4.2 Mod´elisation de sous-maille
5.1.2 Application au couplage RANS/SGE
Dentre os diversos materiais de ensino que fizeram parte do acervo do Colégio Arquidiocesano, alguns foram mencionados nominalmente na revista Echos e nos registros dos inspetores de ensino. Em sua maioria, eles pertencem à área de Física e, por isso, optou-se por enfocar alguns dos instrumentos de precisão dessa área, buscando compreender quais instrumentos eram esses e quais práticas escolares poderiam ser suscitadas a partir de seus usos.
Heering (2011), em artigo em que discute a relação entre os instrumentos de pesquisa e os instrumentos de ensino, define quatro categorias para a relação que pretende estabelecer entre as versões dos instrumentos, procurando entender como instrumentos de pesquisa foram transformados em materiais de ensino.
Uma das categorias envolve a simplificação do instrumento, elemento importante para que ocorra a redução de preço, aspecto possível de ser verificado em muitos instrumentos destinados ao ensino. É dado como exemplo o microscópio solar, um instrumento que projetava imagens usando a luz solar como fonte de energia. De acordo com o autor, em 1791 apareceu um tipo de microscópio solar diferente no mercado criado por Friedrich August Junker e, mesmo não sendo tecnicamente tão bom quanto os outros modelos disponíveis, foi um sucesso. Criado para ser usado nas escolas, seu inventor procurou fazê-lo mais barato e, em comparação com os modelos fabricados em Londres, era mais difícil de ser manuseado, mas algo que não seria um problema tendo em conta que seria utilizado por professores. Ainda assim, o instrumento também foi utilizado em um contexto de pesquisa, o que ilustra que os instrumentos não precisam ser necessariamente usados em pesquisa ou em ensino, podendo ser usados em ambos os contextos.
Outra categoria refere-se à redução de tamanho do instrumento e a sua simplificação. Considerando que um dos objetivos de usar um instrumento relaciona- se a aprendizagem de determinados procedimentos e à ideia de formação, torna-se importante que os estudantes aprendam a conduzir um experimento de maneira adequada. A redução de tamanho normalmente está associada à simplificação e uma das vantagens da versão educacional é que o instrumento pode ser usado em um
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laboratório usual, sem que dependa tanto de condições especiais, por exemplo, de condições climáticas. No entanto, a simplificação não é somente uma questão de redução do tamanho do instrumento, podendo estar relacionada ao desempenho desse mesmo instrumento no contexto educacional.
Outro aspecto que diferencia o instrumento destinado ao ensino diz respeito à sua estabilidade, já que uma das ideias centrais na escola, segundo Heering, é de que o experimento precisa funcionar. Por conta disso, é preciso que sejam feitos alguns ajustes de maneira que a manipulação dos aparatos seja controlada, o que transforma isso não mais em um experimento aberto, mas em uma demonstração experimental. Por último, a quarta categoria diz respeito aos instrumentos como objetos icônicos e usados em salas de aula. De acordo com os exemplos dados, a balança de torção de Coulomb e o calorímetro de gelo de Lavoisier foram instrumentos usados em um sentido muito particular, pois representavam um novo estilo de experimentação e, por conta disso, os instrumentos usados em aula não estavam lá somente como representações, mas como ícones de um novo jeito de se fazer ciência.
Brenni (2011) destaca que grande parte dos instrumentos científicos foi concebida com uma função puramente didática e não tinha utilidade na pesquisa científica, mas se resgatarmos a sua origem será possível verificar que eles derivam de aparatos que foram originalmente concebidos para a pesquisa. De maneira geral, o autor acredita que a utilidade de um instrumento como ferramenta de pesquisa diminui à medida que sua função didática ganha importância. Brenni indica que os limites entre os instrumentos didáticos, de pesquisa e profissionais não são tão bem definidos e são independentes de suas características técnicas. Uma distinção mais clara no mercado em relação à destinação dos instrumentos só aconteceu após a Primeira Guerra Mundial, quando os instrumentos de medição e pesquisa tornaram-se cada vez mais sofisticados e complexos, excedendo as necessidades de uso dos instrumentos didáticos, que passaram, por outro lado, a ser cada vez mais baratos, simples e fáceis de manusear.
