PRÁTICA EXPERIMENTAL E O ENSINO DA TERMODINÂMICA: UMA PROPOSTA DIDÁTICA SOBRE CONVECÇÃO TÉRMICA

PRÁTICA EXPERIMENTAL E O ENSINO DA TERMODINÂMICA: UMA PROPOSTA DIDÁTICA SOBRE CONVECÇÃO TÉRMICA

• Autor
• Pedro Hiarley Fernandes de Sousa
• Co-autores
• Saymon Lima de Morais , Aline Tavares Braga , Antonio Victor Duarte da Cruz , Diego Marceli Rocha
• Resumo

• INTRODUÇÃO: Ao pensarmos sobre o Ensino de Ciências, especificamente no Ensino de Física, pode-se perceber um cenário repleto de agentes atuantes no processo de ensino e aprendizagem. Para Alves e Stachak (2005), os professores ainda enxergam o Ensino de Física como algo muito complexo, o que resulta em estados de desinteresse por parte daqueles envolvidos no processo. De acordo Batista et al. (2009), o modelo de ensino tradicional é bastante presente nas etapas do Ensino Fundamental e do Ensino Médio e, neste modelo, as informações e o conhecimento são apenas transmitidos e não construídos de maneira a se alcançar o aprendizado. Segundo Mourão e Sales (2018), ainda é comum encontrarmos diversos cenários onde as práticas de ensino estão focadas no conteúdo, classificadas como aulas “conteudistas”, onde o aluno não é tratado como protagonista, mas sim, um indivíduo passivo durante o processo de ensino e aprendizagem. Moreira (2021) enfatiza que o Ensino de Física é problemático, pois os discentes não aprendem significativamente, ao contrário, memorizam fórmulas e respostas que são reproduzidas nas provas. Em vista desse cenário, uma potencial abordagem didático-metodológica de atuação docente relacionada ao Ensino de Física está vinculada à experimentação. Higa e Oliveira (2012) analisaram diversos estudos sobre a fundamentação epistemológica e pedagógica das práticas experimentais. Com base nessa análise, identificaram duas abordagens: a primeira focada na aprendizagem, ressalta a compreensão e articulação entre conhecimentos teóricos e práticos; e a segunda destaca a interação, priorizando a participação ativa dos alunos. Sendo assim, o presente trabalho apresenta as etapas de elaboração e aplicação de uma proposta didática para o Ensino de Física que, buscou na construção dos conhecimentos físicos, estabelecer uma conexão entre a teoria e a prática, de modo, a promover a interação entre os sujeitos do processo de ensino e aprendizagem. A proposta didática tem como objetivo a construção de saberes, por meio da experimentação, de temáticas relacionadas a Termodinâmica. O processo de elaboração e aplicação ocorreram no âmbito do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID), subprojeto – Física do Centro de Formação de Professores da Universidade Federal de Campina Grande. A prática experimental escolhida teve como objetivo explorar o fenômeno da chama de uma vela criar um vórtice capaz de girar uma espiral de papel. Os alunos foram conduzidos a explorar o conceito de convecção térmica, assim como apresentar suas concepções sobre o fenômeno em estudo. Araújo e Abib (2003), apontam que as atividades experimentais minimizam as dificuldades no Ensino de Física, tornando-o mais consistente e significativo para os estudantes. As práticas experimentais permitem com que os alunos desenvolvam suas próprias estratégias de resolução para um problema proposto, assim como, a manipulação dos materiais na execução do experimento. Destacamos a importância do desenvolvimento dessas estratégias, de modo, a diversificar os resultados encontrados, por meio dos diversos caminhos escolhidos durante a realização da prática. Mourão (2018) destaca a necessidade de novas estratégias para envolver os alunos ativamente no processo de ensino e aprendizagem, sendo eles os responsáveis pelas decisões e resultados da investigação. Na abordagem do Ensino de Física, a utilização de experimentos, especialmente, no contexto da Termodinâmica, destaca-se como uma metodologia em potencial. De acordo com Grasselli e Gardelli (2014), a prática experimental desempenha um papel fundamental em sustentar o interesse dos alunos em um conteúdo específico, estimulando a aprendizagem por meio da observação, análise, exploração e formulação de hipóteses. Ao analisar esses elementos, é possível estabelecer uma conexão com a prática experimental apresentada neste estudo. Esse processo instiga o planejamento e, principalmente, a formulação de hipóteses, ou seja, os alunos têm a possibilidade de desenvolver suas próprias ideias sobre o comportamento experimental, de modo, a identificarem as variáveis e conceitos atuantes no experimento em voga. A seguir, discutiremos os aspectos relacionados à elaboração da proposta didática e sua aplicação em uma turma do 2º ano do Ensino Médio de uma escola pública. DESENVOLVIMENTO: Para Borges (2002), a construção de práticas experimentais envolve diferentes níveis de liberdade para os participantes na definição da problemática, levantamento de hipóteses, coleta de dados e reflexão sobre os resultados. Essa abordagem permite atividades investigativas, capacitando os alunos a resolver problemas sem um roteiro excessivamente estruturado ou repleto de instruções. O autor destaca que um problema é diferente de um exercício, pois a solução do problema não é alcançada apenas com aplicação de fórmulas. Ainda, segundo Borges (2002), as atividades experimentais são categorizadas em níveis de investigação, partindo do nível 0 até o nível 3. No primeiro nível são apresentados o problema, o procedimento experimental e as conclusões. Já no último nível o grau de liberdade é tamanho que a problemática é derivada do próprio interesse discente. Neste estudo, em especial, adotamos o nível 1 de investigação, proposto por Borges (2002), onde apresentamos aos discentes a problemática e os procedimentos de investigação, contudo, os alunos possuíam a autonomia para refletirem sobre os resultados encontrados. A realização da prática experimental, em um primeiro momento, tinha como objetivo gerar discussões sobre as ideias dos alunos a respeito do fenômeno observado. Dessa