RALLY DA FÍSICA: UMA ABORDAGEM PROBLEMATIZADORA E LÚDICA DO ENSINO DE TERMODIN MICA

## RALLY DA FÍSICA: UMA ABORDAGEM PROBLEMATIZADORA E LÚDICA DO ENSINO DE TERMODINÂMICA

Abilio Bittar , Paulo Henrique Dias Menezes 2 1

1 UFJF/Departamento de Física/Escola, abilioabelhudoo@gmail.com

## Resumo

Neste trabalho apresentamos a proposta de uma sequência didática (SD) para o ensino dos conteúdos de termodinâmica. A proposta tem o formato de um jogo de Rally orientado pela aprendizagem baseada em problemas (PBL) e por uma abordagem CTS, na qual se discute a questão do uso intensivo do motor a combustão, apesar do seu baixo rendimento, e de suas consequências ambientais. Para isso, são apresentados conceitos de termodinâmica distribuídos em três etapas que visam explorar os conhecimentos relativos à física e à fatores econômicos, ambientais e sociais, visando promover a formação crítica dos estudantes, envolvendo-os na solução de problemas sociais por meio de decisões orientadas pela ciência. A dinâmica da SD consiste na apresentação de uma história inicial, acompanhada de um vídeo, que visa a imersão dos estudantes em uma situação problema que tem como foco as consequências da poluição causada por veículos movidos por motores à combustão nos grandes centros urbanos. Na sequência, os estudantes, organizados em equipes, participam de um jogo, denominado Rally da Física, em que serão estimulados a explorar diversos conteúdos associados às leis da termodinâmica e ao rendimento dos motores à combustão. No final, as equipes são convidadas a completar a história inicial, dando um desfecho ao problema apresentado. Com isso, conseguimos envolver os estudantes, motivando-os a pensar e a expor suas ideias, e a discutir sobre questões socioambientais de forma crítica e reflexiva.

Palavras-chave : ensino de física; termodinâmica; jogo didático

## Introdução

Hodiernamente, ainda é comum deparar-se com uma prática pedagógica expositiva e unilateral no ensino de física, na qual o aluno assume uma postura passiva. Diante disso, é perceptível a necessidade de se buscar caminhos para o planejamento de aulas lúdicas, interessantes, prazerosas e interativas, uma vez que a motivação é um elemento propulsor no processo de ensino e aprendizagem.

A sequência didática (SD) apresentada neste trabalho é uma ferramenta lúdica que visa tornar o educando um agente ativo no processo de ensino e aprendizagem. A proposta é embasada na metodologia de Aprendizagem Baseada em Problemas (PBL), associada à potencialidade do enfoque CTS (ciência, tecnologia e sociedade) na educação em ciência, promovendo a criticidade, o protagonismo dos alunos e o envolvimento social.

A SD se desenvolve no cenário de um jogo de Rally que apresenta desafios, pertinentes a uma competição, que devem ser resolvidos pelos alunos utilizando conhecimentos de termodinâmica aplicados ao funcionamento dos motores a combustão. Ao apresentarmos os conceitos de termodinâmica, a partir de um objeto tecnológico (o motor), criamos um contexto de significação dos conceitos, leis e

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

teorias que serão estudados de maneira a incentivar o interesse dos alunos pelos conteúdos de ensino.

Segundo Souza e Dourado (2015, p. 184-185), a PBL 'é uma estratégia de método para aprendizagem, centrada no aluno e por meio da investigação [...] que utiliza técnicas de análise crítica, para a compreensão e resolução de problemas de forma significativa'. Nesse sentido, problemas numéricos e conceituais são apresentados no contexto do jogo para os estudantes resolverem em equipe, com a tutoria do professor. O contexto do jogo é orientado por uma abordagem CTS, na qual se discute a questão do uso intensivo do motor a combustão, apesar do seu baixo rendimento, e de suas consequências ambientais. Tudo isso visando uma análise crítica, por parte do estudante, sobre a viabilidade dos veículos à combustão.

