OS CONCEITOS DE CALOR E TRABALHO EM LIVROS DIDÁTICOS DO PNLD 2021 À LUZ DA TEORIA DA TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA

## OS CONCEITOS DE CALOR E TRABALHO EM LIVROS DIDÁTICOS DO PNLD 2021 À LUZ DA TEORIA DA TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA

## Anaiza Silva Barbosa de Lima 1 , Alexandre Campos 2

1 Universidade Federal de Campina Grande/Unidade Acadêmica de Física/anailza.silva@estudante.ufcg.edu.br

2 Universidade Federal de Campina Grande/Unidade Acadêmica de Física/alexandre.campos@df.ufcg.edu.br

## Resumo

O presente trabalho, desenvolvido no âmbito do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC), teve como foco a análise da abordagem dos conceitos de calor e trabalho em livros didáticos. A revisão da literatura, com destaque para o livro "Energy: Historical Development of the Concept", de R. Bruce Lindsay, no qual, contém recortes de trechos originais de filósofos e cientistas, identificou duas abordagens principais para o conceito de calor: substância e movimento. A pesquisa buscou verificar como os conceitos relacionados à conservação de energia, calor e trabalho, são apresentados nos livros didáticos mais recentes do PNLD 2021, utilizando a Teoria da Transposição Didática (TTD) de Yves Chevallard como referencial teórico. Os resultados da análise indicaram que esses conceitos são frequentemente tratados de maneira simplificada, sem uma contextualização adequada da evolução científica que os fundamenta, desconsiderando-se as complexidades ao longo do tempo, o que pode comprometer a compreensão mais aprofundada desses temas por parte dos estudantes.

Palavras-chave: Teoria da Transposição Didática, Calor, Trabalho.

## Introdução

O presente estudo, desenvolvido no âmbito do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC), parte do saber sábio para investigar a transposição didática do conceito de calor nos livros didáticos. A transposição didática, teoria desenvolvida por Yves Chevallard, refere-se ao processo pelo qual o conhecimento científico (saber sábio) é adaptado para ser ensinado nas escolas (saber a ensinar). Esse processo envolve transformações profundas, que podem alterar a forma como os conceitos são compreendidos pelos alunos.

Gaston Bachelard, ao examinar como os conceitos científicos evoluem e se transformam ao longo do tempo, argumenta que essa evolução não é apenas um avanço no conhecimento empírico, mas também um progresso filosófico que organiza e estrutura a nossa percepção da realidade (BACHELARD, 1978). Para ilustrar essa ideia, Bachelard usa o conceito de energia como exemplo.

A origem do conceito de energia está profundamente relacionada às discussões filosóficas e científicas sobre o movimento e sua conservação. Essa trajetória pode ser traçada desde os filósofos da Antiguidade, como Aristóteles (384 322 a.C.), até os engenheiros da era greco-romana, como Heron de Alexandria (~10 - 70 d.C.) (LINDSAY, 1975).

Entre os séculos XVII e XVIII, os debates sobre a natureza do movimento ganharam nova intensidade. Descartes (1596 - 1650) introduziu o conceito de

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momentum como uma quantidade essencial para descrever o movimento, enquanto Leibniz (1646 - 1716) apresentou a ideia de força viva (vis viva), sugerindo uma relação mais complexa entre o movimento e a energia.

Esses conceitos começaram a evoluir em paralelo com o desenvolvimento tecnológico, impulsionado pela Revolução Industrial, que consolidou a necessidade de uma compreensão mais profunda da energia e suas transformações. Nesse contexto, Lazare Carnot (1753 - 1823) desenvolveu o conceito de trabalho, que ajudou a aproximar a ideia de força viva com a noção emergente de calor.

Para este trabalho, o primeiro passo foi realizar uma revisão da literatura, a fim de entender como os conceitos relacionados à conservação de energia, calor e trabalho, foram desenvolvidos. Com base no livro "Energy: Historical Development of the Concept", de R. Bruce Lindsay, foi possível identificar duas abordagens históricas predominantes sobre o conceito de calor: uma que o relaciona à teoria do calórico e outra que o define como movimento.

A partir dessa análise, emergiu a questão central da pesquisa: Como são apresentados os conceitos de calor e trabalho nos livros didáticos? O estudo busca, assim, investigar com base na teoria da transposição didática, como esses conceitos são apresentados nas escolas, utilizando os livros didáticos do PNLD 2021 como objeto de análise.

## Elementos da Teoria da Transposição Didática (TTD)

A Teoria da Transposição Didática (TTD) descreve o processo de adaptação do saber acadêmico (saber sábio) para que ele possa ser ensinado em sala de aula (saber a ensinar), até chegar ao conhecimento efetivamente transmitido (saber ensinado) (CHEVALLARD, 1991). Não se trata apenas de simplificar o conhecimento científico, mas de reformulá-lo de forma que preserve sua essência, ao mesmo tempo que se torna acessível e compreensível para os estudantes. Esse processo exige equilíbrio, já que padrões de produção do saber acadêmico diferem dos padrões do saber escolar, o que muitas vezes pode resultar em simplificações ou distorções do conhecimento original.

