Não gosto de conclusões. Conclusões são chaves que fecham (do latim con e claudere, fechar). Palavras não conclusivas, que deixam abertas as portas das gaiolas para que os pássaros voem de novo. Cada conclusão faz parar o pensamento. Como nos livros de Agatha Christie: resolvido o crime, nada sobra em que pensar. E não adianta ler o livro de novo. Quando o pensamento aparece assassinado, pode-se ter a certeza de que o criminoso foi uma conclusão...
( ALVES, 2001, p.26.)
Esta pesquisa esteve centrada em diagnosticar as concepções alternativas de alunos da 2ª série do ensino médio em relação aos conceitos de calor e de temperatura como embasamento para elaboração e aplicação de uma estratégia de ensino. A estratégia seria uma forma de dar maior significado ao ensino de ciências, em especial ao ensino da Física. Procuramos inserir em nossa estratégia de ensino a História da Ciência como uma maneira de auxiliar o aluno a compreender a Física como algo mais do que simples fórmulas a serem memorizadas, mas como uma construção humana que leva tempo e que depende do contexto histórico em que esse conhecimento está sendo produzido. Tentamos mostrar aos nossos alunos a ciência como uma construção de natureza humana, “feita por homens e para homens” (PRIGOGINE; STENGERS, 1979, Apud HÜLSENDEGER,2004 p.146). E, portanto, tendo características bem humanas, apresenta um desenvolvimento que não é linear ou cumulativo.
Assim, para compreendermos, por exemplo, as motivações que levaram à construção das primeiras máquinas térmicas e, como conseqüência, à Revolução Industrial instaurada no século XVIII na Inglaterra, torna-se importante conhecermos e entendermos a luta de todos aqueles que antecederam esse período e a forma como conseguiram superar modelos do que era considerado, na época, fazer ciência. Compartilhamos a crença de que a compreensão desse processo pode auxiliar a desmistificar a ciência e aumentar as possibilidades do aluno de participar da construção e do controle dos conhecimentos.
Outro dado importante que identificamos em nossa pesquisa é a importância do conhecimento por parte dos professores das concepções alternativas apresentadas pelos alunos diante dos conceitos que pretendemos desenvolver. Partimos do princípio de que ao ignorá-las ou menosprezá-las poderemos estar correndo o risco de dificultar, ainda mais, o processo de ensino-aprendizagem. Temos que compreender e perceber os alunos como sujeitos com idéias e explicações próprias para a realidade que os cercam. O reconhecimento da presença dessas
representações, trazidas pelos alunos para dentro da sala de aula, pode também auxiliar os professores a compreender melhor o caráter relativo do processo de ensinar e aprender. Ou seja, entender que não será pela simples repetição de conceitos aceitos pela Ciência, que o aluno irá abandonar suas próprias explicações para os fenômenos à sua volta.
E quanto à compreensão dos fenômenos termodinâmicos? Houve uma melhora? Foram alcançados os objetivos pretendidos por esta pesquisa?
Algo que este trabalho nos ensinou foi conseguir compreender e aceitar a relatividade do processo de ensino-aprendizagem. Assim, minha resposta às duas questões anteriores seria um sim, apesar de que, ao fim do trabalho, alguns de meus alunos:
• Ainda continuem a ter problemas em distinguir as diferenças entre os conceitos de calor e de temperatura;
• Tenham, um ano depois, dificuldades em trabalhar com as equações que descrevem os fenômenos termodinâmicos; e
• Continuem a encontrar dificuldades em estabelecer conexões entre o que estudam na Física e o seu cotidiano.
Mas, talvez, eles hoje compreendam um pouco melhor que a Ciência e, portanto, a Física,
Não é uma atividade exercida pelos homens desde toda a eternidade e sob as mesmas formas, nascida um belo dia já pronta da cabeça de um cientista, mas que ela é determinada ou, pelo menos, condicionada por fatores históricos, sócio-econômicos, tecnológicos, ideológicos e psicológicos (JAPIASSU, 1999, p.226).
Para concluir, ainda resta uma última questão: como tudo isso se refletiu em minha prática docente?
Hoje, meus olhos estão mais abertos, minha visão dos diferentes contextos de uma sala de aula está mais clara e abrangente. Hoje, vejo caminhos que antes sequer percebia diferentes de todos aqueles até hoje percorridos.
