obter informações sobre o tipo de estrutura que ele vê para um dado conjunto de conceitos' (MOREIRA, 1984, p. 20). E ainda:

... o uso de mapas conceituais como instrumentos de avaliação implica uma postura que para muitos difere da usual. Na avaliação através de mapas conceituais, a ideia principal é a de verificar o que o aluno sabe em termos conceituais, ia., como ele estrutura, hierarquiza, diferencia, relaciona, discrimina, integra, conceitos de uma determinada unidade de estudo, tópico, disciplina etc. (MOREIRA, 1984, p. 20).

No que se segue, este trabalho traz uma síntese da SD sustentada pelos pressupostos teóricos aqui apresentados, visando abordar o assunto máquinas térmicas com estudantes de ensino médio.

## A Sequência Didática

A SD foi planejada para ser aplicada ao longo de 3 semanas, somando 5 unidades temáticas (encontros) ao todo: 3 tempos de 50 minutos cada por semana, sendo 2 tempos em um dia e 1 tempo em outro (2 tempos da terça e 1 tempo na quinta, por exemplo). Somente a última semana terá apenas 1 encontro de 1 tempo, totalizando 7 tempos de 50 minutos destinados à SD. Esta seção é dedicada a observações gerais da SD, que está descrita em detalhes em Ferreira (2023). Contudo, a SD aqui proposta apresenta diferenças pontuais em relação à original, fruto de um amadurecimento do trabalho.

O quadro 1 a seguir expõe as 5 unidades temáticas da SD.

Quadro 01: As 5 unidades temáticas da sequência didática

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## 3ª unidade temática: 2 tempos de 50 minutos cada

Relembrar aos estudantes as etapas do PI e, em seguida, aplicá-lo, visando discutir o funcionamento de máquinas térmicas e refrigeradores.

## 4ª unidade temática: 1 tempo de 50 minutos

Dialogar com os discentes, usando com base o texto publicado pela BBC News Brasil 2 , sobre a importância dos refrigeradores em diversos aspectos da humanidade.

## 5ª unidade temática: 1 tempo de 50 minutos

Montagem do Mapa Conceitual

Fonte: os autores.

Em se tratando da 1ª unidade temática, é importante que o professor informe aos alunos o escopo da SD e que seja enfático quanto à aplicação do questionário prévio, informando que o objetivo é mapear os conhecimentos prévios dos estudantes e, portanto, será respondido anonimamente pelos discentes. De maneira alguma será atribuída uma nota relacionada ao percentual de acertos. Pode ser interessante, para que os estudantes entendam a relevância do questionário para a SD, que o docente informe que as respostas irão direcionar os diálogos nos outros encontros e, mais especificamente, serão utilizadas pelo professor para a elaboração das QC que serão aplicadas no 3º encontro.

O objetivo da 2ª unidade temática é trazer para a sala de aula, utilizando como texto-base o trabalho de Cunha e Oliveira (2024), um estudo histórico dos diferentes usos de máquinas térmicas ao longo da história, a sua relação com a revolução industrial, as mudanças nos meios de transporte e como o desenvolvimento das máquinas térmicas afetou os brasileiros na época (em especial, os cariocas). Em adição, objetiva-se também, a partir do vídeo https://www.youtube.com/watch?v=7Vhu33tMxwo 3 , elaborado pelo autor principal deste trabalho, discutir o funcionamento de uma máquina térmica a vapor.

No que diz respeito à aplicação do PI, no 3º encontro, serão utilizados os Plickers cards 4 pelos alunos para responderem as QC. Os Plickers cards são cartões interativos impressos com QR codes, conforme mostra a figura 1 a seguir. Basta os alunos levantarem os seus cartões (plastificados, para não rasgar) com a letra correspondente à resposta que julgam ser a correta para cima, que o professor, usando a câmera do seu celular atrelada ao aplicativo Plickers (Android ou IOS) , será capaz de coletar todas as respostas em poucos segundos. Uma vantagem do uso do Plickers é que os alunos não precisam ter smartphones para participarem.

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Figura 01: Exemplos de cartões interativos. Fonte: Cunha, 2022.

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A exposição das QC para os alunos depende dos recursos tecnológicos da instituição. Uma sala de aula com um projetor fixo conectado a um computador oferece uma praticidade maior se comparado ao uso de um projetor multimídia móvel, por exemplo. Caso não haja projetores, o professor pode escrever a questão no quadro, mas é evidente que o tempo necessário para trabalhar as QC será bem maior, comprometendo o dinamismo da aula e o cumprimento da SD.