Os instrumentos de Física elencados abaixo eram, antes de se tornarem habituais nas salas de aula dos mais diversos países, instrumento de pesquisa e é importante ponderarmos que o ensino nem sempre reconheceu a importância desses
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instrumentos em aula e que, por determinadas razões, eles passaram a ter um papel de destaque e serem vistos como aliados de um ensino moderno e experimental.
Quadro 3.5
Instrumentos de Física do Colégio Arquidiocesano
Nome do instrumento
Função do instrumento Goniômetro de
Wollaston
“O goniômetro, inventado por W. H. Wollaston, permite medir os ângulos formados pelas faces de um cristal24.”
Catetômetro “Utilizado para medir com precisão a distância vertical entre dois pontos25”.
Tubo de Newton “Utilizado para demonstrar que, no vazio, todos os corpos caem com a mesma
velocidade, independentemente da sua massa26”.
“Utilizado para estudar a dilatação dos sólidos por efeito do calor27”. Pirômetro de
quadrante
“Utilizado para estudar a dilatação dos sólidos por efeito do calor28”. Anel de
L´Gravessande
“Utilizado para ilustrar a dilatação cúbica, isto é, o aumento de volume dos corpos por ação do calor29”.
Balança hidrostática
“Utilizada para demonstrar experimentalmente o princípio de Arquimedes. Pode também ser usada para determinar a densidade de corpos sólidos e líquidos30”. Bobina de
Ruhmkorff
“Bobina de indução desenvolvida e construída por Ruhmkorff. Por indução eletromagnética, transforma correntes elétricas de baixa tensão, como a das pilhas, em correntes de tensão muito elevada31”.
Microscópio Utilizado para aumentar a imagem de objetos que não podem ser vistos a olho nu.
Luneta astronômica
“Utilizada para observações astronômicas. Apresenta uma lente objetiva convergente (convexa) e uma lente ocular divergente (côncava). Observando-se imagens longínquas verifica-se estas serem invertidas32”.
Telescópio “Utilizado para a observação de objetos longínquos. Constituído por um tubo com
uma objetiva de espelho côncavo de grande raio em uma das extremidades e uma lente ocular na outra33”.
Fonte: Indicações no rodapé
Todos os instrumentos são mencionados nos documentos do Colégio na década de 30. É interessante como alguns deles aparecem no livro didático referido no programa dos exames de admissão para o ensino secundário de 1927. O livro Primeiras
24 Tradução livre de: “Il goniometro, inventato da W.H.Wollaston, permette di misurare gli angoli formati dalle facce di un cristallo”. Via World Wide Web: http://www.lombardiabeniculturali.it/scienza- tecnologia/schede/8e020-00061/, 02, jul., 2013.
25 Via World Wide Web: http://thesaurusonline.museus.ul.pt/ficha.aspx?t=o&id=155, 02, jul. 2013. 26 Via World Wide Web: http://thesaurusonline.museus.ul.pt/ficha.aspx?t=o&id=869, 02, jul. 2013. 27 Via World Wide Web: http://thesaurusonline.museus.ul.pt/ficha.aspx?t=o&id=401, 02, jul. 2013. 28 Via World Wide Web: http://thesaurusonline.museus.ul.pt/ficha.aspx?t=o&id=401, 02, jul. 2013. 29 Via World Wide Web: http://thesaurusonline.museus.ul.pt/ficha.aspx?t=o&id=876, 02, jul. 2013. 30 Via World Wide Web: http://thesaurusonline.museus.ul.pt/ficha.aspx?t=o&id=99, 02, jul. 2013. 31
Via World Wide Web: http://thesaurusonline.museus.ul.pt/ficha.aspx?t=o&id=624, 02, jul. 2013. 32 Via World Wide Web: http://thesaurusonline.museus.ul.pt/ficha.aspx?t=o&id=589, 02, jul. 2013. 33 Via World Wide Web: http://thesaurusonline.museus.ul.pt/ficha.aspx?t=o&id=585, 02, jul. 2013.