Sentimos-nos mais preparado em aceitar as dificuldades dos nossos alunos como parte de um processo amplo e complexo de construção do conhecimento. Processo também vivenciado por todos os grandes homens da Ciência em todos os tempos. Sentimos- nos, hoje, mais reflexivo e menos rígido na defesa de verdades absolutas e certezas imutáveis, pois compreendo melhor que “Uma verdade congelada torna-se uma anestesia intelectual. Seu efeito paralisante gera inúmeras doenças de espírito, entre as quais a paralisia adulta da inteligência” (JAPIASSU, 1999, p.328). Enfim, hoje, definitivamente, não sou o mesmo
professor de ontem, confinado em uma sala de aula, mas consciente da necessidade de se continuar estudando e procurando novos caminhos na direção de um ensino de ciência mais eficiente e que faça sentido para os alunos.
E, como Rubem Alves, também não gosto de conclusões, pois não acredito que elas existam.
E se a vida é um grande enigma, não acreditemos, portanto, que este seja o final de um caminho ou um pensamento que foi assassinado (ALVES, 2001), mas um começo ou, quem sabe, um recomeço de uma nova jornada. Que possamos aprender com essa e com outras experiências a encarar as dificuldades com esperança. Que possamos aprender a nos ver como parte de algo bem maior do que aquilo que nossos sentidos são capazes de perceber. E, finalmente, que possamos voltar a nos “admirarmos com as coisas do mundo” (GAARDER, 1995, p. 30), encarando-o com expectativa, não temendo a incerteza, pois ela representa o desafio que nos faz querer sempre avançar e crescer.
6 –REFERÊNCIAS
AGABRA, J. Echanges Thermiques. ASTER, 1986.
ALVES, Rubem. A Alegria de Ensinar. 5. ed. São Paulo: Papirus, 2002.
BACHELARD, Gaston. A Formação do Espírito científico: contribuição para uma psicanálise do conhecimento. Rio de Janeiro: Contraponto, 1996.
BASSALO, J. M. F. Crônicas da Física. Belém: UFPA, 1991.
BERNAL, J. D. História Social de la Ciência. Barcelona: Ed. Península, 1979.
BRASIL, MEC. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais: ensino médio. Brasília, 2002.
BIZZO, N. M.V. História da Ciência e ensino: onde terminam os paralelos possíveis? Em aberto, v.11, n. 55, 1992.
CROMBIE, A.C. Historia de la Ciencia: de San Agustín a Galileu. (tradução de J. Bernia). 4. ed. Madrid: Alianza Editorial, 1985. 2.V.
DELIZOICOV, Demétrio et al. Ensino de Ciências: fundamentos e métodos. São Paulo: Cortez, 2003.
EINSTEIN, Albert; INFELD, Leopold. A Evolução da Física. 4. ed. Rio de Janeiro: Zahar, 1980.
FREIRE, P. Pedagogia do Oprimido. Rio de Janeiro: Paz e Terra, 1975.
GAARDER, Jostein. O Mundo de Sofia: romance da história da filosofia. 2. ed. São Paulo: Companhia das Letras, 1995.
GALILEU L, Galilei. O Ensaiador. (tradução de H. Barraco, org.). São Paulo: Abril Cultural, 1987 [original de 1623].(coleção os pensadores).
GASPAR, Alberto. Física: termodinâmica. São Paulo: Ática, 2000.
GASPAR, Alberto. Experiências de Ciências para o Ensino Fundamental. São Paulo: Ática, 2003.
GILBERT, A. Origens Históricas da Física Moderna. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1982.
GILBERT, J. K.; ZYLBERSTAJN, A. A Conceptual framework for science education: the case study of force and movement. International Journal of Science Education, v.7, n.2, p. 107-120, 1985.
GREF (Grupo de Reelaboração de Ensino de Física). Física 2. Física Térmica/Óptica 4. ed. São Paulo: EDUSP, 1998.
HAMBURGER, W. Ernst. O que é física. São Paulo: Primeiros passos, 1995.
HÜLSENDEGER, Margarete. Termodinâmica e Revolução Industrial: Contribuições da História da Ciência ao Ensino da Física. Rio Grande do Sul, 2004. Dissertação de Mestrado, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. PUC.
JAPIASSU, Hilton. As Paixões da Ciência: estudos de História das Ciências. 2. ed. São Paulo: Letras & Letras, 1999.
KUHN, T. S. A estrutura das revoluções científicas. São Paulo: Ed. Perspectiva, 1987. LOPES, Alice Ribeiro Casimiro. Conhecimento escolar: ciência e cotidiano. Rio de Janeiro: Ed. da UERJ, 1999.
MATTHEWS, Michael R. História, Filosofia e Ensino de Ciências: A tendência atual de reaproximação. Caderno Catarinense do Ensino da Física, Florianópolis, v.12, n.3,. p.164- 214, 1995.
MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz, Curso de Física. São Paulo: Scipione, 2000. v. 2.
MORTIMER, Eduardo Fleury; AMARAL, Luiz Otávio F. Quanto mais quente melhor: calor e temperatura no ensino de termoquímica. Revista Química Nova na Escola, n. 7, p. 30-34, 1998.
OSTERMANN, Fernanda; MOREIRA, Marco A. A Física na Formação de Professores do Ensino Fundamental. Porto Alegre: ed. Universidade/ UFRGS, 1999.
PEDUZZI, L. O. Q., As Concepções espontâneas, a resolução de problemas e a História e Filosofia da Ciência em um curso de Mecânica. Florianópolis, 1988. Tese de Doutorado – UFSC.
PERRY, Marvin et al. Civilização Ocidental: uma história concisa. São Paulo: Martins Fontes, 1985.
PIETROCOLA, Maurício. Ensino de Física: Conteúdo, metodologia e epistemologia em uma concepção integradora. Florianópolis: editora da UFSC, 2005.
POZO, Juan Ignacio. Teorias Cognitivas da Aprendizagem, 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002.
POZO, Juan Ignácio. Aprendizage de la ciência y pensamiento causal. Madrid: Visor, 1987.
POZO, Juan Ignacio. Pensamiento causal: un cemento para los ladrillos del conocimiento. Boletín de Psicologia, 14, 45–77, 1987b.
RODITI, Itzhak. Dicionário Houaiss de Física. Rio de Janeiro: Objetiva, 2005.
RONAN, A. Colin. História Ilustrada da Ciência: A ciência nos séculos XIX E XX. Vol. 4, Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 2001.
RONAN, A. Colin. História Ilustrada da Ciência: Da renascença à revolução científica. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 2001. v. 4.
SCHURMANN, P. F. Luz y Calor – 25 Siglos de hipóteses a cerca de sua Natureza. Buenos Aires: Espasa – Calpe Argentina, 1946.
SCHENBERG, M. Pensando a Física. São Paulo: ed. Brasiliense, 1984.
SILVA, Dirceu. Estudo das Trajetórias Cognitivas de Alunos: no ensino da diferenciação dos conceitos de calor e temperatura. Tese de Doutorado, Faculdade de Educação, USP, São Paulo, 1995.
VANNUCCI, Andréa Infantosi, História e Filosofia da Ciência: da teoria para a sala de aula. Dissertação de Mestrado, Faculdade de Educação, USP, São Paulo, 1996.
VILLANI et al. Analisando o ensino de Física: contribuições de pesquisas com enfoques diferentes. Revista de Ensino de Física, 4, 1982.
ZYLBERSZTAJN, Arden. Concepções espontâneas em física: exemplos em dinâmica e implicações para o ensino. Revista de Ensino de Física, vol. 5, número 2, 1983.
APÊNDICE A - Questionário UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE CIÊNCIAS NATURAIS E MATEMÁTICA
QUESTIONÁRIO
NOME: ___________________________________ SÉRIE: ______ TURMA: ______ SEXO: MASCULINO FEMININO
IDADE: ______
Responda as questões a seguir escolhendo apenas uma das alternativas.
1 – Associamos a existência de calor:
a) A qualquer corpo, pois todo corpo possui calor. b) Apenas àqueles corpos que se encontram “quentes”.
c) A situações nas quais há, necessariamente, transferência de calor. 2 – Para se admitir a existência calor:
a) Basta um único corpo.
b) São necessários, pelo menos, dois corpos.
c) Basta um único corpo, mas ele deve estar “quente”.
3 – Dois objetos de mesmo material, porém de massas diferentes, ficam durante muito tempo em um forno. Ao serem retirados do forno são imediatamente colocados em contato. Nessa situação:
a) Passa calor do objeto de maior massa para o de menor massa. b) Nenhum dos objetos passa calor ao outro.
c) Passa calor do objeto de menor massa para o de maior massa.
4 – Os mesmos objetos da questão anterior são agora deixados muito tempo em uma geladeira. Nessa situação, ao serem retirados e imediatamente colocados em contato:
a) Nenhum dos objetos possui calor.
b) Passa calor do objeto de maior para o de menor massa. c) Nenhum dos objetos passa calor ao outro.
5 – Uma pessoa afirma que seu coberto é bom, “porque impede que o frio passe através dele”. Esta afirmativa é:
a) Correta b) Errada
c) Depende do material de que é feito o cobertor.