forma, os estudantes foram convidados a elaborarem espirais de papel para observação do fenômeno de convecção térmica que estabeleceria um movimento de giro, a partir de uma vela posicionada logo abaixo da espiral. O movimento de giro da espiral seria afetado não somente pela chama da vela, mas também pelo formato e o material de sua confecção. Além disso, buscou-se explorar a existência do ar atmosférico e suas implicações para a realização da prática experimental. Em paralelo a realização da prática experimental introduzimos uma situação-problema que discutia os efeitos adversos dos fortes ventos em incêndios florestais. Uma notícia sobre incêndios causados pelo calor e ventos intensos exemplificou seu impacto nas queimadas, introduzindo o princípio da convecção térmica ao experimento realizado. Mourão e Sales (2018) destacam a importância de estabelecermos um problema que desperte o interesse dos alunos, ao mesmo tempo que os saberes sejam relevantes para a solução desse problema, de modo, que o processo de investigação receba o seu real destaque. A proposta didática pode ser conhecida acessando: https://drive.google.com/file/d/1-n3PipIkb5ANeMlfme9XiFRNcbhac9sk/view?usp=drive_link. APLICAÇÃO: A aplicação da proposta didática ocorreu na E.E.E.F.M Monsenhor Constantino Vieira, localizada na cidade de Cajazeiras/PB. No primeiro momento da aplicação da proposta didática, os estudantes participantes foram convidados a confeccionar as espirais e a realizar as observações do fenômeno. Sugerimos que formassem grupos para a realização dessa tarefa. Cada grupo recebeu um conjunto de folhas A4 de sulfite e, também, de papel cartolina para a preparação das espirais. Após a conclusão das espirais, a próxima etapa consistiu em observar a convecção térmica que foi capaz de gerar um vórtice de ar e, consequentemente, provocar o movimento de giro das espirais elaboradas. Em continuidade a aplicação da proposta didática, apresentou-se a seguinte situação-problema: “Como o vento surge do nada, se nada estou vendo?”. Essa etapa foi de extrema relevância, uma vez que foi o primeiro contato dos alunos com a problemática em si, permitindo que expressassem suas concepções iniciais e ideias prévias sobre o fenômeno. Em seguida, estabelecemos discussões teóricas sobre o processo de convecção térmica, com a expectativa de que os alunos fossem capazes de responder à situação-problema apresentada. DISCUSSÕES: A implementação de experimentos em sala de aula pode enfrentar desafios como, por exemplo, a reação dos alunos a essa metodologia. A partir das ideias de Grasselli e Gardelli (2014) destacamos a importância de estabelecer conexões entre os conceitos físicos e os fenômenos naturais. Durante a aplicação da proposta didática os alunos precisavam descrever suas concepções sobre o que poderia ocorrer quando aproximávamos a espiral de papel da vela acessa, assim como, retratar os materiais envolvidos na confecção das espirais, de modo, a identificarem como eles poderiam afetar no resultado do movimento. Em seguida, buscamos reconhecer as relações levantadas pelos discentes entre o conceito de calor e a rotação da espiral, bem como, o que ocorreria no espaço entre a espiral e a chama da vela. Por fim, registramos as diversas hipóteses levantadas por eles quanto às razões associadas ao movimento observado. Observou-se que os alunos interagiram e se envolveram ativamente no experimento, contribuindo para o aprofundamento das discussões. Ao final da observação do giro da espiral, um aluno foi capaz de associar a perspectiva de calor e o giro da espiral com o funcionamento de um balão de ar quente que sobe devido à presença de uma fonte de calor. Além disso, podemos destacar uma ideia apresentada por um dos estudantes, que estava associada a formação dos ventos e seu impacto no movimento de aeronaves que extrapolou os limites da prática experimental e a solução da situação-problema proposta. A aplicação da proposta revelou o engajamento dos discentes na execução da proposta. Todavia, em uma análise da prática docente pudemos identificar dificuldades de aplicação da proposta associada ao gerenciamento do tempo, em um cenário de organização curricular consolidado pela tradição disciplinar. Neste cenário a aplicação da proposta didática em questão é impactada pelas limitações de tempo e falta de experiência docente de seus aplicadores na condução de encaminhamentos as diversas ideias e hipóteses levantadas pelos participantes. Dessa forma, pode-se refletir sobre as suas potencialidades, em cenários diferentes daqueles na qual a proposta foi aplicada. CONCLUSÕES: Ao refletirmos sobre a proposta didática elaborada, torna-se importante reconhecer sua potencialidade como recurso metodológico para o processo de ensino e aprendizagem no cenário do Ensino de Física. Utilizando a estratégia de prática experimental, procurava-se promover um ambiente participativo no qual os alunos possam interagir e que se sintam motivados a conhecer mais sobre os saberes físicos, ao mesmo tempo que desenvolvem habilidades para sua participação na sociedade moderna. Segundo Alves e Stachak (2005), a utilização de experimentos consegue propiciar a aproximação do ensino com a estrutura do conhecimento físico, sendo o experimento uma ferramenta essencial para estimular a interação entre aluno e professor, além de ampliar a perspectiva dos conceitos e princípios da Física. Neste estudo, buscou-se propor um experimento capaz de abordar o conceito de convecção térmica que, a princípio, mostrou-se ser muito promissor, pois apresenta a capacidade de envolver os alunos de maneira ativa e participativa. A partir da aplicação e das reflexões realizadas, percebeu-se a necessidade de inserir essa proposta em outras realidades, uma vez que a mesma foi planejada para uma única realidade associada a uma escola do alto sertão paraibano. A inserção nas demais realidades permite analisar de fato as suas reais potencialidades e modificações na sua estrutura didático-metodológica.