A sequência didática associada ao jogo visa promover a formação crítica do estudante ao envolvê-lo na solução de problemas sociais e ambientais, por meio de decisões orientadas pela ciência. Com isso, pretende-se 'promover a educação científica e tecnológica dos cidadãos, auxiliando o aluno a construir conhecimento, habilidades e valores necessários para tomar decisões responsáveis sobre questões de ciências e tecnologia na sociedade e atuar na solução de tais questões.' (Santos (2008, p.112).

## Desenvolvimento da sequência didática

A sequência didática está organizada em três etapas que visam explorar os conhecimentos relativos à física e a fatores econômicos, ambientais e sociais, visando promover a formação crítica dos estudantes envolvendo-os na solução de problemas sociais, por meio de decisões orientadas pela ciência. A primeira parte consiste na narração de uma história, acompanhada de um vídeo, que visa a imersão dos estudantes em uma situação problema, que tem como foco as consequências da poluição causada por veículos movidos por motores à combustão nos grandes centros urbanos. Na sequência, os estudantes, organizados em equipes, participam de um jogo, denominado Rally da Física, em que serão estimulados a explorar diversos conteúdos associados às leis da termodinâmica e ao rendimento desses motores. No final, as equipes são convidadas a completar a história inicial, dando um desfecho ao problema apresentado.

## Primeira etapa: a história da viagem

Esta etapa constitui-se na contação de uma história que narra a viagem de duas crianças que vão visitar seus avós na cidade grande e se deparam com seu avô doente devido a um problema inerente à poluição causada pelos veículos à combustão. A narração utiliza a estratégia de vivência guiada (Stevens, 1976), um recurso muito usado na psicologia e no teatro, com a pretensão de despertar nos estudantes o incômodo com memórias e sentimentos de aspectos cognitivos e vivenciais, a partir dos quais são instigados a levantar hipóteses sobre os motivos que levaram ao adoecimento do avô das crianças.

A narração da história é orientada por um vídeo 1 , criado para esta finalidade, e é conduzida pelo professor, que intercala a contação da história com a vivência guiada e com uma sessão de relaxamento, realizada ao final da história. Todo o

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enredo foi pensado para gerar a imersão integral dos estudantes no problema da poluição.

Na perspectiva freiriana (Freire, 1987), esta etapa tem o objetivo de envolver os estudantes na compreensão do fenômeno e na reflexão crítica, que leva a superar a consciência ingênua acerca de situações nas quais os sujeitos encontram-se imersos e, por vezes, não possuem a consciência crítica da situação-problema que possa levar a sua superação.

Para facilitar a narrativa pelo professor, foi elaborado um outro vídeo com orientações 2 , de uso exclusivo do professor.

## Segunda etapa: O Rally da Física

O jogo, 'Rally da Física Ligue o Carro!', foi desenvolvido na plataforma Geogebra 3 e funciona como uma corrida, cuja pontuação conquistada indica a quilometragem percorrida pela equipe. Para pontuar a equipe deverá ajustar valores de energia, rendimento e rendimento máximo, o que pode ser entendido, na ludicidade do jogo, como pit stops de manutenção. A figura 1 mostra uma visão geral da tela do jogo, com diversos elementos ativos. O desafio é conseguir ligar o carro para pontuar, o que é possível apenas se as relações de energia estiverem corretas. A pontuação é baseada no valor numérico do trabalho realizado pelo motor e em bônus, que podem ser adquiridos ou ganhos pelas equipes no decorrer do jogo. Vence a equipe que alcançar a maior distância.

Figura 1: Print da tela do Rally da Física (Fonte: autoria própria)

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Os valores de ajuste das grandezas devem ser obtidos por meio da rolarem de dados para: temperatura da fonte quente (T1); temperatura da fonte fria (T ), calor 2 da fonte quente (Q1); calor da fonte fria (Q2); trabalho (W); rendimento (η); e rendimento do ciclo de Carnot (η max ). As equipes podem rolar um, dois ou três dados. Essa escolha é estratégica e indica nível de compreensão dos estudantes sobre os valores esperados para ajustar as relações de energia, rendimento e rendimento máximo. Para jogar os estudantes precisarão construir algumas expressões que relacionam essas grandezas.