6 – Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em contato e com a mesma temperatura, ambos isolados do meio ambiente, pode-se dizer que:
a) o corpo maior é o mais quente
b) o corpo maior cede calor para o corpo menor c) não há troca de calor entre os corpos
7 – Um estudante descalço, em uma sala ladrilhada (cerâmica), coloca seu pé esquerdo diretamente sobre a cerâmica e seu pé direito sobre um tapete aí existente. É correto afirmar que:
a) A temperatura do tapete é menor do que a da cerâmica. b) O tapete e a cerâmica estão a uma mesma temperatura. c) A temperatura da cerâmica é menor do que a do tapete.
8 – Observe os desenhos e responda qual a temperatura do corpo C, em cada situação: 1) tA = 40ºC tB = 40ºC 2) tA = 40ºC tB = 60ºC
TC = ? TC= ?
9 – Observe o desenho e responda qual a temperatura dos corpos B e C.
* As questões do referido questionário foram retiradas ou baseadas em:
MÁXIMO, ANTÔNIO; ALVARENGA, BEATRIZ. Curso de Física - vol. 2. São Paulo: Scipione, 2000.
OSTERMANN, FERNANDA; MOREIRA, MARCO A. A Física na Formação de
APÊNDICE B - Texto: A Revolução Industrial e a Termodinâmica O termo Revolução Industrial
refere-se à mudança de uma economia agrária manual para outra dominada pela produção mecanizada em fábricas nas áreas urbanas. A Revolução Industrial envolveu uma mudança do trabalho manual para o realizado por máquinas e do trabalho humano ou animal para outras formas de energia, como a máquina a vapor ou de combustão.
A máquina a vapor, desenvolvida por James Watt na década de 1760, era usada para mover a maquinaria nos moinhos têxteis. Mulheres e crianças, que ganhavam menos que os homens, podiam manejar facilmente as máquinas movidas a vapor. Embora, os empresários que dispunham de muitos operários nem sempre tendiam rapidamente para a energia a vapor, já que o trabalho dos homens era barato também. Mas, com o correr do tempo adotaram o novo sistema. Então, a expansão tornou-se ainda mais rápida.
As máquinas a vapor possibilitaram aos mineiros bombear a água das minas de carvão com mais eficácia e a um nível muito mais profundo do solo, o que significou que os limites alcançados pela mineração, no século XVII, puderam ser grandemente ultrapassados. Pois, desde o século XII até
o século XVI, as florestas inglesas foram sendo cortadas para fazer lenha para aquecer as Figura 1 – Crianças trabalhando nas fábricas
Figura 2 – Indústria têxtil
casas no inverno, e também para as indústrias que começavam a ser instaladas. Assim, no século XVII não havia mais lenha suficiente, e os habitantes recorreram ao carvão de pedra. As minas de carvão eram inicialmente superficiais, mas logo acabaram essas jazidas e foi necessário abrir buracos e galerias cada vez mais profundos. Essas minas freqüentemente ficavam inudadas de água e era necessário bombear a água para obter carvão.
Portanto, o período referente aos séculos XVIII e XIX corresponde a uma fase de profundas mudanças sociais e econômicas, na Europa, concretizadas com o estabelecimento do modo de produção capitalista. Uma pequena classe média urbana, no ínicio restrita à Inglaterra, aos Países Baixos e ao norte da França, rompe com o sistema de produção feudal da Idade Média através, inicialmente, de uma produção artesanal e doméstica. Por outro lado, os métodos da ciência experimental estabelecidos no século XVII com a revolução científica passam a ser aplicados aos diversos ramos do conhecimento; tais aplicações, por sua vez, são utilizadas para propiciar as transformações nos meios de produção. Assim, com a melhor organização do trabalho, através da divisão e da especialização das tarefas, e com as inovações tecnológicas resultantes do estabelecimento dos métodos da ciência experimental, a exemplo da maquinaria têxtil, firma-se na prática um novo sistema de produção. Tal modo de produção atinge rapidamente o comércio e a agricultura. Para o estabelecimento e êxito do que se chamou de Revolução Industrial, as inovações tecnológicas tiveram um papel fundamental, destacadamente a máquina a vapor, na medida em que essa se tornou o ponto de partida para o bom êxito da indústria pesada, assim como para a evolução dos meios de transporte. Vale registrar, porém, que a gênese da Revolução Industrial está relacionada com a indústria têxtil, naquela época a principal indústria da Inglaterra.