   

  REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

   

  ALVES, V. C.; STACHAK, M. A importância de aulas experimentais no processo ensino-aprendizagem em física: “Eletricidade”. In: XVI SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA – SBF, 16., 2005, Rio de Janeiro. Anais [...]. Rio de Janeiro: Centro Federal de Educação Tecnológica do Rio de Janeiro, 2005, p. 1-4.

   

  BATISTA, M. C.; FUSINATO, P. A.; BLINI, R. B. Reflexões sobre a importância da experimentação no ensino de física. Acta Scientiarum. Human and Social Sciences, Maringá, v. 31, n. 1, p. 43-49, 16 jun. 2009.

   

  BORGES, A. T. Novos rumos para o laboratório escolar de ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, [S. l.], v. 19, n. 3, p. 291–313, 2002.

   

  GRASSELLI, E. C.; GARDELLI, D. O ensino da física pela experimentação no ensino médio: da teoria à prática. Cadernos PDE, Curitiba, v. 1, p. 1-21, 2014.

   

  HIGA, I.; OLIVEIRA, O. B. A experimentação nas pesquisas sobre o ensino de Física: fundamentos epistemológicos e pedagógicos. Educar em revista, Curitiba, v. 28, n. 44, p. 75-92, abr./jun., 2012.

   

  MOREIRA, M. A. Desafios no ensino da física. Revista Brasileira de Ensino de Física, São Paulo, v. 43, e20200451, 2021.

   

  MOURÃO, M. F.; SALES, G. L. O uso do ensino por investigação como ferramenta didático-pedagógica no Ensino de Física. Experiências em Ensino de Ciências, Cuiabá, v. 13, n. 5, p. 428-440, 2018.

• Palavras-chave
• Convecção Térmica; Ensino de Física; Prática Experimental; Proposta Didática.
• Modalidade
• Comunicação oral
• Área Temática
• Física, Ensino de Física e Tecnologias Aplicadas