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Quando houver uma tentativa de ligar o carro de forma equivocada serão apresentados desafios, na forma de situações problemas. A equipe que jogar assertivamente na resolução do desafio será premiada com um bônus.

- O jogo também apresenta dicas que foram elaboradas para auxiliar a construção do conhecimento pelo estudante, sem a atuação direta do professor. A visualização das dicas é controlada pela fase do jogo, pelos valores numéricos das grandezas e por contadores, previamente programados. Como exemplo, na figura 2 apresentamos uma situação que indica um baixo rendimento do motor, que no jogo está associado à geração de muita fumaça.

Figura 2 : Carro gerando muita fumaça (Fonte: autoria própria)

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Há também analogias dinâmicas para auxiliar a elaboração dos conhecimentos pelos estudantes. A figura 3, por exemplo, mostra uma relação gráfica entre o rendimento esperado e a resposta da equipe.

Figura 3: Representação gráfica da fração do rendimento (Fonte: autoria própria)

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O jogo, em si, está dividido em três fases, cujos problemas e desafios aumentam de forma gradual. A primeira fase contempla apenas as grandezas:

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quantidade de calor fornecida à máquina (Q1); quantidade de calor liberada para a fonte fria (Q ) e trabalho realizado pelo sistema (W). 2

A equipe iniciante (definida por sorteio) deverá escolher uma das grandezas (Q1, Q2 ou W) para assumir o valor obtido na rolagem de dados. O objetivo da jogada será ajustar a relação entre Q , Q 1 2 e W, inicialmente apresentada na tela do jogo. Caso a equipe considere que o valor obtido consegue ajustar a relação de energia entre as grandezas, esta poderá tentar ligar o veículo e, em caso de sucesso, sua pontuação será igual ao valor numérico do trabalho, que irá indicar a 'distância' a ser percorrida pela equipe.

A equipe também poderá ser multada caso produza apenas desperdício de energia, ou seja, quando o trabalho for nulo (W = 0). A multa será equivalente ao valor obtido para Q2, que será subtraído da distância já percorrida pela equipe até então. As equipes também podem 'comprar' dicas na sua vez de jogar, ou adquirir bônus que trarão vantagens no decorrer do jogo.

Ainda na primeira fase, as equipes deverão construir um esquema que relacione a temperatura da fonte quente (T1); a temperatura da fonte fria (T2 ), a quantidade de calor recebido (Q1), a quantidade de calor liberado para a fonte fria (Q2) e o trabalho realizado (W). A compreensão dessas relações ajudará na próxima fase do jogo.

Na segunda fase, será introduzida a grandeza rendimento (η), e a equipe que fizer um ajuste assertivo terá direito de jogar novamente. A maior pontuação ocorrerá quando a equipe ajustar, simultaneamente, as duas relações: de energia e de rendimento, e a pontuação será calculada pelo valor do trabalho elevado ao número de relações ajustadas (W 2 ).

Posteriormente será introduzido o rendimento máximo de Carnot (terceira fase). Nesta última fase, poderá ocorrer o fato de o carro gerar muita fumaça (casos de baixo rendimento) e a equipe ficará sujeita a uma multa no valor do trabalho elevado à terceira potência (W 3 ). Na perspectiva lúdica do jogo, o professor poderá assumir o papel do personagem 'policial consciente" na apresentação da multa. Com isso, procuramos destacar as consequências do uso dos veículos a combustão, informar e despertar a atenção dos estudantes sobre questões ambientais, aquecimento global e políticas governamentais.

Também de forma lúdica, na última fase do jogo inserimos uma ponte histórica por meio de 'conversas com Carnot'. Essas conversas, permitem abordar aspectos históricos relativos à termodinâmica, à revolução francesa e à evolução das máquinas térmicas, mostrando aos estudantes uma ciência em construção e as suas intrínsecas relações sociais. Dessa forma, corroboramos com a ideia de Santos e Mortimer (2001, p.96) de que 'a ciência não é uma atividade neutra e o seu desenvolvimento está diretamente imbricado com os aspectos sociais, políticos, econômicos, culturais e ambientais' (da sociedade).