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noções de sciencias physicas e naturaes, da FTD, editora a cargo dos Irmãos Maristas,
foi indicado no item do programa referente aos conteúdos de Ciências físicas e naturais34. Organizado por uma reunião de professores, tem na capa a indicação de que “muitas estampas ilustram o texto”, algo já recorrente nas publicações do período, mas que ainda assim era um aspecto a ser destacado no mercado editorial. O livro é dividido em três partes, sendo elas História Natural, Física e Química. A parte de Física, que será aqui comentada, é dividida em oito capítulos: Noções preliminares – Gravidade, Hidrostática, Pressão atmosférica, Bombas – sifões, Calor, Calor (continuação) – Meteorologia, Eletricidade e Acústica – Ótica.
No capítulo que trata de Ótica, um dos itens era destinado às lentes, onde havia também explicações sobre o microscópio e o telescópio:
As lentes são usadas, sobretudo, na construcção dos instrumentos de óptica, taes como os óculos simples, o microscópio e o telescópio. (...)
O microscópio, formado pela reunião de varias lentes, possúe a propriedade de augmentar consideravelmente os objectos. Construiram-se alguns que amplificam 1.600.000 vezes a superficie dos objectos.
O telescopio é destinado a observação dos astros. As dimensões deste apparelho são consideraveis; mas seu poder é admiravel: um bom telescopio faz distinguir no céu mais de 75 milhões de estrellas; sem elle contam-se apenas 4.000 (FTD, 1923, p. 109).
Figura 3.4 Ilustração do microscópio e exercícios presentes ao final do capítulo “Acústica. – Optica”.
Fonte: Primeiras Noções de Sciencias physicas e naturaes.
34 No Echos de 1927 foram publicadas as instruções e o programa dos exames de admissão para o curso secundário, que consistiria na prova escrita de Português e Caligrafia e outra de Aritmética, além de um prova oral, que incluiria a leitura e análise de um texto, assim como a resolução de “questões fáceis e praticas” de cálculo aritmético, morfologia, geometria, geografia, História Pátria, ciências físicas e naturais (lições de coisas) (Echos, 1927, pp. 76-78).
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Ao final do capítulo há uma relação de exercícios e de propostas de redação. Esta é, inclusive, a organização recorrente do livro na parte de Física: primeiro apresenta explicações e ilustrações sobre os diversos temas de estudo e ao final de cada capítulo uma relação de exercícios e redação a serem propostos pelo professor.
Vemos que o microscópio e o telescópio não foram abordados nos exercícios, mas vale dizer que outros instrumentos que também apareceram no capítulo foram retomados, por exemplo, o Disco de Newton.
Figura 3.5 – Trecho do livro que aborda o Pirômetro de quadrante e o Anel de S´Gravesande.
Fonte: Primeiras Noções de Sciencias physicas e naturaes.
Um dos relatos do inspetor de ensino feito em 1931 faz menção à aula de Noções de ciências, em que foram descritas as experiências com o tubo de Newton, o Pirômetro de quadrante e o anel de L´Gravessande e, na aula de Ciências, foi mencionada a Balança hidrostática. Na primeira aula, o Pirômetro de quadrante e o Anel de L´Gravessante eram instrumentos usados para estudar o Calor. No livro
Noções de sciencias, no item Dilatação dos corpos sólidos, ambos os instrumentos são
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explicitada a função do aparelho e em seguida há uma descrição de suas partes e de seu funcionamento. Nos exercícios, há perguntas que abordam ambos os instrumentos, sendo necessário identificar qual aparelho demonstra a dilatação linear e qual demonstra a dilatação em volume.
Figura 3.6 – Ilustração do Tubo de Newton e da Balança hidrostática
Fonte: Primeiras Noções de Sciencias physicas e naturaes.
O tubo de Newton relaciona-se com os estudos da Gravidade e foi incluído no tópico que tratava da queda dos corpos.
O tubo de Newton é de vidro e tem cerca de dois metros de comprimento; nas suas extremidades está fechado por armações de metal que permitem parafusal-o a uma machina pneumatica, destinada a tirar o ar. Depois de introduzir neste tudo pedaços de chumbo, de cortiça, de papel, etc., effectua-se o vacuo; então, levantando-se alternadamente cada extremidade, verifica-se que todos os corpos dentro do tubo, ainda que de densidades muito differentes, cahem com a mesma velocidade (FTD, 1923, p. 123).
O instrumento também é tema dos exercícios subsequentes, sendo perguntado: “10. Como se consegue fazer cahir todos os corpos com mesma velocidade? – 11. Que apparelho serve para realizar esta experiencia?” (FTD, 1923, p. 23).