Ademais, durante a etapa do PI destinada à explanação acerca do funcionamento dos refrigeradores, o docente pode fazer uso do vídeo https://www.youtube.com/watch?v=kp\_vVuBtc-U 5 . Durante o vídeo, sugere-se que o professor faça pequenas intervenções, fazendo perguntas, para estimular a participação dos alunos.

- O 4º encontro é destinado a discussão sobre a importância das máquinas refrigeradoras em nossas vidas, trazendo um contexto histórico. O texto publicado para BBC News Brasil, citado no quadro 01, será utilizado como base para essa aula.

No 5º e último encontro, a fim de verificar de que maneiras os estudantes relacionam os tópicos discutidos na SD, eles serão convidados a elaborar mapas conceituais sobre o que foi estudado. Para isso, se o docente preferir, poderá levar para essa aula qualquer tamanho de folha para a confecção dos mapas, além de canetas coloridas e réguas. Caso a escola tenha recursos para oferecer esses materiais, melhor ainda.

A turma em que se pretende implementar a SD tem familiaridade com mapas conceituais, pelo fato de o professor utilizar esse instrumento para o ensino e avaliação da aprendizagem. Sendo assim, 50 minutos são suficientes para a elaboração de mapas pelos estudantes e, em seguida, a construção de um mapa conceitual pelo docente, explicando cada conexão estabelecida. Porém, se os alunos nunca tiverem feito um mapa conceitual, pode ser interessante separar 2 tempos de 50 minutos para essa atividade.

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## Considerações Finais

A sequência didática aqui proposta foi elaborada pensando em não somente em explicar a física das máquinas térmicas e refrigeradores, mas de mostrar a importância desses aparatos na sociedade, a partir de uma contextualização histórica. Buscou-se também fazer o uso de estratégias pedagógicas como aulas ativas, com o uso da metodologia Peer Instruction , para engajar os estudantes e oportunizar aprendizagem de conteúdo e o desenvolvimento de habilidades educacionais como o pensamento crítico e trabalho em grupo.

Os pressupostos teóricos trazidos foram importantes para a elaboração da sequência didática em si, no que diz respeito à estruturação das atividades, na elaboração do questionário prévio e, consequentemente, das questões conceituais.

Pretende-se implementar a sequência didática aqui proposta no mês de novembro de 2024 em uma turma de 2ª série de ensino médio, em um colégio da rede privada na cidade do Rio de Janeiro. Desse modo, será possível dar continuidade a esta pesquisa, elaborando relatos de experiência que possam enriquecer a SD, indicando possíveis pontos de melhorias e trazendo análises dos resultados das aplicações das QCs e do questionário.

Ademais, espera-se que a sequência didática proposta por ser reproduzida por outros colegas, professores de física atuantes na educação básica, e, assim, que este trabalho possa contribuir com o ensino de física na educação básica.

## Referências

CUNHA, R., OLIVEIRA, F. Relações entre a ciência e as mudanças sofridas pela sociedade carioca no final do século XIX em uma atividade interdisciplinar no Ensino Médio. Cadernos de Educação Básica , v. 8, n. 1, pp. (139 - 152), 2024.

CUNHA, R. Análise das Interações dos Estudantes em Aulas Ativas usando a Metodologia Peer Instruction . 281 p. Tese (Doutorado em Ciência, Tecnologia e Educação) - Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca, Rio de Janeiro, 2022.

CROUCH, C; MAZUR, E. Peer Instruction: Ten years of experience and results. Am. J. Phys ., v. 69, n. 9, pp. (970-977), setembro, 2001.

DOISE, W., MUGNY G. Individual and collective conflicts of centrations in cognitive development. Eur. J. Soc. Psychol. , v. 9, n. 1, pp. (105-108), 1979.

FERREIRA, C. Uma proposta de sequência didática de máquinas térmicas no ensino médio. 39 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização em Ensino de Física na Educação Básica) - Colégio Pedro II, Rio de Janeiro, 2023.

MAZUR, E. Peer Instruction: A Revolução da Aprendizagem Ativa . Porto Alegre: Penso, 2015. 252 p.

MOREIRA, M. A O mapa conceitual como instrumento de avaliação da . aprendizagem . Educação e Seleção, n. 10, pp. (17-34), 1984.

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TURPEN, C., FINKELSTEIN, N. Not all interactive engagement is the same: Variations in physics professors' implementation of Peer Instruction. Phys. Rev. ST Phys. Educ. Res. , v. 5, n. 2, 18 pp., 2009.

ZABALA, A. A Prática Educativa: como ensinar . Porto Alegre: Artmed, 1998. 224.

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