## Terceira etapa: o final da história

Como atividade final, os estudantes serão convidados a completar a história inicial, propondo uma solução para o problema apresentado. Espera-se que nesse momento eles já estejam mais conscientes da situação problema, de seus limites e suas possibilidades, para contribuir na identificação e superação de uma demanda socioambiental.

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## Resultados obtidos

A aplicação da sequência didática ocorreu, de forma presencial, em uma turma do 3º ano do ensino médio de uma escola pública de um município do interior de Minas Gerais, no ano de 2022, no retorno das atividades presenciais, ocorrido após a pandemia da Covid-19. No total foram utilizados seis encontros, cada qual com duas aulas geminadas, compostas por dois módulos de 50 minutos.

O primeiro encontro foi utilizado para a apresentação da proposta didática e a narração da história inicial. A aplicação foi realizada no anfiteatro da escola, que foi preparado previamente para isso. O local apresentava um distanciamento físico das salas de aula e do restante da escola, o que favoreceu o isolamento acústico, facilitando o processo de imersão na história. Havia um espaço sem cadeiras que foi forrado com papelão para que os estudantes pudessem se deitar. As cortinas possibilitaram o ajuste adequado da iluminação para a vivência guiada. Esse espaço também foi utilizado para a aplicação do jogo. A figura 4 mostra a organização do anfiteatro para a vivência guiada.

Figura 4: Imagem da aplicação durante a vivência guiada. (Fonte: autoria própria)

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Foram Improvisados travesseiros com caixas de papelão para que os estudantes tivessem maior conforto durante o relaxamento, permitindo um bom ângulo de visualização da tela de projeção.

Os três encontros seguintes foram utilizados para a aplicação do jogo, propriamente dito. Na sequência, foram utilizados um encontro para a redação do final da história pelos estudantes e um encontro para o fechamento do jogo.

Durante o jogo, observamos que os estudantes discutiam sobre como jogar, mas não tínhamos indícios de que eles possuíssem conhecimentos sobre as leis da termodinâmica, tendo em vista que este conteúdo havia sido abordado de forma remota durante a pandemia da Covid-19.

Percebemos ainda, que as equipes tinham dificuldades para indicar o número de dados que seriam lançados para aumentar a probabilidade de obter o valor desejado. Isso nos deixou preocupados, pois as probabilidades no jogo já são pequenas, mesmo quando há a escolha correta do número de dados a serem lançados. A partir dessa observação, fizemos uma adaptação no jogo original criando o jogo dialogado em fases, no qual passamos a interagir com as equipes no sentido de orientar as escolhas e também de obter informações sobre o nível de conhecimento dos estudantes.

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## Análise geral da aplicação

As características do jogo Rally da Física privilegia interações em tempo real entre os estudantes. Durante a aplicação observamos que a aprendizagem também se deu por meio de aspectos afetivos, emocionais e comportamentais associados ao fato de os estudantes trabalharem em equipe. Essa observação corrobora com a percepção de Negrine (1994, p.19), ao indicar que

As contribuições das atividades lúdicas no desenvolvimento integral indicam que elas contribuem poderosamente no desenvolvimento global da criança e que todas as dimensões estão intrinsecamente vinculadas: a inteligência, a afetividade, a motricidade e a sociabilidade são inseparáveis, sendo a afetividade a que constitui a energia necessária para a progressão psíquica, moral, intelectual e motriz da criança. (Negrine, 1994, p.19).

Também observamos um potencial multidisciplinar do material produzido. Durante a aplicação da SD, conseguimos trabalhar com as professoras de história e de português, que auxiliaram na abordagem de fatos relacionados à revolução industrial e na elaboração dos textos finais pelos estudantes, respectivamente. O professor de matemática também foi convidado a colaborar na exploração da parte de probabilidade do jogo, mas este não teve tempo para isso.