O trecho sobre a Balança hidrostática integra parte do livro destinada à Hidrostática, “a parte da physica que estuda os líquidos submettidos á acção da gravidade” (FTD, 1923, p. 128), mais especificamente o que aborda o Princípio de Arquimedes.
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Verifica-se o principio de Archimedes por meio da balança hydrostática. Esta balança não differe da balança commum sinão por ganchos adaptados na base de cada concha. Numa destas conchas, suspende-se um cylindro ôco, A, de latão, e abaixo deste, adapta-se um cylindro cheio, B, de volume perfeitamente igual ao primeiro; depois, estabelece-se o equilibrio com uma tara P´, collocada na outra concha. Em seguida, faz-se mergulhar em agua o cylindro cheio, e o equilibrio fica immediatamente destruido: o braço da balança inclina-se para o lado da tara. Nota-se que, para restabelecer a posição horizontal, basta encher de agua o cylindro ôco. Vê-se, por esta experiencia, que o cylindro cheio, ao mergulhar na agua, perdeu um peso igual ao da agua que deslocou (FTD, 1923, pp. 132-133).
Nos exercícios notamos que não há nenhum que faça referência à balança hidrostática, mas é importante dizer que outros aparelhos que aparecem no capítulo são abordados nessa parte, tal como o aparelho de Haldat.
Já as alavancas encontram-se no mesmo capítulo que o tubo de Newton e o texto inicial explicita a sua função35:
Para erguer um corpo pesadíssimo, um bloco de pedra, por exemplo, introduz-se por baixo deste bloco, uma das extremidades de uma barra de ferro ou de madeira, encostada sobre um corpo resistente, e apoia-se fortemente sobre a outra extremidade.
A barra ou tranca, assim utilisada, é uma alavanca; o bloco que se quer levantar forma a resistencia, a cunha ou calço constitúe o ponto de apoio, e o esforço exercido na extremidade da alavanca é a potencia (FTD, 1923, p. 124).
Em seguida são explicados os diferentes tipos de alavancas, que variam de acordo com as posições relativas da potência, da resistência e do ponto de apoio, sendo classificadas em alavanca do primeiro, do segundo ou do terceiro gênero. Três imagens ilustram o assunto e cumprem uma função importante no livro, pois apoiam o texto explicativo. De maneira semelhante, um dos relatos do inspetor de ensino destacou os desenhos de alavancas feitos por um professor no quadro negro, recurso provavelmente usado para apoiar a explicação oral e, como mencionado no Guia das escolas, traria a vantagem de se dirigir não somente aos ouvidos, mas também aos olhos.
35 No Relatório de 1933, as alavancas aparecem nos materiais didáticos de Física, no subitem da Mecânica.
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Figura 3.7 – Ilustrações da alavanca.
Fonte: Primeiras Noções de Sciencias physicas e naturaes.
A bobina de Ruhmkorff, apesar de ser um instrumento bastante popular, não aparece no livro didático. Pela breve descrição que foi feita do livro em questão, percebemos que as explicações dos fenômenos da Física são comumente seguidas de imagens e explicações dos instrumentos de precisão da área. Destaca-se a função de cada instrumento, descrevem-se as partes que o compõe e como é o seu funcionamento. Geralmente, eles são depois retomados nos exercícios do capítulo - se não todos os instrumentos, pelo menos parte dos que foram mencionados. As imagens, nesse contexto, têm um papel importante, pois é por meio delas que os alunos conseguiam visualizar aquilo do qual se falava, já que não eram materiais de antemão conhecidos por todos. Esse passo a passo do livro didático poderia ter sido utilizado pelos professores, mas esta é apenas uma hipótese. De todo modo, acreditamos que a atenção que é atribuída aos instrumentos de ensino no livro didático é mais um elemento que os coloca em posição de destaque.