O processo de transposição pode ser dividido em duas fases principais: a Transposição Externa (T.E.), que ocorre entre o saber sábio e o saber a ensinar, e a Transposição Interna (T.I.), que acontece entre o saber a ensinar e o saber ensinado. A prática de ensino envolve critérios de avaliação que integram um sistema educacional mais amplo, onde é crucial que o conteúdo seja adaptado linguisticamente para os alunos, embora isso não garanta automaticamente a eficácia do aprendizado, pois o conhecimento pode ser transformado de formas não lineares e nem sempre previsíveis (CHEVALLARD, 1991).

Chevallard inclue elementos necessários a fim de garantir que o conhecimento seja transmitido de forma coerente e eficaz:

Publicidade: Avaliação de como o conhecimento é apresentado publicamente nos livros didáticos, incluindo a clareza e a acessibilidade das informações para os alunos.

Programabilidade: Análise da forma como os conceitos são organizados e estruturados nos livros didáticos, incluindo a sequência didática e os objetivos de aprendizagem.

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Despersonalização: Exame de como o conhecimento é despersonalizado, ou seja, como as contribuições individuais dos cientistas são generalizadas e integradas no conteúdo.

Desincretização: Verificação de como o conhecimento é fragmentado e simplificado para facilitar a compreensão dos alunos, sem comprometer a precisão científica.

Descontextualização: Análise de como o conhecimento é retirado do contexto histórico e científico original e adaptado para o currículo escolar.

A construção de um conceito de calor deve integrar o saber científico com o saber escolar, assim, primeiramente deve-se entender como o conceito de calor está apresentado no saber sábio.

## Alguns aspectos do Saber Sábio

Com o desenvolvimento das máquinas a vapor e a revolução científica dos séculos XVII e XVIII, a ciência passou a adotar uma abordagem mais empírica, especialmente em relação à compreensão do calor. As discussões sobre a natureza do calor resultaram em duas teorias predominantes: a teoria do calórico, que via o calor como uma substância fluida, e a teoria do movimento do calor, que associava o fenômeno ao movimento das partículas, conectando-a à ideia de 'vis viva'.

Pierre Gassendi, no período pré-industrial, desenvolveu uma teoria atômica do calor, associando-o ao movimento rápido de "átomos de calor" que, ao penetrar outras substâncias, geravam a sensação térmica. Robert Boyle, mais tarde, avançou essa ideia ao sugerir que o calor resultava da intensa agitação das partículas, mostrando experimentalmente como essa agitação causava fenômenos como derretimento e movimentação de líquidos aquecidos (LINDSAY, 1975).

No século XVIII, cientistas como Daniel Bernoulli, Leonhard Euler, Joseph Black e Antoine Lavoisier ampliaram essas ideias. Black desafiou a noção de que o frio era uma qualidade ativa e introduziu a ideia de que o calor era um fluido transferível. Lavoisier, por sua vez, cunhou o termo "calórico" para descrever o calor como uma substância invisível que determinava o estado térmico dos corpos, solidificando a teoria do calórico por grande parte do século (CINDRA; TEIXEIRA, 2004).

No século XIX, a teoria do calórico foi questionada por cientistas como o Conde Rumford e Sadi Carnot. Rumford demonstrou que o calor gerado pela fricção não poderia ser explicado pela transferência de uma substância calórica, enquanto Carnot explorou o uso do calor para realizar trabalho em máquinas térmicas. Outros cientistas, como Michael Faraday e Humphry Davy, também contribuíram para enfraquecer a teoria do calórico, mostrando que o calor era resultado do movimento das partículas e não de uma substância invisível (GOMES, 2015).

Embora a teoria do calórico tenha dominado o cenário científico até o início do século XIX, ela começou a perder força com a introdução do conceito de conservação da energia e o cálculo do equivalente mecânico do calor, desenvolvido por Julius Robert Mayer e James Prescott Joule. A partir de 1840, a noção de energia como uma quantidade conservada e transformada entre diferentes formas, como o calor e o trabalho mecânico, ganhou proeminência. Esse conceito unificador marcou uma nova fase na física e consolidou a compreensão moderna do calor e da energia.

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A transição da teoria do calórico para a moderna concepção de energia é um marco crucial para entender o desenvolvimento dos conceitos de calor e trabalho. Essa transformação não só influenciou o campo da termodinâmica, como também evidenciou a importância de integrar aspectos epistemológicos e conceituais no ensino de ciências. No entanto, muitas dessas discussões ainda estão ausentes nos livros didáticos de ensino básico, o que levanta questões sobre como esses conceitos são abordados e ensinados nas escolas.