Observamos que os estudantes tiveram dificuldades na análise conjunta da relação entre a conservação da energia e a expressão do rendimento. Percebemos que eles conseguiam ajustar as grandezas separadamente, mas tinham dificuldades para relacioná-las em conjunto. Devido a essas dificuldades, não conseguimos trabalhar com a expressão de Carnot do rendimento máximo. Porém, entendemos que não se tratava de uma tarefa simples, pois os estudantes teriam que relacionar as grandezas em três expressões conjuntamente: na relação de energia, na expressão do rendimento e no cálculo do rendimento máximo de Carnot.

Apesar dessas dificuldades, consideramos que a aplicação indicou o potencial da SD como uma atividade que estimula o interesse dos estudantes e o aprendizado de conceitos de termodinâmica de uma forma lúdica e significativa. Todo o material que compõe a SD foi pensado para ser aplicado também em projetos educacionais. Esperamos em uma aplicação futura poder fazer uso de todos os recursos disponíveis, para termos uma avaliação mais completa do jogo e de suas potencialidades como recurso educativo.

## Considerações finais

Consideramos que a escolha da abordagem metodológica da PBL, aliada aos recursos lúdicos do jogo e do enfoque CTS, permitiu que conseguíssemos motivar e gerar engajamento dos estudantes no aprendizado da Física. Apesar das dificuldades encontradas, observamos, durante o jogo, momentos de cooperação entre os colegas de equipe e o empenho dos estudantes em superar os desafios apresentados em nível de competição. O contexto imersivo da história e do jogo motivou os estudantes e favoreceu o ambiente de aprendizagem. Esse envolvimento pode ser percebido nas pesquisas realizadas pelos estudantes para a resolução dos diferentes problemas apresentados, fornecendo indícios de uma aprendizagem significativa.

Nossas observações, de maneira geral, não permitem inferir sobre a aprendizagem do conteúdo específico, pois não houve tempo para aplicação de

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nenhum tipo de instrumento de avaliação sistematizado, tendo em vista que o jogo foi aplicado já no final do primeiro período letivo. Porém, como já destacado, o envolvimento, a participação, o engajamento e a motivação dos estudantes foram notórios. Percepções estas também corroboradas por relatos do professor regente da turma e de uma psicóloga que acompanhou a atividade de imersão no início da aplicação do trabalho. Os relatos do professor regente da turma foram importantes, pois forneceram parâmetros de comparação em relação ao comportamento anterior dos estudantes em relação ao conteúdo de física.

Na finalização da história, escrita pelos estudantes, observamos uma postura ativa de tentativa de solução do problema apresentado. Também percebemos um certo protagonismo dos estudantes ao propor soluções até mesmo para outras questões ambientais, o que pode ser considerado como um indicativo de que os objetivos foram alcançados. Conseguimos envolver os estudantes, motivá-los a pensar e a expor suas ideias de forma crítica e reflexiva.

## Referências

FREIRE, Paulo. Pedagogia do oprimido , 17ª. ed. Rio de Janeiro, Paz e Terra, 1987.

NEGRINE, A. Aprendizagem e desenvolvimento infantil . Porto Alegre: Propil,1994, 197 p.

SANTOS, Wildson Luiz Pereira. Educação científica humanística em uma perspectiva freireana: resgatando a função do ensino de CTS. Alexandria: revista de educação em ciência e tecnologia, v. 1, n. 1, p. 109-131, 2008.

SANTOS, W. L. P.; MORTIMER, E. F. Tomada de Decisão para ação social responsável no ensino de ciências. Ciência &amp; Educação , Bauru, v.7, n.1, p.95-111, 2001.

SOUZA, S. C. DE; DOURADO, L. Aprendizagem Baseada em Problemas (ABP): um método de aprendizagem inovador para o ensino educativo. HOLOS , v. 5, p. 182, 1 out. 2015. ISSN 1807-1600. Disponível em:

doi:https://doi.org/10.15628/holos.2015.2880. Acesso em: 14 nov. 2024.

STEVENS, John O. Tornar-se presente : experimentos de crescimento em gestalt-terapia. Summus Editorial, 1976.

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