Além disso, o fato de o Colégio possuir esses instrumentos possibilitava que os professores se apoiassem nas explicações do livro e usassem os próprios instrumentos para demonstrar determinados fenômenos. Pelos relatos dos inspetores, sabemos que foram usados em algumas aulas. Também sabemos que o Colégio foi investindo cada vez mais na configuração de lugares adequados onde ficariam e na compra de novos instrumentos. Tanto investimento financeiro e a fiscalização dos inspetores de ensino, que avaliavam as aulas práticas, eram dois fatores que favoreciam com que os
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laboratórios, gabinetes e o museu não só servissem de propaganda nos folhetos de divulgação do Colégio, mas fossem usados e ocupados pelos professores e seus alunos. Em relação à educação na França em 1850, Brenni (2011) aponta que os instrumentos eram centrais em um ensino que privilegiava os grandes cientistas e suas conquistas. Soma-se a isso o fato de serem necessários para ilustrar as aplicações práticas da Física, especialmente em um período em que as novas máquinas e novos processos parecem ter sido derivados quase que automaticamente das conquistas da ciência. Ele pondera, no entanto, que esses instrumentos não eram usados. No ensino secundário, as horas destinadas ao ensino de Física eram muito limitadas para o tempo necessário às demonstrações, até porque os instrumentos não eram fáceis de serem manejados e essa é outra razão que tornava pouco possível que os instrumentos tenham sido de fato usados. Nem todos os professores sabiam como usá-los e, mesmo havendo professores e preparadores experientes, era preciso de tempo para que o fizessem, especialmente os instrumentos que abordavam os fenômenos da calorimetria. Ele sugere que os instrumentos eram usados como ilustrações tridimensionais, sendo mostrados e descritos pelo professor e o experimento explicado.
No entanto, Brenni ressalta que a reforma educacional francesa de 1902 trouxe mudanças em relação aos estudos científicos e o método indutivo foi priorizado. Foram introduzidos exercícios experimentais e demonstrações e as descrições de
apparatus, assim como as apresentações detalhadas dos experimentos tiveram que
ser eliminadas (Brenni, 2011, p. 308).
No caso do Colégio Arquidiocesano, e considerando o período abarcado, há algumas indicações de que os instrumentos foram usados e, não somente eles, como também outros materiais de ensino. Os argumentos levantados por Brenni em relação ao pouco tempo disponível e à dificuldade de manusear os instrumentos podem ser considerados como entraves à prática escolar que considerasse o uso desses instrumentos nas aulas, mas nas primeiras décadas do século XX as exigências do Governo quanto aos espaços apropriados, aquisição de diversos materiais escolares e também às aulas práticas eram fatores importantes considerados pelas instituições escolares equiparadas. O fato de o inspetor Florencio Rao, em 1938, ter chamado a atenção para a pouca frequência das aulas práticas traz questões sobre como elas
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vinham ocorrendo naquele momento no Colégio, mas ao mesmo tempo sugere que a fiscalização a que eram submetidas as instituições era um meio de assegurar que o Colégio mantivesse essa preocupação e procurasse incluir momentos de ensino prático na rotina escolar.
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Considerações finais
A configuração de locais próprios para o ensino de ciências no Colégio Marista Arquidiocesano de São Paulo teve um percurso muito particular, relacionado com a história da instituição e com mudanças instituídas pelo Colégio ao longo dos anos. Ao mesmo tempo, a constituição do museu, dos gabinetes e laboratórios de ensino pode ser relacionada com um contexto mais amplo, sendo uma questão também colocada para outras escolas.
No Brasil, ao longo do século XIX, houve um questionamento do currículo das escolas de ensino secundário que priorizava o ensino das humanidades. Este debate ficou evidente nas mudanças que ocorreram no currículo do Colégio Pedro II, instituição modelar de ensino. Esta discussão não se limitava ao campo educacional e dizia respeito a uma forma de conceber o mundo e da relação que os homens estabeleciam com o saber (Souza e Zancul, 2012).
Com a progressiva inclusão das ciências no currículo, passou-se a valorizar o conhecimento da Natureza, a racionalidade e a objetividade. A observação, o trabalho prático e a experimentação foram incluídos dentre os fazeres da escola. Este trabalho, no entanto, deveria acontecer em locais apropriados, onde seria possível tanto manter os instrumentos de ensino das áreas, quanto propor situações práticas com os alunos. Neste sentido, a inclusão das disciplinas científicas também marcou a necessidade de locais próprios para o ensino, que levassem em conta os princípios da ciência e os fazeres característicos da área.
A organização do ensino secundário e o mecanismo criado de equiparação ao