## Metodologia

Este estudo desenvolvido através do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC), adota uma abordagem metodológica estruturada para investigar a abordagem didática dos conceitos de calor e trabalho em livros didáticos. A primeira etapa da pesquisa consistiu em uma revisão abrangente da literatura sobre o desenvolvimento histórico dos conceitos de calor e trabalho.

- A revisão inicial focou em textos que forneceram uma base para a compreensão das teorias envolvidas na conservação da energia. O principal recurso utilizado foi o livro "Energy: Historical Development of the Concept", de R. Bruce Lindsay. Este trabalho foi selecionado por sua profundidade histórica e relevância para a compreensão da evolução conceitual do calor e da energia.

A partir da revisão bibliográfica, surgiu a questão central da pesquisa: 'Como os livros didáticos abordam o conceito de calor?' Para responder a esta questão, foi necessário analisar os livros didáticos em vigor, com foco na forma como os conceitos de calor e trabalho são apresentados aos alunos. Foram selecionados livros didáticos que fazem parte do Programa Nacional do Livro Didático (PNLD) 2021, uma vez que estes representam a edição mais recente em uso nas escolas. As coleções analisadas foram:

Tabela 01: Coleções de livros analisadas

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Após a leitura e análise dos conceitos de calor e trabalho nos livros selecionados, a análise foi estruturada com base na Teoria da Transposição Didática (TTD), desenvolvida por Yves Chevallard. A análise utilizou a transposição didática externa, focando em cinco aspectos principais: publicidade, programabilidade, despersonalização, desincretização e descontextualização.

## Algumas considerações

A análise dos conceitos de calor e trabalho com a Teoria da Transposição Didática (TTD) de Chevallard, mostra no saber sábio que o conceito de calor evoluiu de uma substância (calórico) para uma forma de energia transferida. O conceito de trabalho também foi aprimorado, estabelecendo-se a relação entre trabalho mecânico e calor na termodinâmica.

Nos livros didáticos do PNLD 2021, o calor é descrito como transferência de energia térmica, e o trabalho como a energia transferida por uma força aplicada a um objeto em movimento. No entanto, essa abordagem tende a ser simplificada e descontextualizada, não explorando a complexidade histórica ou as contribuições científicas de figuras importantes.

Ao se voltar para os elementos da teoria, podemos destacar:

Textualização do Saber: Nos livros didáticos, os conceitos de calor e trabalho costumam ser apresentados de maneira bastante resumida e simplificada. Essa simplificação normalmente se resume a definições curtas, sem abordar a complexidade histórica e científica por trás desses conceitos. Por exemplo, o calor é

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frequentemente descrito como "energia transferida entre corpos", sem menção ao desenvolvimento histórico ou às contribuições de cientistas.

Dessincretização: Nos livros didáticos, isso fica evidente quando calor e trabalho são apresentados separadamente, com definições e fórmulas desconectadas entre si, sem qualquer referência ao contexto histórico. Essa abordagem segue uma estrutura rígida de definição, fórmula e exemplos, como se fossem informações prontas e acabadas, o que pode dificultar a compreensão dos alunos sobre a relação prática entre esses conceitos, como na conversão de trabalho em calor nos sistemas termodinâmicos.

Publicidade e Programabilidade: Publicidade refere-se à forma como o conhecimento é exposto aos alunos. Nos livros didáticos, os conceitos de calor e trabalho costumam ser apresentados de maneira técnica e sem contexto. A programabilidade diz respeito à organização do conteúdo. Nos livros do PNLD 2021, calor e trabalho seguem uma sequência linear de definição, fórmula e exemplos, que pode ser útil, mas muitas vezes carece de um contexto histórico que permita aos alunos entender como esses conceitos evoluíram e suas aplicações práticas.

Despersonalização: Nos livros didáticos, calor e trabalho são frequentemente apresentados sem referência às figuras históricas que contribuíram para sua compreensão. Isso pode levar os alunos a aceitar esses conceitos como verdades fixas, sem ter contato com os debates e controvérsias que os moldaram. A ausência de menções a cientistas como Joule e Rumford, por exemplo, demonstra que os conceitos são mostrados de forma dissociada de seus criadores.

Descontextualização: Esse aspecto é facilmente observado. Ao analisar o Saber Sábio, nota-se que os conceitos atuais resultaram de um longo processo envolvendo filósofos e cientistas que contribuíram para suas definições e descrições matemáticas. No entanto, essa evolução não é apresentada nos livros didáticos, que tendem a focar em exemplos do cotidiano na tentativa de aproximar-se da realidade, sem dar atenção ao desenvolvimento histórico do conhecimento.

Com base na Teoria da Transposição Didática de Chevallard, verificou-se que os livros didáticos abordam os conceitos de maneira simplificada e descontextualizada, sem mencionar os cientistas envolvidos ou o desenvolvimento histórico dos conceitos. Essa abordagem pode restringir a compreensão dos alunos sobre a profundidade epistemológica e histórica desses temas essenciais na física.

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