Por outro lado, a Revolução Industrial constitui um estímulo à atividade científica, estando esta voltada para problemas suscitados pela indústria; é neste sentido que a Termodinâmica evolui. Não se pode negar, no entanto, que as inovações tecnológicas sejam aplicações do pensamento científico, como por exemplo, a máquina a vapor. Segundo Bernal, mudanças político-socio-econômicas e conquistas científicas e tecnológicas não ocorrem independentemente. Ainda Bernal, reflete sobre as conseqüências desta interdependência:
Na realidade, quanto mais estreitas são as relações entre a ciência, a técnica, a economia e a política do período, mais claramente se mostra a formação de um processo único de transformação da cultura. Tal período é de capital importância para o progresso da humanidade (ROCHA, p.141).
O período da Revolução Industrial se insere nitidamente nesta reflexão, tendo a Termodinâmica um importante papel neste processo de transformação.
Até há cerca de 200 anos, a maior parte do trabalho era feito por pessoas ou animais. O trabalho era também obtido a partir do vento e da água, mas ambos não eram fontes confiáveis de energia, porque não podiam ser utilizados facilmente em qualquer local e quando necessários. No século XVIII, a exploração das reservas de carvão, fez surgir à necessidade de um método econômico para bombear a água das minas que ficavam inudadas e que, portanto, teriam de ser abandonadas. A máquina a vapor desenvolveu-se inicialmente para satisfazer a esta necessidade prática.
A máquina a vapor é um aparelho que converte a energia de alguns combustíveis (por exemplo, a energia química do carvão ou do petróleo ou a energia nuclear do urânio) em energia térmica e esta em energia mecânica. Esta energia mecânica pode então ser utilizada diretamente para produzir trabalho, como numa locomotiva a vapor, ou pode ser transformada em energia elétrica.
Desde tempos remotos que se sabe que o calor pode ser utilizado para produzir vapor, podendo este depois produzir trabalho mecânico. A eolípila, inventada por Herão de Alexandria cerca de 100 anos antes de cristo, trabalhava segundo o princípio da
terceira lei de Newton. O irrigador de jardim rotativo trabalha do mesmo modo, exceto que a força motora é devida à pressão da água em vez da pressão do vapor.
A eolípila de Herão era um brinquedo, mais para entretenimento do que para qualquer trabalho útil. Somente, a partir do final do século XVIII foram inventadas máquinas a vapor com interesse comercial.
Atualmente, diríamos que uma máquina a vapor usa
uma reserva de calor para produzir trabalho mecânico, isto é, converte calor em energia mecânica. Mas muitos inventores nos séculos XVIII e XIX não pensaram no calor deste modo. Olharam o calor como uma substância fina, invisível, que podia ser utilizada repetidamente para produzir trabalho sem se esgotar. Todavia, não tiveram que esperar para
Figura 4 – Barco a vapor
aprender todas as leis da física até então conhecidas para que se tornassem engenheiros bem sucedidos. De fato, a seqüência dos acontecimentos foi precisamente ao contrário; as máquinas a vapor forma desenvolvidas primeiras por homens que se preocuparam menos com a ciência do que com ganhar dinheiro ou pelo menos com a melhoria e a segurança na exploração das minas. Mas tarde, cientistas que tinham não só um conhecimento prático do que trabalhava, mas também a curiosidade de como trabalhava, fizeram novas descobertas em física.
A primeira máquina a vapor com sucesso comercial foi inventada Thomas Savery (1698), baseada num projeto de Edward Somerset (1663), apesar de sua eficiência duvidosa tem-se notícias de sua utilização no bombeamento de água das minas de carvão.
Resumidamente, a máquina de Savery consistia no grande cilindro de metal preenchido de vapor vindo de um ebulidor. Uma válvula interrompia a entrada de vapor, enquanto o cilindro era resfriado com jato de água à temperatura ambiente. A partir desse resfriamento, o vapor d'água se condensava formando vácuo no seu interior, esse vácuo fazia que, por um tubo controlado por outra válvula, fosse aspirada água de um posto distribuidor. Um novo ciclo se iniciava quando outra descarga de vapor era introduzida, expulsando água residual. Aparentemente, essa máquina servia ao propósito para o qual fora construída: bombear água de minas de carvão, que se inundavam com freqüência devido a sua grande profundidade; um de seus grandes problemas era como lidar com o vapor alta pressão, e consequentemente, alta temperatura. A falta de um resfriamento eficiente do cilindro deve ter provocado uma série de acidentes desagradáveis, além, é claro de reduzir sua eficiência.
Como a criatividade estar muitas vezes a serviço da necessidade não se pode falar da máquina de Thomas Newcomen (1712), sem falar antes do êmbolo de Denis Papin (1690). Quando a água se condensava no interior do cilindro, o vácuo produzido movia o êmbolo no sentido contrário, na máquina se Savery esse movimento era provocado pela ação da pressão atmosférica. Com a introdução de um êmbolo (criado por Papin) que se moveria